University of Oulu

Seasonal variation in the life histories of a viviparous ectoparasite, the deer ked

Saved in:
Author: Härkönen, Laura
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Science, Department of Biology
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.8 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514298967
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2012
Publish Date: 2012-08-15
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (Auditorium YB210), Linnanmaa, on 25 August 2012, at 12 noon
Tutor: Professor Arja Kaitala
Docent Jouni Aspi
Reviewer: Docent Tero Klemola
Doctor Tiit Teder
Description:

Abstract

The life histories of ectoparasites are shaped by both host and off-host environment. A suitable host is primarily needed during reproduction, whereas juvenile stages outside the host are directly exposed to environmental variability. Viviparity, i.e. the development of an embryo inside the body of the mother resulting in large offspring size, increases offspring survival. The production of large offspring has its consequences in terms of high variation in offspring age and in the environment that each young individual will face. I used a viviparous ectoparasite, the deer ked (Lipoptena cervi), to investigate the consequences of long reproductive lifespan and varying offspring environment on offspring life-histories and seasonal adaptations.

Offspring life-histories varied seasonally. I showed that the resources provided by the deer ked females determine offspring performance throughout its off-host period. Offspring size increased towards the spring and the end of the reproductive period, and simultaneously offspring survival and cold tolerance increased. Seasonal variation in offspring size did not reflect the resources that would guarantee offspring survival during the longest diapause or the highest cold tolerance during the harshest winter period. Diapause intensity varies with birth time according to the expected length of the winter ahead. However, the deer ked pupae, regardless of their age, overwinter at an opportunistic diapause, which may be terminated rapidly only by an exposure to high temperature. Contrary to general observations, photoperiod has no role in regulating the seasonal shifts of the deer ked. Neither is high cold tolerance associated only with diapause, but it remains high through four seasons, also in the active developmental and adult stages. I also evaluated the effects of life-history variation on the invasion potential of the deer ked. I conducted a large-scale transplant experiment to test the survival and pupal development at and beyond the current range. I found that the lower spring and summer temperatures and the shorter growth season in the north cause a deterioration in pupal performance and shorten the flight period. However, the colder climate may not totally prevent further spread. A more important factor that will affect deer ked invasion is host availability, and especially in Finland, the density of the moose population.

Seasonal variation in offspring life histories in viviparous ectoparasites differs from the variation patterns reported in most invertebrates. This may be due to the extremely large offspring size and to the fact that maternally derived resources determine offspring performance through the entire off-host period. Variation in offspring performance is thus determined by maternal resources and seasonal variation in the condition of the moose.


Tiivistelmä

Useimpien ulkoloisten elinkierto on riippuvainen isännästä ja isännän ulkopuolella kasvavien jälkeläisten kohtaamista ympäristöoloista. Viviparia eli jälkeläisen kehitys naaraan sisällä ja siitä usein seuraava suuri jälkeläiskoko parantavat jälkeläisten selviytymistä. Suurten jälkeläisten tuottaminen pitkällä aikavälillä johtaa siihen, että eri-ikäiset jälkeläiset kohtaavat vuodenajasta riippuen hyvin erilaiset olosuhteet. Väitöstyössäni tarkastelin Suomessa nopeasti yleistyneen hirvieläinten ulkoloisen, hirvikärpäsen (Lipoptena cervi), avulla, mitä seurauksia viviparialla, pitkällä lisääntymiskaudella ja ympäristön vuodenaikaisvaihtelulla on jälkeläisten elinkierto-ominaisuuksiin.

Väitöskirjatyössäni havaitsin, että hirvikärpäsjälkeläisten elinkiertopiirteet vaihtelevat jälkeläisen syntymäajan mukaan. Osoitin myös, että hirvikärpäsnaaraan jälkeläisilleen tarjoamat ravintovarat määrittelevät jälkeläisten isännästä riippumattoman elinkierron aikaisen menestyksen. Jälkeläisten keskimääräinen koko kasvoi lisääntymiskauden edetessä talvesta kohti kevättä, jolloin myös selviytyminen ja kylmänsietokyky paranivat. Jälkeläiskoon vuodenaikaisvaihtelu ei näin ollen vastaa jälkeläisten tarvitsemia resursseja suhteessa talvehtimisen pituuteen eikä korreloi koville talvipakkasille altistumisen todennäköisyyden kanssa. Lepotilan keston määrittelevä diapaussin syvyys vaihteli syntymävuodenaikaa vastaavasti. Diapaussin havaitsin kuitenkin olevan ensisijaisesti opportunistinen, jolloin pelkästään korkea lämpötila voi nopeasti päättää lepotilan kaikenikäisillä yksilöillä. Vastoin yleisiä käsityksiä valorytmi ei vaikuta diapaussin säätelyyn. Vastoin ennakko-odotuksia kylmänsietokyky säilyy korkeana vuoden ympäri ja kaikissa tutkituissa elinkierron vaiheissa. Sovelsin tutkimieni elinkiertopiirteiden vaikutusta myös lajin invaasiokykyyn, ja tutkin istutuskokeen avulla koteloiden selviytymistä ja kehitystä nykyisellä esiintymisalueella ja sen pohjoispuolella. Alhaisemmat kevät- ja kesälämpötilat sekä lyhyempi kasvukausi vähentävät aikuiseksi selviytymistä ja lyhentävät lentoaikaa syksyllä. Ilmastotekijöiden suhteen hirvikärpänen voisi esiintyä nykyistä pohjoisempana. Tärkein tekijä hirvikärpäsen leviämistä tarkasteltaessa on kuitenkin sopivien isäntäeläimien saatavuus ja Suomen oloissa erityisesti hirven eli hirvikärpäsen pääisännän kannan tiheys.

Tutkimukseni perusteella ulkoloisten vivipariasta seuraava jälkeläisten elinkiertopiirteiden ajallinen vaihtelu eroaa muiden selkärangattomien vastaavasta vaihtelusta. Yhtenä syynä eroihin lienee se, että hirvikärpäsnaaras tuottaa erityisen suuria jälkeläisiä ja että jälkeläiset puolestaan ovat täysin riippuvaisia emon antamista resursseista. Emon lisääntymisresurssit ja hirven kunnon vuodenaikaisvaihtelu vaikuttavat mahdollisesti siihen, minkälaisia jälkeläisiä hirvikärpänen milloinkin kykenee tuottamaan.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-951-42-9896-7
ISBN Print: 978-951-42-9895-0
Issue: 596
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.