Evolution of copper resistance in Tribolium castaneum

W niezakłóconych przez czynniki stresogenne środowiskach budżet energetyczny organizmu można podzielić na dwie główne składowe: koszty życia oraz koszty produkcji, które przejawiają się w postaci przyrostu masy ciała i reprodukcji. Jednak w większości środowisk organizmy muszą poradzić sobie nie tylko z naturalnymi czynnikami stresogennymi, takimi jak patogeny lub zmiany temperatury, ale także z czynnikami antropogenicznymi, takimi jak zanieczyszczenia. Wielopokoleniowa ekspozycja organizmów na substancje toksyczne może prowadzić do adaptacji, zwiększając ich odporność na działanie substancji chemicznych. Jednak zarówno tworzenie, jak i utrzymywanie mechanizmów obronnych przeciwko owym czynnikom stresującym, może być kosztowne energetycznie, a koszty te muszą być pokryte z bieżącego budżetu energetycznego organizmu. Prowadzi to do zmniejszenia ilości energii dostępnej na inne potrzeby związane z przetrwaniem organizmu i (lub) produkcją. W pracy sprawdzano, czy wielopokoleniowa ekspozycja na miedź powoduje zmiany cech historii życiowej i odporności na miedź u trojszyka gryzącego (Tribolium castaneum). W eksperymencie badano czas potrzebny do osiągnięcia stadium imago, przeżywalność chrząszczy od stadium jaja do imago, reprodukcję samic oraz czas potrzebny do rozpoczęcia reprodukcji w zależności od stężenia miedzi w pożywce (nominalne stężenia 0, 1000, 2000, 4000 i 6000 mg/kg) oraz sprawdzano czy wartości mierzonych parametrów różniły się między liniami selekcyjnymi (chrząszcze hodowane przez 57 pokoleń w pożywce nieskażonej oraz skażonej Cu w nominalnym stężeniu 1000 mg/kg). Wyniki wskazują na istotny bezpośredni wpływ skażenia miedzią na wszystkie badane parametry, jednak wielopokoleniowe narażenie na podwyższone stężenie Cu (linia selekcyjna) miało istotny wpływ jedynie na liczbę osobników dorosłych po 25 dniach od położenia jaj na pożywkę oraz czas potrzebny do rozpoczęcia reprodukcji: osobniki z linii selekcyjnych Cu1000 charakteryzowały się istotnie dłuższym czasem potrzebnym do osiągnięcia stadium imago w porównaniu z osobnikami z linii kontrolnych Cu0.

In stress-free environments, the body energy budget can be divided into two main components: living costs and production costs, represented by body mass gain and reproduction. However, in most environments, organisms must cope not only with natural stressors, such as pathogens or temperature changes, but also with anthropogenic factors, such as contamination. Multigenerational exposure of organisms to toxic substances can lead to adaptation, increasing their resistance to chemicals. However, both the production and the maintenance of defense mechanisms against these stressors can be costly, and these costs must be covered by current energy budget of the organism. This leads to a reduction of the amount of energy available for other life needs and/or production. The aim of this study was to check whether multi-generational exposure to elevated copper concentration causes changes in the life history and resistance to copper in the red flour beetle (Tribolium castaneum). The time needed to reach the imago stage, the egg-to-imago survival, the reproduction rate of females and the time needed to start reproduction were studied in a series of copper concentrations in the medium (nominal concentrations 0, 1000, 2000, 4000 and 6000 mg/kg) and compared between two selection lines: beetles cultured for 57 generations in control medium and in the medium contaminated with Cu at a nominal concentration of 1000 mg/kg. Results showed significant direct effect of copper contamination on all tested parameters, but multi-generation exposure to the increased Cu concentration had significant effect only on the number of adults 25 days after egg placement and the time needed to start reproduction: beetles from the lines bred in Cu-contaminated medium were characterized by significantly longer time needed to reach the imago stage compared to control lines.