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Accounting for local physiological adaptation in bioenergetic models: testing hypotheses for growth rate evolution by virtual transplant experiments

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We constructed bioenergetic models for locally adapted populations of Atlantic silversides, Menidia menidia, from different latitudes (Nova Scotia and South Carolina) to determine how genetic variation in growth physiology affects model parameters and predicted growth and to test two hypotheses on the evolution of countergradient variation in growth rate. Model parameters were estimated simultaneously for each population through a penalized likelihood approach incorporating laboratory measurements of metabolism, specific dynamic action, consumption, and growth. The resulting population-specific parameters differed by an average of 28%. The models were validated by successful (R2 > 0.9) prediction of growth in independent experiments under natural light and temperature conditions and by predicting growth in the field (R2 > 0.95). We then performed virtual reciprocal transplant simulations to test the alternative hypotheses that growth rate along a latitudinal gradient evolves in response to temperature or resource availability. Predictions for each transplanted population deviated significantly from observed growth for each native population, demonstrating the importance of accounting for interpopulation variation in model parameters. Our results indicate that the latitudinal cline in growth rate cannot be explained solely by thermal adaptation but may have arisen owing to the combined effects of temperature and food availability.

Nous avons élaboré un modèle bioénergétique pour étudier comment la variation génétique de la physiologie de la croissance affecte les paramètres du modèle et la croissance prédite ainsi que pour vérifier deux hypothèses sur l'évolution de variation à contre-gradient dans le taux de croissance chez des populations adaptées localement de capucettes, Menidia menidia, de latitudes différentes (Nouvelle-Écosse et Caroline du Sud). Une méthodologie de vraisemblance pénalisée qui incorpore les données de laboratoire sur le métabolisme, l'action dynamique spécifique, la consommation et la croissance nous a permis d'estimer simultanément pour chaque population les paramètres du modèle. Les paramètres spécifiques des populations différaient en moyenne de 28 %. Le modèle a été validé par la réalisation de prédictions de croissance dans des expériences indépendantes en laboratoire sous des conditions naturelles de lumière et de température (R2 > 0,9) et en nature (R2 > 0,95). Nous avons ensuite procédé à des simulations de transplantations réciproques virtuelles pour éprouver l'hypothèse alternative voulant que le taux de croissance varie le long d'un gradient latitudinal en fonction de la température et de la disponibilité des ressources. La croissance prédite pour chaque population transplantée différait significativement de celle qui prévalait chez la population indigène, ce qui démontre l'importance de tenir compte de la variation entre les populations quant aux paramètres du modèle. Nos résultats montrent que le gradient latitudinal des taux de croissance ne peut s'expliquer simplement par l'adaptation thermique, mais qu'il doit provenir des effets combinés de la température et de la disponibilité des ressources.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2002-02-01

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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