Variation in intrinsic individual growth rate among populations of leatherside chub (Snyderichthys copei Jordan & Gilbert): adaptation to temperature or length of growing season?

Authors


Mark C. Belk, Department of Integrative Biology, Brigham Young University, Provo, UT 84602, USA; e-mail: mark_belk@byu.edu

Abstract

Abstract –  Leatherside chub (Snyderichthyes copei Jordan & Gilbert) comprises two lineages (northern and southern) whose centres of geographical range differ by about 3° latitude corresponding to about 30% shorter growing season and about 2 °C lower mean temperature during the growing season. We document patterns of variation in size-at-age among populations of leatherside chub in nature, and we test for variation in intrinsic growth rate of juvenile chub in a common-environment experiment to determine if lineages exhibit different intrinsic growth rates. Northern leatherside chubs at ages 1–3 were about 15% shorter in length compared with southern populations. Variation in hatching date or age at maturity could not account for differences in growth and body size, suggesting that temperature-specific intrinsic growth rates differed among populations. Based on a common environment experiment, we found that reaction norms for temperature-specific growth in length and mass were crossed. At the lower temperature, individuals from the north exhibited higher intrinsic growth in length, and at the higher temperature individuals from the south exhibited higher intrinsic growth in mass. Crossing reaction norms for temperature-specific intrinsic growth rates support a model of local adaptation to thermal regime.

Resumen

1. Gradientes latitudinales en temperatura y longitud de la estación de crecimiento producen uno de los patrones mas consistentes y permeables que afectan al crecimiento de ectodermos (Belk & Houston 2002). Hay dos modelos que compiten entre sí para explicar la evolución de la variabilidad en las tasas intrínsecas de crecimiento a lo largo de gradientes latitudinales. El primer modelo se refiere a adaptaciones térmicas y predice que las tasas intrínsecas de crecimiento están adaptadas al régimen térmico local (Levinton 1983). El segundo modelo predice adaptaciones a estaciones de crecimiento más cortas en latitudes mas altas (más que a temperaturas inferiores) y se caracteriza por contra-gradientes de variación en el crecimiento (Conover & Present 1990). Para entender con claridad la generación y mantenimiento de patrones de variación geográfica en las tasas de crecimiento y analizar la generalidad de ambos modelos es importante documentar variación en las especies en una variedad de hábitats y localidades geográficas.

2. Para describir patrones de variación geográfica en las tasas intrínsecas de crecimiento en peces de agua dulce, elegimos una especie de pez con una distribución muy fragmentada que ocurre en hábitats que sufren extremos estacionales de variación ambiental. Snyderichthyes copei (previamente Gila copei) es un ciprínido pequeño que ocurre en la cuenca del río Bonneville y en la zona superior de río Snake (Occidente de América del Norte). Análisis filogenéticos recientes basados en secuencias génicas de mtDNA (cyt b) han sugerido dos linajes distintos para la especie. Los centros de los rangos geográficos para los dos linajes difieren en unos 3 grados de latitud resultando en menores estaciones de crecimiento y menores temperaturas medias para el linaje del norte (Table  1). Describimos patrones de variación en el tamaño-a-edad entre poblaciones de Sn. copei y analizamos variaciones en las tasas intrínsecas de crecimiento entre poblaciones basados en un experimento de jardín-común.

3. Las temperaturas medias mensuales de los ríos durante la estación de crecimiento fueron 1–5 °C menores (diferencia media = 2.2 °C) en la localidad del norte respecto de la del sur. De promedio, la estación de crecimiento fue 33% más corta (26% más corta para los peces recién emergidos) en la localidad del norte que en la del sur (Table  1). Sn. copei de la localidad del norte fueron sobre un 15% más pequeños que los de la localidad del sur a las edades 1–3 años (Fig. 2). En un experimento de jardín-común, las ganancias diarias medias en longitud y peso variaron significativamente con la temperatura y con el linaje y hubo una interacción temperatura × localidad significativa que indicó una norma de reacción cruzada para la temperatura-crecimiento específico en longitud y peso (Tabla 2, Fig. 3).

4. En resumen, los patrones de tamaño corporal en el río y el crecimiento en un ambiente-común sugiere que ambos linajes de Sn. copei muestran tasas de crecimiento intrínseca de base genética. En contraposición a otras especies de peces, los patrones de variación en las tasas de crecimiento especificas de la temperatura entre linajes de Sn. copei soportan el modelo de adaptación térmica en la evolución de variaciones geográficas en las tasas de crecimiento. Un mayor aislamiento entre poblaciones de peces de agua dulce comparado con especies marinas puede incrementar la probabilidad de adaptación al régimen térmico. Sin embargo, generalizaciones sobre estos patrones de adaptación en sistemas marinos versus agua dulce requerirá de estudios sobre varias especies en cada ambiente.

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