Spring and Early Summer Temperatures in a Shallow Arctic Pond

Temperatures were recorded continuously during spring and early summer in a shallow pond on Bathurst Island in the High Arctic; thawing was rapid. After the thaw, seasonal and diel differences within the water and mud showed that frozen substrate had a marked effect on mud temperature, but that the superficial mud received almost as much heat as the water immediately above it. Temperature summations suggested that even in favourable shallow habitats low mud temperatures dictate the life-cycles of more than one year of arctic chironomids. The maximum-minimum temperature midpoint was a satisfactory substitute for a recorder-obtained day-mean, and seasonal comparisons of pond temperatures in relation to bottom fauna could therefore be based on daily maximum and minimum mud surface temperatures.Températures du printemps et du début de l’été dans une mare peu profonde de l’Arctique.  Dans une mare peu profonde, sur l’île de Bathurst dans le Haut Arctique, on a enregistré de façon continue les températures du printemps et du début de l’été.  Après le dégel, les différences saisonnières et quotidiennes dans l’eau et dans la vase montrent que le substrat pergelé a un effet marqué sur la température de la vase, mais aussi que la vase superficielle reçoit presque autant de chaleur que l’eau qui la recouvre immédiatement.  Les compilations des températures suggèrent que même dans des habitats favorables parce que peu profonds, les basses températures de la vase dictent les cycles biologiques pluriannuels chez les chironomides de l’Arctique.  La médiane des températures maximum et minimum peut être substituée à la température moyenne enregistrée; les températures maximum et minimum quotidiennes de la surface de la vase peuvent donc servir de base aux comparaisons saisonnières des températures de la mare en relation avec la faune du fond

Arctic Insects as Indicators of Environmental Change

The great diversity of terrestrial arthropods in the Arctic suggests that these organisms are especially useful to monitor environmental change there, where warming as a result of climatic change is expected to be especially pronounced and where current conditions are limiting for many organisms. Based on existing information about arctic faunas and how they differ from temperate ones, this paper suggests several elements, including ratios and other quantitative indexes, that can be used for long-term evaluations of change. These elements include composition indexes, range limits, marker species, interspecific ratios, relationship shifts, phenological and physiological indicators, and key sites. Using such elements in a planned way would exploit the diversity of arctic insects and emphasize their importance in arctic systems.Key words: arctic arthropods, arctic insects, arctic fauna, climatic change, environmental changem, onitoring, indicator species, long-term researchRÉSUMÉ. La grande diversité d’arthropodes terrestres dans l’Arctique suggère que ces organismes se prêtent particulièrement bien à la surveillance des changements qui prennent place dans cet environnement, où l’on s’attend à un réchauffement assez prononcé suite aux changements climatiques et où les conditions actuelles sont défavorables à beaucoup d’organismes. En s’appuyant sur l’information actuelle concernant les espèces arctiques et la façon dont elles diffèrent des espèces tempérées, cet article propose divers éléments, y compris des rapports et d’autres index quantitatifs, à utiliser pour effectuer une évaluation à long terme des changements. Ces éléments comprennent les index de composition, les limites de territoire, les espèces repères, les rapports interspécifiques, les modifications des liens, les indicateurs phénologiques et physiologiques ainsi que les sites clés. L’utilisation planifiée de ces éléments permettrait d’exploiter la diversité des insectes arctiques et de souligner leur importance dans les systèmes arctiques.Mots clés: arthropodes, insectes arctiques, faune arctique, changement climatique, changement environnemental, surveillance, espèces indicatrices, recherche à long term

Insect Cold-Hardiness: Insights from the Arctic

Cold-hardiness and related adaptations of insects in the Arctic correspond to characteristic climatic constraints. Some species are long-lived and are cold-hardy in several stages. In the Arctic, diapause and cold-hardiness are less likely to be linked than in temperate regions, because life-cycle timing depends as much on the need to coincide development with the short summer as on the need to resist winter cold. Winter habitats of many species are exposed rather than sheltered from cold so that development in spring can start earlier. Several features of cold-hardiness in arctic species differ from the characteristics of temperate species: these include very cold-hardy insects with low supercooling points that are not freezing tolerant; freezing-tolerant species that supercool considerably rather than freezing at relatively high subfreezing temperatures; mitochondrial degradation linked with the accumulation of cryoprotectants; and the possibly limited occurrence of thermal hysteresis proteins in winter. Several interesting relationships between cold-hardiness and water have been observed, including different types of dehydration. Winter mortality in arctic insects appear to be relatively low. Adaptations to cold in summer include retention of cold-hardiness, even freezing tolerance; selection of warm sites; and behaviour such as basking that allows elevated body temperatures. Studies especially on the high-arctic moth Gynaephora groenlandica show that various factors including cold-hardiness and other summer and winter constraints dictate the structure of energy budgets and the timing of life cycles. Future work should focus on the biological and climatic differences between arctic and other areas by addressing habitat conditions, life-cycle dynamics, and various aspects of cryoprotectant production at different times of year. Even in the Arctic cold-hardiness is complex and involves many simultaneous adaptations.Key words: cold-hardiness, insects, supercooling, freezing-tolerance, cryoprotectants, metabolism, energy budgets, life cycles, habitat selectionL'endurance au froid et autres adaptations connexes des insectes de l'Arctique correspondent à des contraintes climatiques caractéristiques. Certaines espèces ont une grande longévité et sont résistantes au froid à plusieurs stades. Dans l'Arctique, il est moins probable que la diapause et l'endurance au froid soient reliées que dans les zones tempérées, parce que le cycle de vie dépend autant du besoin de faire coïncider la croissance avec le bref été que du besoin de résister au froid hivernal. Les habitats hivernaux de nombreuses espèces sont exposés au froid plutôt qu'abrités du froid de façon que la croissance débute plus tôt au printemps. Plusieurs caractéristiques de la résistance au froid chez des espèces arctiques diffèrent des caractéristiques des espèces tempérées: les premières comprennent des insectes très résistants au froid ayant des points de surfusion bas qui ne sont pas tolérants au gel; des espèces tolérantes au gel qui manifestent une surfusion considérable plutôt que de geler à des températures relativement hautes sous le point de congélation; la dégradation mitochondriale liée à l'accumulation de cryoprotecteurs; et l'occurrence peut-être limitée de protéines à hystérésis thermique en hiver. On a observé plusieurs rapports intéressants entre la résistance au froid et l'eau, y compris différents types de déshydratation. La mortalité hivernale chez les insectes de l'Arctique semble être relativement basse. Les adaptations au froid en été comprennent le maintien de la résistance au froid, et même de la tolérance au gel; le choix de sites tempérés et le comportement qui consiste à se chauffer au soleil, ce qui permet une élévation des températures du corps. Des études effectuées en particulier sur la noctuelle de l'Extrême-Arctique Gynaephora groenlandica montrent que divers facteurs y compris la résistance au froid et d'autres contraintes estivales et hivernales dictent la structure des bilans énergétiques et le rythme des cycles de vie. De futurs travaux devraient porter sur les différences biologiques et climatiques entre des régions arctiques et d'autres zones en étudiant les conditions de l'habitat, la dynamique des cycles de vie et divers aspects de la production de cryoprotecteurs à différentes époques de l'année. Même dans l'Arctique, la résistance au froid est complexe et implique bien des adaptations simultanées.Mots clés: résistance au froid, insectes, surfusion, tolérance au gel, cryoprotecteurs, métabolisme, bilans énergétiques, cycles de vie, sélection de l’habita

Interglacial History of a Palaeo-lake and Regional Environment: A Multi-proxy Study of a Permafrost Deposit from Bolshoy Lyakhovsky Island, Arctic Siberia

Chironomid, pollen, and rhizopod records from a permafrost sequence at the Bolshoy Lyakhovsky Island (New Siberian Archipelago) document the evolution of a thermokarst palaeo-lake and environmental conditions in the region during the Last Interglacial (MIS 5e, ca. 130120 ka). Open Poaceae and Artemisia associations dominated vegetation at the beginning of the interglacial period, ca. 130 ka. Rare shrub thickets (Salix, Betula nana, Alnus fruticosa) grew in more protected and wetter places as well. Saalian ice wedges started to melt during this time, resulting in the formation of an initial thermokarst water body. The high percentage of semi-aquatic chironomids suggests that a peatland-pool palaeo-biotope existed at the site, when initial water body started to form. A distinct decrease in semi-aquatic chironomid taxa and an increase in lacustrine ones point to a gradual pooling of water in basin, which could in turn create thaw a permanent pond during the subsequent period. The highest relative abundance of Chironomus and Procladius reflects an existence of unfrozen water remaining under the ice throughout the ice-covered period during the later stage of palaeo-lake development. Chironomid record points to three successive stages during the water body evolution: (1) a peatland pool; (2) a pond (i.e., less deep than the maximum ice-cover thickness); and (3) a shallow lake (i.e., more deep than the maximum ice-cover thickness). The evolutionary trend of palaeo-lake points to intensive thermokarst processes occurring in the region during the Last Interglacial. Shrub tundra communities with Alnus fruticosa, Betula nana dominated the vegetation during the interglacial optimum that is evidenced by pollen record. The climate was relatively moist and warm. The results of this study suggest that quantitative chironomid-based temperature reconstructions from the Arctic thermokarst ponds/lakes may be problematic owing to other key environmental factors, such as prolonged periods of winter anoxia and local hydrological/geomorphological processes, controlling the chironomid assemblage