Thermal and hydric physiology determine habitat occupancy in a group of neotropical frogs and influence their vulnerability to climate change

Abstract

Os anfíbios equilibram a manutenção do seu balanço hídrico e térmico dependendo do seu estado fisiológico e do ambiente físico para evitar consequências deletérias no desempenho do organismo. A maioria das avaliações mecanicistas enfatiza as restrições térmicas sobre as hídricas, potencialmente negligenciando aspectos importantes dos atributos morfo-fisiológicos específicos dos anfíbios. Aqui, avaliamos a influência das restrições hídricas e térmicas, combinada e separadamente, no tempo de atividade em toda a distribuição geográfica de rãs neotropicais terrestres pertencentes ao gênero Leptodactylus (L. fuscus, L. mystacinus, L. macrosternum e L. luctador). Com base em dados de laboratório e de campo, integramos atributos funcionais específicos das espécies com seu microclima ao nível do solo usando um procedimento de modelagem mecanicista. Inferimos a adequabilidade ambiental usando princípios de equilíbrio de calor e massa, ao mesmo tempo que permitimos respostas comportamentais interativas de procura de abrigo durante condições restritivas. Nossos resultados mostram que as restrições hídricas na atividade são influenciadas pelo tamanho corporal e podem se tornar um impedimento mesmo em condições consideradas termicamente adequadas. Encontramos também que a inclusão dos abrigos como refúgios térmicos e hídricos melhorou a capacidade de resiliência das rãs a condições climáticas estressantes. Importante, as restrições na atividade induzidas pela troca de calor estavam ligadas a baixas temperaturas e não as condições mais quentes, indicando um compromisso na atividade diária impulsionado pelos limites térmicos superiores e inferiores. Estas descobertas fornecem uma imagem mais ampla das restrições climáticas à atividade dos anuros e oferecem novos insights sobre como as espécies podem responder às mudanças nas condições climáticas nas regiões tropicais.

Amphibians balance their thermal and water budgets depending on their physiological state and the physical environment to avoid detrimental consequences in organismal performance. Most mechanistic assessments emphasize thermal over water constraints, potentially overlooking important aspects of the amphibian’s particular morpho-physiological attributes. Herein, we evaluated the influence of thermal and hydric constraints, combined and separately, on the activity budget across the geographic distribution of ground-dwelling Neotropical frogs belonging to the Leptodactylus genus (L. fuscus, L. mystacinus, L. macrosternum and L. luctator). Based on laboratory and field data, we integrated species-specific functional attributes with their ground-level microclimate through a mechanistic modeling procedure. We inferred environmental suitability using principles of heat and mass balances, while allowing for interactive behavioral responses of sheltering during restrictive conditions. Our results show that hydric-related restrictions in activity are influenced by body size and may become an impediment even under conditions considered thermally adequate. We also found that the consideration of shelters as thermal and hydric refugia improved the resilience capacity of frogs to stressful climatic conditions. More strikingly, thermal-induced restrictions in activity were linked to low temperatures rather than warmer conditions, indicating a trade-off in diel activity driven by upper and lower thermal bounds. These findings provide a broader picture of climatic constraints on anuran activity and offer new insights into how species may respond to changing climatic conditions in tropical regions.