Disentangling drivers of thermal physiology: Community‐wide cold shock recovery of butterflies under natural conditions. (5th December 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Khazan, Emily S.; Haggard, Jaime; Ríos‐Málaver, Indiana Cristobal; Shirk, Philip; Scheffers, Brett R.
• Is Part Of: Biotropica. Volume 54:Number 1(2022)
• Page Start: 205
• Page End: 214
• Publication Date: 2021-12-05
• Subjects: Andes -- butterfly -- Colombia -- ecophysiology -- thermal melanism -- thermal physiology; Biotic communities -- Tropics -- Periodicals; Applied ecology -- Tropics -- Periodicals; Biology -- Tropics -- Periodicals; 577.80913
• DOI: 10.1111/btp.13046
• Languages: English
• ISSNs: 0006-3606

Abstract

Abstract: Physiological strategies of terrestrial ectotherms are a delicate interplay between species' traits and their physical environment. Several theories and overarching hypotheses seek to explain strategies related to thermal physiology with respect to organisms and their environments. However, most of these have been investigated under controlled laboratory conditions with lab‐reared or otherwise acclimated individuals, removing the effect of environmental acclimation. This study examines an in ‐ situ physiological trait, cold shock recovery, across butterfly communities of the Colombian Andes from different environments, elevations, and ambient conditions. We explored four non‐mutually exclusive hypotheses—1) intrinsic (species) traits dictate response hypothesis; 2) extrinsic (environmental) traits dictate response hypothesis; 3) climate variability hypothesis; 4) thermal melanism hypothesis—to explain cold shock recovery of wild‐caught butterflies from high (1800 m.a.s.l) and low (600 m.a.s.l.) elevations in two habitat types (open and closed canopy). Cold shock recovery was measured as the time following a cold shock to full recovery, that is, flight. Ambient conditions and the thermal melanism hypothesis, which posits an interaction between pigmentation and solar intensity, best explained cold‐shock recovery. Higher temperatures and light exposure reduced recovery time. Dark butterflies under high solar intensity recovered from cold shock faster than light butterflies or those under low solar intensity regardless of species identity, morphology, or habitat characteristics. These results highlight the importance of ambient conditions and the interaction between pigmentation of tropical ectotherms and their physical thermal environments, patterns that may render populations vulnerable to the thermal impacts of climate change and development. Abstract in Spanish is available with online material. Abstract : By conducting experiments across butterfly communities in distinct land‐use types and elevations, we parse out the drivers of thermal physiology. Across elevations, habitat type, and species, we find that recovery from chill coma is highly dependent on the interaction between wing darkness and solar radiation, as well as ambient temperature. RESUMEN: Las estrategias fisiológicas de los ectotermos terrestres son una interacción entre los rasgos de las especies y su ambiente. Varias teorías generales buscan explicar comportamientos y otras estrategias relacionadas con la fisiología térmica con respecto a los organismos y sus ambientes. Sin embargo, la mayoría de estas investigaciones se han realizado bajo condiciones controladas con individuos criados en laboratorio o aclimatad de otro modo con le intención de eliminar el efecto del medio ambiente. Este estudio examina un rasgo fisiológico, que consiste en la recuperación del choque térmico frío, a través de diversas comunidades de mariposas de los Andes colombianos de diferentes dipos de paisaje y condiciones ambientales. Planteamos cuatro hipótesis de excluyentes ‐ 1) hipótesis de que los rasgos intrínsecos (de la especie) dictan la respuesta fisiológica; 2) hipótesis de que los rasgos extrínsecos (ambientales) dictan la respuesta fisiológica; 3) hipótesis de variabilidad climática; 4). hipótesis del melanismo térmico – para explicar la recuperación de mariposas diurnas de choque térmico frío. Usamos mariposas de elevaciones distintos (1800 m.s.n.d.m y 600 m.s.n.d.m) en dos hábitats distintas (dosel cubierto y abierto). Medimos recuperación como la demora en tiempo después del choque hasta que la mariposa voló. Descubrimos que condiciones ambientales y la hipótesis de melanismo térmico, lo cual postula una interacción entre pigmentación y radiación solar, mejor explicaron recuperación del choque térmico. Mariposas más oscuras bajo alta intensidad solar recuperaron del choque térmico más rápido que mariposas más claras. Este patrón ocurrió aparte de la morfología, características del hábitat, o identidad de especie. Estos resultados relacen la importancia de condiciones ambientales y la interacción entre pigmentación de ectotermos tropicales y sus ambientes físicos. Según estos resultados, es las poblaciones de ectotermos como mariposas estarán más vulnerable por los efectos del cambio climático y uso de tierra.