Evidence of morphological adaptation to life underwater: sternal keel affects swimming speed in giant water scavenger beetles (Coleoptera: Hydrophilidae: Hydrophilini).

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Date: May 2021
From: Canadian Journal of Zoology(Vol. 99, Issue 5)
Publisher: NRC Research Press
Document Type: Report
Length: 3,483 words
Lexile Measure: 1330L

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Abstract :

Fundamentally, insects evolved on land and secondarily inhabited aquatic environments multiple times. To live underwater, aquatic insects have acquired enormously variable morphological, developmental, physiological, and ecological traits, such as gas exchange systems and swimming-related characteristics. Giant water scavenger beetles of the tribe Hydrophilini (Coleoptera: Hydrophilidae) are characterized by the presence of a sternal keel, which often extends posteriorly. Despite being a conspicuous morphological trait, its function remains unclear. Here, I verified two hypotheses: keel affects (1) submergence time following air replacement and (2) speed and oscillatory movement during forward swimming in Hydrophilus acuminatus Motschulsky, 1854. Submergence time was affected by body mass rather than keel removal; in other words, larger individuals replaced their gas gills more frequently. Keel removal reduced swimming speed by 12.5%. These observations support the second hypothesis, and are also consistent with previous speculations that the sternal keel is a key adaptation for swimming, but the results showed that the degree of oscillation was closely related to body mass but not to keel removal. Further studies are warranted to elucidate precise factors through which the presence of the keel increases swimming speed. Such studies would provide clues into understanding the associations among body size, swimming methods, and morphological traits. Key words: aquatic beetles, gas gill, Hydrophilus acuminatus, motion analysis, oscillatory movement, submergence, water scavenger beetles. A la base, les insectes ont d'abord evolue en milieu terrestre pour, en second lieu, integrer a de nombreuses reprises des milieux aquatiques. Pour vivre sous l'eau, les insectes aquatiques ont acquis des caracteres morphologiques, developpementaux, physiologiques et ecologiques extremement varies tels que des systemes d'echange gazeux et des caracteristiques associees a la nage. Les hydrophiles geants de la tribu des hydrophilines (coleopteres : hydrophilides) sont caracterises par la presence d'une quille sternale, qui s'etire souvent posterieurement. Bien qu'il s'agisse d'un caractere bien en evidence, sa fonction demeure incertaine. J'ai verifie les deux hypotheses suivantes : la quille a une incidence sur (1) la duree d'immersion apres un renouvellement d'air et (2) la vitesse et le mouvement oscillatoire durant la nage vers l'avant chez Hydrophilus acuminatus Motschulsky, 1854. La masse du corps, plutot que le retrait de la quille, a une incidence sur la duree d'immersion; autrement dit, les individus plus grands renouvellent leurs branchies physiques plus frequemment. Le retrait de la quille entraine une reduction de 12,5 % de la vitesse de nage. Ces observations appuient la deuxieme hypothese et concordent egalement avec des propositions passees selon lesquelles la quille sternale est une adaptation cle pour permettre la nage; les resultats montrent toutefois que le degre d'oscillation est etroitement relie a la masse du corps, mais non au retrait de la quille. D'autres etudes sont necessaires pour cerner les facteurs precis qui font en sorte que la presence d'une quille accroit la vitesse de nage. Ces etudes pourraient fournir des indices pour comprendre les associations entre la taille du corps, les techniques de nage et des caracteres morphologiques. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : scarabees aquatiques, branchie physique, Hydrophilus acuminatus, analyse du mouvement, mouvement oscillatoire, immersion, hydrophilides.

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Gale Document Number: GALE|A666204558