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Temperature acclimation influences temperature-related behaviour as well as oxygen-transport physiology and biochemistry in the water flea Daphnia magna

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Abstract:

To evaluate the role of temperature in oxygen transport in the water flea Daphnia magna, temperature-related behaviour as well as oxygen-transport physiology and biochemistry were investigated in animals long-term acclimated to moderate temperatures: 10, 20, or 30°C (normoxia) or 20°C (hypoxia). Study of the behaviour of animal groups within a normoxic thermal gradient showed their preferred temperatures and distribution patterns to be connected with acclimation conditions; for example, cold-acclimated individuals, with their relatively high metabolic rates and low oxygen-transport capacities, crowded at low temperatures where the oxygen concentration was high. One key to explaining these data is to assume a strategy of avoiding oxygen shortage. Both temperature and hypoxia acclimation also modified oxygen-transport variables such as oxygen consumption, ventilation and circulation rates, or the concentration and oxygen affinity of haemoglobin. Characteristic features of cold-acclimated D. magna were relatively high oxygen-consumption and heart rates and a low concentration and oxygen affinity of haemoglobin. Hypoxia-acclimated D. magna showed relatively low convective rates (frequency of thoracic-limb movements, heart rate) but a high concentration and oxygen affinity of haemoglobin. Additional experiments showed that independently of each other, temperature and ambient oxygen concentration modify haemoglobin quantity and quality, the former possibly acting via a temperature-induced hypoxia. The varying oxygen affinity is probably due to alterations of haemoglobin subunit composition, with the particular participation of subunits A, E, and G as revealed by two-dimensional gel electrophoresis.

L'étude du comportement relié à la température ainsi que de la physiologie et de la biochimie du transport de l'oxygène chez des cladocères Daphnia magna acclimatés à long terme à des températures modérées — 10, 20, 30 °C (en normoxie) ou 20 °C (en anoxie) — nous a permis d'évaluer le rôle de la température en rapport avec le transport de l'oxygène. Le comportement de groupes d'animaux dans un gradient thermique normoxique montre que les choix de température et les patterns de répartition sont reliés aux conditions d'acclimatation; par exemple, les individus acclimatés au froid, qui ont des taux métaboliques relativement élevés et des capacités réduites de transport d'oxygène, se regroupent dans les zones de température préférentielle basse où les concentrations d'oxygène sont élevées. Une façon d'expliquer ces données est d'assumer qu'il y a une stratégie d'évitement des pénuries d'oxygène. L'acclimatation tant à la température qu'à l'hypoxie modifie aussi les variables reliées au transport de l'oxygène, telles que la consommation d'oxygène, les taux de ventilation et de circulation ou alors la concentration de l'hémoglobine et son affinité pour l'oxygène. Les caractéristiques des cladocères acclimatés au froid comprennent une consommation d'oxygène et un rythme cardiaque relativement élevés et une concentration basse d'hémoglobine qui a une affinité réduite pour l'oxygène. Les cladocères acclimatés à l'hypoxie ont des taux de convexion relativement bas et une forte concentration d'hémoglobine qui a une grande affinité pour l'oxygène. Des expériences additionnelles ont démontré que, de façon indépendante, la température et la concentration d'oxygène du milieu modifient l'hémoglobine quantitativement et qualitativement, la température agissant peut-être au moyen de l'hypoxie qu'elle provoque. La variation dans l'affinité pour l'oxygène s'explique probablement par des modification de la composition des sub-unités de l'hémoglobine avec un rôle particulièrement important des sous-unités A, E et G; c'est ce qu'indiquent les résultats d'une électrophorèse bidimensionnelle sur gel.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2003

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