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Pretty Cool Beetles: Can Manipulation of Visible and Near-Infrared Sunlight Prevent Overheating?

2022; Oxford University Press; Volume: 4; Issue: 1 Linguagem: Inglês

10.1093/iob/obac036

2517-4843

Laura Ospina-Rozo, Jegadesan Subbiah, Ainsley E. Seago, Devi Stuart‐Fox,

Urban Green Space and Health

Passive thermoregulation is an important strategy to prevent overheating in thermally challenging environments. Can the diversity of optical properties found in Christmas beetles (Rutelinae) be an advantage to keep cool? We measured changes in temperature of the elytra of 26 species of Christmas beetles, exclusively due to direct radiation from a solar simulator in visible (VIS: 400-700 nm) and near infrared (NIR: 700-1700 nm) wavebands. Then, we evaluated if the optical properties of elytra could predict their steady state temperature and heating rates, while controlling for size. We found that higher absorptivity increases the heating rate and final steady state of the beetle elytra in a biologically significant range (3 to 5°C). There was substantial variation in the absorptivity of Christmas beetle elytra; and this variation was achieved by different combinations of reflectivity and transmissivity in both VIS and NIR. Size was an important factor predicting the change in temperature of the elytra after 5 min (steady state) but not maximum heating rate. Lastly, we show that the presence of the elytra covering the body of the beetle can reduce heating of the body itself. We propose that beetle elytra can act as a semi-insulating layer to enable passive thermoregulation through high reflectivity of elytra, resulting in low absorptivity of solar radiation. Alternatively, if beetle elytra absorb a high proportion of solar radiation, they may reduce heat transfer from the elytra to the body through behavioral or physiological mechanisms.La termorregulación pasiva es una estrategia para prevenir el calentamiento excesivo en ambientes con altas temperaturas. ¿Será posible que la diversidad en las propiedades ópticas de los élitros, en los escarabajos de Navidad (Rutelinae), sean una ventaja para evitar que su cuerpo se caliente excesivamente? En este trabajo medimos los cambios de temperatura en los élitros de 26 especies de escarabajos de Navidad, expuestos a radiación en el espectro visible (400–700 nm) e infrarrojo cercano (700–1700 nm), siendo ambas regiones del espectro producidas por un simulador solar. Luego, evaluamos si las propiedades ópticas de los élitros pueden predecir su temperatura final y tasa de calentamiento, controlando por la variable de tamaño. Encontramos que una mayor absorción de luz aumenta las tasas de calentamiento y temperatura final de los escarabajos en un rango significativo a nivel biológico. A su vez, esta absorción varía considerablemente entre especies ya que los élitros estudiados poseen diferentes combinaciones de reflectividad y transmisividad en el visible e infrarrojo cercano. El tamaño fue un predictor importante del cambio en la temperatura final de los élitros (°C después de 5 minutos), pero no en la tasa máxima de calentamiento (°C por segundo). Finalmente, demostramos que los élitros contribuyen a reducir la temperatura corporal cuando se cierran cubriendo la parte dorsal del escarabajo. Proponemos que los élitros altamente reflectivos pueden actuar como una capa semi-aislante, que contribuye a la termorregulación pasiva disminuyendo la absorción de luz. Por otro lado, los escarabajos cuyos élitros absorben una gran proporción de la radiación solar, podrían implementar mecanismos fisiológicos o comportamentales adicionales para reducir la transferencia de calor desde los élitros al cuerpo.