Reptiles Under the Sun: Using Lacertid Lizards to Study Thermal and Water Ecology in Ectotherms
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Reptiles under the sun: using lacertid lizards to study thermal and water ecology in ectotherms Marco Sannolo Programa Doutoral em Biodiversidade, Genética e Evolução Departamento de Biologia 2019 Orientador Miguel A. Carretero, Professor Auxiliar e Investigador Principal, Faculdade de Ciências, CIBIO/InBIO Universidade do Porto Ai miei genitori e ai miei nonni Nota prévia Na elaboração desta tese, e nos termos do número 2 do Artigo 4o do Regulamento Geral dos Terceiros Ciclos de Estudos da Universidade do Porto e do Artigo 31º do D.L. 74/2006, de 24 de Março, com a nova redação introduzida pelo D.L. 230/2009, de 14 de Setembro, foi efetuado o aproveitamento total de um conjunto coerente de trabalhos de investigação já publicados ou submetidos para publicação em revistas internacionais indexadas e com arbitragem científica, os quais integram alguns dos capítulos da presente tese. Tendo em conta que os referidos trabalhos foram realizados com a colaboração de outros autores, o candidato esclarece que, em todos eles, participou ativamente na sua conceção, na obtenção e análise de dados, e discussão de resultados, bem como na elaboração da sua forma publicada. Este trabalho foi apoiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) através da atribuição da bolsa de doutoramento (SFRH/BD/103549/2014). Acknowledgments The present work is the waypoint that marks the last four years of my voyage in Science as well as in life. I came to the conclusion that doing a doctorate is like searching for a constant balance between a personal and solitary journey of growing on the one hand and the need to reach out to other people to get help and improve on the other side. As a result, I profoundly changed my attitude during the last four years. I was confronted with living in a new country, learnt two other languages, met many new people and lost some old ones. I’m proud to say that I grew not only as a scientist but most importantly as a person. Hence, even though the work I present and discuss in the next pages is mine, it would not exist in this form without the collaboration, the input, and the help of several people and institutions. Miguel Angel Carretero and I met during a congress in Slovenia in 2013. Later on, I expressed to him my interest in pursuing a PhD. Since the beginning, he was open- minded and interested in my ideas, and in 2015 I finally moved to work together. It has not always been easy between us. We are both stubborn and defend our positions fiercely. I’m glad about that. I would not have grown so much without open and, sometimes, dashing confrontations. Gracias Miguel por tu apoyo en estos años, por aguantar mi cabezonería y sangre a veces demasiado caliente, y por entender y aceptar mi situación personal de gitano entre varios países. The FCT, Fundação para a Ciência e a Tecnologia believed in my project and financed it. Without its financial support, this thesis would have not even started. Similarly, CIBIO hosted me for four years and gave me the occasions to meet many other researchers and to a place to follow courses and seminars. Finally, the ICNF, Instituto da Conservação da Natureza e das Florestas, and especially Marina Sequeira, provided me with all the permits I needed to carry on my research. To all these institutions, obrigado. While developing my doctorate during the last four years, I met many people from different countries. Some of them contributed substantially to some of my work, like Frederico Barroso. We shared many adventures, and I rapidly became my best friend in Portugal and an example of dedication and hard work. Other people were kind enough to invest some of their time teaching me new concepts and techniques, like Angelica Crottini and Walter Cocca. Finally, I shared little as well as big moments of friendship with people like Lucia Perez and Michael Jowers. The physical places in which I have lived for enough time become particularly important for me. The rhythms, the landscapes, 6 FCUP Reptiles under the sun: using lacertid lizards to study thermal and water ecology in ectotherms the people, all fade into memories that often came back, making me remember where I have been and to what I bound. I’ll always have sweet memories for many places in Portugal, but especially for Vila do Conde, in which I lived –and often worked– for almost four years. In Vila, I met two beings that would turn to be essential for me to endure the marathon that the present work has represented successfully. The first was a lovely cat called Memeo initially –but now that she lives in Spain she is just Meme. People that live alone and are lucky enough to share the company of an affectionate cat will understand my feelings without further explaining. And finally, I met Raquel. I will not say that without her I would not have finished my PhD. Instead, if I had dedicated four years of my life only to research, in a monk-style way of life, I would have perhaps produced more science. But a realized that life is not just about working hard, doing science and rehearse. Hemos pasado de todos en estos últimos casi cuatro años juntos y, no obstante no siempre hayamos comido perdices, lo haría todo otra vez. Gracias por haber entrado en mi vida aquella noche de fiesta y, sobre todo, por haberte quedado desde entonces. FCUP 7 Reptiles under the sun: using lacertid lizards to study thermal and water ecology in ectotherms Resumo Desde há vários séculos que os répteis têm vindo a ser considerados como animais "de sangue frio” tendo até mesmo Linnaeus, no seu Systema Naturae, colocado estes em conjunto com os anfíbios. No entanto, desde a década de 40 do século passado, alguns investigadores começaram a medir a temperatura corporal de répteis no campo. Por sua vez, estas investigações levaram à descoberta de que os répteis possuem a capacidade de manter a sua temperatura corporal acima da temperatura do ar, conseguindo até manter temperaturas corporais constantes durante uma quantidade considerável de tempo, principalmente através de termorregulação comportamental. Nas seguintes décadas, foram publicados milhares de artigos sobre a ecologia térmica de répteis. Nos últimos anos, com o aumento do interesse mundial no efeito potencialmente adverso das mudanças climáticas na biodiversidade, estudos sobre ecologia térmica de répteis têm vindo a ganhar um valor científico crescente, tomando por exemplo estudos que demonstraram que até um quinto de todas as populações de répteis podem vir a ser extintas até o final do século. Em contrapartida, o equilíbrio hídrico dos répteis recebeu comparativamente menos atenção. Na verdade, a água tem sido muitas vezes associada a questões de anfíbios, enquanto que a temperatura é associada mais aos répteis. No entanto, nos últimos anos, vários trabalhos têm começado a explorar os potenciais efeitos adversos da escassez de água, desidratação e regimes de chuvas na biodiversidade de répteis, bem como na sua distribuição e atividade. Além disso, prevê-se que as alterações climáticas aumentem a frequência das secas e das vagas de calor, especialmente em algumas zonas como a bacia mediterrânica. Assim sendo, chegou o memento de adotar uma abordagem mais holística sobre ecologia dos répteis, onde a ecologia térmica se entrelaça o máximo possível com outros aspectos como a fisiologia e história de vida. Na verdade, apenas um quadro de investigação mais abrangente poderá permitir-nos obter uma visão mais aprofundada sobre a biologia dos répteis e assim desenvolver ferramentas preditivas e de gestão mais poderosas para compreender se e como este grupo de animais reagirá às futuras condições climáticas e ambientais bem como aos noves desafios que poderão enfrentar. No presente trabalho, descrevo e discuto os resultados de seis investigações destinadas a reforçar a compreensão da ecologia térmica dos répteis, do balanço hídrico e das interações potenciais entre esses dois aspectos fundamentais da biologia reptiliana. A temperatura corporal dos répteis pode ser recolhida de várias maneiras. Um dos métodos mais comuns é usar um termopar para medir a temperatura cloacal. No 8 FCUP Reptiles under the sun: using lacertid lizards to study thermal and water ecology in ectotherms entanto, hoje em dia novas ferramentas, como câmeras infravermelhas portáteis, têm vindo a melhorar significativamente vários setores, desde a indústria e da defesa à medicina diagnóstica. A investigação sobre répteis pode também beneficiar da incorporação de dados de infravermelho, que permitem novas formas de estudar ecologia térmica. Um primeiro grande desafio é provar que novas ferramentas são fiáveis e comparáveis com as mais comuns e difundidas técnicas. Aqui, o primeiro passo foi demonstrar a relação robusta entre as leituras de temperatura cloacais e termográficas. De seguida, a investigação moveu-se para o campo para investigar, usando a imagem infravermelha, um aspecto mal estudado do comportamento anti- predador dos lagartos. Na verdade, quando os lagartos se escondem de um predador, é provável que sua temperatura corporal diminua com o tempo. Tal diminuição da temperatura corporal pode representar um custo em termos de aptidão (fitness) se os lagartos são forçados a perder tempo a termorregular, após cada tentativa de predação, perdendo assim a oportunidade de se alimentarem ou de acasalarem. Neste trabalho, foi quantificada pela primeira vez a diminuição da temperatura corporal que os lagartos sofrem ao se esconderem de um predador. Outra linha de investigação deste projeto, focou-se na ecologia térmica, balanço hídrico e desempenho de espécies intimamente relacionadas que coexistem. Estudos sobre vários grupos de organismos indicam que em casos de coexistência entre espécies estreitamente relacionadas, estas reduzem a potencial concorrência segregando-se no tempo ou espaço ou sofrendo alterações suficientes (deslocamento de caráter) para reduzir a sobreposição dos seus nichos.