Intraspecific latitudinal variation in critical thermal maximum of tadpoles in two anuran species

Abstract

Variations in environmental temperatures along geographic gradients are expected to result in physiological differentiation and local adaptation of ectotherms depending on their physiological thermal sensitivities. Numerous studies have focused on interspecific variation in thermal tolerance along geographical gradient, which is important for our understanding of species response to climate change. However, current studies are strongly skewed to global-scale projects and often intraspecific variation are assumed to be constant, although smaller scale studies on intraspecific variability in thermal tolerance can convey equally significant findings. The objectives of this study are 1) to investigate intraspecific variations in critical thermal maximum (CTmax) of tadpoles in two anuran species, Rana uenoi and Bufo gargarizans, across a 5 degree of latitudinal gradient in the Republic of Korea 2) to compare behavioral changes between two species during exposure to thermal stress. Tadpoles were exposed to increasing temperatures and CTmax was recorded as the point when the righting response was lost. Changes in movement and location of tested individuals were recorded on a 10 minutes interval while water temperature was increased gradually for CTmax estimation. Linear regression was performed using Linear Mixed Effect Model to explore the relationship between abiotic factors and CTmax with ‘lme4’ R package. A positive relationship between latitude and CTmax (R2 = 0.80, P < 0.01) was found and no behavioral changes were detected during an acute increase in water temperature in R. uenoi. In B. gargariznas, none of abiotic factors were related to CTmax and behavioral changes were detected during an acute increase in water temperature. The physiological and behavioral adjustments to heat stress observed in these two species seem to be a significant starting point to understand thermal the ecology aspects of single species. It is further suggested the necessity of research on intraspecific variability in thermal limit for practical and reliable assessments on species response to climate change. ;온도는 변온동물의 성장, 각 종 대사활동, 그리고 생존에 중요한 영향을 미친다. 변온동물이 나타내는 생리학적 온도한계수용력은 상임계온도(Critical thermal maximum)와 하임계온도(Critical thermal minimum)으로 나타낼 수 있는데 세계적 규모에서 수행된 연구에 따르면 이 특성들은 환경구배 (Environmental gradient)에 의해 형성된 온도와 밀접한 관계가 있다고 밝혀졌다. 개구리 유생은 성체가 산란한 수중환경에서 서식하기 때문에 적절한 서식환경을 찾아나서는 분산에 제한을 받는다. 개구리 유생의 온도한계수용력에 대한 많은 수의 연구들은 세계적 규모에서 환경요소와의 관계를 밝혀왔고 연구에 따르면 생물의 온도한계수용력은 위도와 고도에 반비례한다. 하지만 이러한 연구 결과는 기후변화에 따른 종의 취약성을 예측하기 위한 지구적 범위 연구에서 종 사이의 차이를 밝히는데 그친다는 점에서 그 한계가 있다. 개구리 유생의 온도한계수용력을 종 개별적으로 평가한 연구에 따르면 개구리 유생의 상임계온도는 서식지에서 경험하는 수온의 수온변동의 정도, 서식지 특성, 열반응과 관련된 유전자 등 종의 여러 열환경에 따라 달라지는 종-특이적 특성임이 최근 밝혀지고 있다. 본 연구는 한반도에 형성된 환경 구배에 따른 두꺼비 (Bufo gargarizans)와 경칩개구리(Rana uenoi) 올챙이의 종내 상임계온도 변이, 상승하는 온도에 대해서 두 종의 행동적 양상을 연구하는 것을 목적으로 한다. R. uenoi 올챙이의 상임계온도는 위도와 비례했으며 B. gargarizans의 상임계온도는 환경구배와 연관이 없었다. 상임계온도를 측정하기 위해 수온을 상승시키는 조건에서 R. uenoi는 위치와 움직임에 뚜렷한 변화가 나타나지 않은 반면 B. gargarizans는 통계적으로 유의미한 행동변화가 나타났다. 국내에 형성된 환경구배 안에서 R. uenoi와 B. gargarizans의 상임계온도는 지리적기울기와 일반적인 음의 관계를 가지지 않았다. 이는 자연환경에서 구분되는 온도환경에서 서식하며 가진 두 종의 온도민감성 차이 때문인 것으로 생각된다. 한반도 내 기후변화에 따른 생물권변화는 불가피할 것으로 생각되나 그와 관련한 취약성 평가는 매우 미흡한 실정이다. 또한 기후변화의 영향으로 인한 종다양성의 감소나 변화는 관심을 받는 주제인 반면 생물 종이 기후변화에 적응하여 멸종을 피할 것인가에 대한 연구는 그렇지 않다. 환경변화에 대해 생물개체군이 어떤 반응을 할 것인가에 대한 질문에 답하기 위해서는 환경변화에 대해 개체군이 반응하는 패턴을 알아야 한다. 내성한계 가변성 정도가 종에 따라 다르다는 점을 고려하여 기후변화의 영향과 취약성을 제대로 평가하기 이전에 우선 한반도에 분포하는 양서류의 온도한계수용력을 종 개별적으로 평가해야 한다.