Effects of constant and stepwise changes in temperature on the species abundance dynamics of four cladocera species

Effets de changements graduels en température sur la dynamique de quatre espèces de cladocères

Papanin Biological Institute of Inland Waters, Russian Academy of Sciences, Borok, 152742 Yaroslavl district, Russia
verb@ibiw.yaroslavl.ru

Received: 14 December 2010
Revised: 2 March 2011
Accepted: 7 March 2011

Abstract

Laboratory experiments with natural zooplankton communities were carried out to study the effects of two contrasting temperature regimes: constant temperature (15, 20, and 25 °C) and graded changes in temperature. The graded regime consisted of repeated sustained (three weeks) controlled stepwise temperature changes of 5 or 10 °C within 15–25 °C on the population dynamics of four dominant species of lake littoral zooplankton, Daphnia longispina (Müller, 1785), Diaphanosoma brachyurum (Lievin, 1848), Simocephalus vetulus (Müller, 1776) and Chydorus sphaericus (Müller, 1785). The results show that controlled stepwise changes (positive or negative) in temperature within the ranges of 15–20, 20–25, and 15–25 °C can exert either stimulating or inhibitory effect (direct or delayed) on the development of D. longispina and S. vetulus populations. The development of D. brachyurum and Ch. sphaericus, both more steno-thermophile, was only stimulated by a stable elevated temperature (25 °C). These results support the previously formulated hypothesis that, in determining the ecological temperature optimum of a species within a natural community, it is not enough to define its optimum from constant, cyclic or random temperature fluctuations, but also from unidirectional stepwise changes in temperature. These stepwise changes may also induce prolonged or delayed effects.

Résumé

Des expériences de laboratoire sur des communautés naturelles de zooplancton ont été conduites pour étudier les effets de deux régimes contrastés de température : température constante (15, 20, 25 °C) et changements graduels de température. Le régime graduel consistait en des changements de température par paliers contrôlés (de trois semaines) de 5 ou 10 °C entre 15 et 25 °C sur des populations de quatre espèces dominantes de zooplancton littoral lacustre, Daphnia longispina (Müller, 1785), Diaphanosoma brachyurum (Lievin, 1848),Simocephalus vetulus (Müller, 1776) and Chydorus sphaericus (Müller, 1785). Les résultats montrent que les changements par paliers contrôlés (positifs ou négatifs) en température dans les gammes 15–20, 20–25 et 15–25 °C peuvent exercer un effet soit stimulant, soit inhibiteur (immédiat ou retardé) sur le développement des populations de D. longispina and S. vetulus. Le développement de D. brachyurum et Ch. sphaericus, tous les deux sténo-thermophiles, était stimulé seulement par une température élevée stable (25 °C). Ces résultats confirment l’hypothèse formulée auparavant que, dans la détermination de l’optimum thermique d’une espèce d’une communauté naturelle, il ne suffit pas de définir son optimum à partir de températures constantes, ou de fluctuations cycliques ou aléatoires, mais aussi par des changements de température graduels. Ces changements graduels peuvent également produire des effets prolongés ou retardés.