Our understanding of the plastic and evolutionary potential of ectothermic organisms and their populational impacts in the face of rapid global change remains limited. Studies attempting on the relationship between the magnitude of thermal variability across latitude and the degree of phenotypic plasticity exhibited by marine ectotherms are inconclusive. We state that the latter arises from the narrow range of thermal variability captured by the limited span of the latitudinal gradients studied to date. Using a mechanistic ecophysiological approach and a satellite-based assessment of the relevant environmental variables (i.e. temperature and food availability), we studied individuals of the intertidal barnacle Jehlius cirratus from seven local populations widely spread along the Humboldt current system that spanning two biogeographic regions. At the same time, we synthesized published information on the local abundance of our study species across a total of 76 sites representing 20° of latitude, and spanning from 18 to 42°S. We examined the effects of latitude and environmental variability on metabolic rate plasticity, thermal tolerance (thermal breadth and thermal safety margins) and their impacts on the abundance of this widespread marine invertebrate. We demonstrate that the phenotypic plasticity of metabolic rate in J. cirratus populations is not related to latitude. In turn, thermal breadth is explained by the temperature variability each population experiences. Furthermore, we found clinal variation with a poleward decrease of the critical thermal minimum, suggesting that episodic extreme low temperatures represent a ubiquitous selective force on the lower thermal limit for ectotherms. Across our study gradient, plasticity patterns indicate that populations at the equatorial extreme are more vulnerable to a warming climate, while populations located in the biogeographic transitional zone (i.e. high environmental heterogeneity), on the centre of the gradient, display higher levels of phenotypic plasticity and may represent a genetic buffer for the effects of ocean warming. Together, our results suggest the existence of a fitness trade-off involving the metabolic cost of plasticity and population density that is evident only across the vast latitudinal gradient examined.
Nuestro conocimiento del potencial plástico y evolutivo de organismos ectotérmicos y de los posibles impactos poblacionales a la luz del rápido cambio global sigue siendo limitado. Los estudios que relacionan la magnitud de la variabilidad térmica y el grado de plasticidad fenotípica a través de la latitud realizados en organismos ectotérmicos marinos no son concluyentes. Lo anterior creemos que es consecuencia del estrecho rango latitudinal y por consecuencia el menor rango de variabilidad térmica abarcado por los estudios previos. Utilizando un enfoque ecofisiológico mecanicista e información satelital de las variables ambientales relevantes (i.e., temperatura y disponibilidad de alimento), estudiamos individuos del cirripedio intermareal Jehlius cirratus a lo largo de siete poblaciones locales que se distribuyen ampliamente a lo largo del Sistema de la corriente de Humboldt abarcando dos regiones biogeográficas. Al mismo tiempo, sintetizamos la información publicada sobre la abundancia local de nuestro modelo de estudio en un total de 76 sitios que representan 20 grados de latitud y abarcan desde los 18° a los 42°S. Examinamos los efectos de la latitud y la variabilidad ambiental en la plasticidad de la tasa metabólica, la tolerancia térmica (i.e. amplitud térmica y márgenes de seguridad térmica) y los impactos en la abundancia de este invertebrado marino con amplia distribución geográfica. Demostramos que la plasticidad fenotípica de la tasa metabólica en poblaciones de J. cirratus no está relacionada con la latitud. A su vez, la amplitud térmica se explica por la variabilidad térmica que cada población experimenta. Además, encontramos un patrón de variación clinal con una disminución hacia los polos del crítico térmico mínimo, lo que sugiere que las temperaturas episódicas extremadamente bajas representan una fuerza selectiva ubicua en el límite térmico inferior para los ectotermos. A lo largo de nuestro gradiente estudiado, los patrones de plasticidad indican que las poblaciones en el extremo ecuatorial son más vulnerables al calentamiento, mientras que las poblaciones ubicadas en la zona de transición biogeográfica (i.e., alta heterogeneidad ambiental), en el centro del gradiente, muestran mayores niveles de plasticidad fenotípica, lo que puede representar un reservorio genético para los efectos del calentamiento de los océanos. Nuestros resultados sugieren la existencia de un compromiso en la adecuación biológica que involucra el costo metabólico de la plasticidad y la densidad de población que es sólo evidente dado el vasto gradiente latitudinal examinado.
Keywords: Jehlius cirratus; abundance; metabolism; ocean warming; plasticity; reaction norm; thermal breadth.
© 2021 British Ecological Society.