 |
Environmental effects on sex in vertebrates with diverse sex-determination systems
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
115402 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Bókony, Veronika |
| Title in Hungarian |
A környezeti ártalmak ivari hatásai változatos ivarmeghatározású gerinceseknél |
| Title in English |
Environmental effects on sex in vertebrates with diverse sex-determination systems |
| Keywords in Hungarian |
ivararány, ivarváltás, klímaváltozás, környezetszennyezés, kétéltűek, hüllők |
| Keywords in English |
sex ratio, sex reversal, climate change, environmental pollution, amphibians, reptiles |
| Discipline |
| Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Animal ecology | | Phylogenetics, systematics, taxonomy, comparative biology, ecophysiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % | | Biodiversity, conservation biology and genetics, invasion biology (Council of Complex Environmental Sciences) | 20 % |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Plant Protection Institute (Centre for Agricultural Research) |
| Participants |
Hettyey, Attila
Kövér, Szilvia
Liker, András
Nemesházi, Edina
Pipoly, Ivett Ildikó
Szabó, Krisztián
Tóth, Zoltán
Ujhegyi, Nikolett
Üveges, Bálint
|
| Starting date |
2016-01-01 |
| Closing date |
2020-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
43.978 |
| FTE (full time equivalent) |
12.31 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az ivar az egyedek egyik legalapvetőbb tulajdonsága; a populációk ivararányának szerteágazó jelentősége van a demográfiában és az evolúcióban. A környezeti körülmények befolyásolhatják a fejlődő egyed ivarát attól függő mértékben, hogy milyen az ivarmeghatározási rendszer (pl. genetikai, hőmérsékletfüggő, vagy mindkettő). Projektünkben azt vizsgáljuk, hogy az emberi tevékenységek által indukált környezeti változások hogyan hatnak az ivararányra kétéltűeknél és hüllőknél, melyekben az ivarmeghatározás változatos mértékben függ a környezettől. Két fő kérdéskörre koncentrálunk. Egyrészt a természetes populációkban megfigyelt ivararányok időbeli változásait elemezve, meta-analízisekkel vizsgáljuk, hogy mely hüllő- és kétéltűfajokban tolódott el leginkább az ivararány a globális felmelegedéssel párhuzamosan, és az eltolódás mértéke mely ökológiai és életmenet jellemzőktől függ. Másrészt a kémiai környezetszennyezés rejtett veszélyeit kutatva vizsgáljuk, hogy a vizekbe jutó szennyező anyagok okoznak-e ún. ivarváltást és/vagy ivarfüggő mortalitást a kétéltűek egyedfejlődése során, és ezáltal hogyan befolyásolják az ivararányt. Vizsgálni fogjuk azt is, hogy a klímaváltozás és a szennyező anyagok módosíthatják-e egymás hatását az iménti jelenségekre.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Célunk annak vizsgálata, hogy a humán tevékenységek által okozott környezeti változások hogyan befolyásolják az egyedek ivarának kialakulását és ezáltal az ivararányt kétéltűeknél és hüllőknél. Egyrészt a világ herpetofaunájának irodalmi adatainak összegyűjtésével és elemzésével tanulmányozzuk, hogy mely tulajdonságok teszik a populációk ivararányát érzékennyé a klíma melegedésére hőmérsékletfüggő ivarmeghatározású hüllőknél, valamint a kétéltűeknél, amelyekben az ivarmeghatározás genetikai, de extrém hőmérséklet ivarváltást okozhat. Teszteljük, hogy a természetes populációk ivararánya mutat-e hosszútávú változást a klímaváltozással összefüggésben, és hogy ennek mértékét magyarázzák-e a faj ökológiai és életmenet jellemzői. Másrészt vizsgáljuk, hogy a mezőgazdasági és urbanizált területeken élő békapopulációkban a vizekbe jutó különféle szennyező anyagok (pl. gyomirtók, rovarirtók, gyógyszermaradványok) hogyan befolyásolják az ivararányt, az utódok ivari fejlődését, és a felnőttek szaporodási képességét. Felmérjük, hogy a természetes populációkban az ivarváltás gyakorisága és a genetikai ivararány függ-e a szennyezettségtől, és hogy a szennyezésnek kitett populációkban ill. az ivarváltott egyedekben csökken-e termékenység. Laboratóriumi kísérletekben teszteljük, hogy bizonyos szennyező anyagok okoznak-e ivarváltást és/vagy ivarfüggő mortalitást, és hogy ezek a hatások függnek-e a szennyezés időzítésétől és időtartamától, valamint azoktól a környezeti körülményektől, amelyeket a klímaváltozás befolyásol, így a vízhőmérséklettől és a vízszint csökkenésétől.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Projektünkből az alapkutatás számára jelentős új eredmények várhatóak. Mind a klímaváltozás, mind a környezetszennyezés az aktuális ökológiai és környezettudományi kutatások központi témája, az ivararány és ivarváltás pedig kulcsfontosságúak az ivari kromoszómák, ivarmeghatározási rendszerek, és szociális viselkedések (pl. párzási rendszer, utódgondozás) evolúciójának megértésében. Eredményeink tehát a szupra-individuális biológia számos területén jelenthetnek előrelépést. Ezen kívül olyan alapadatokkal fogják bővíteni ismereteinket, amelyek a világszerte veszélyeztetettnek számító kétéltűek és hüllők védelmében is felhasználhatóak lesznek: mely tulajdonságok teszik leginkább érzékennyé a fajok ivararányát a klímaváltozásra, és mely mezőgazdasági ill. városi szennyező anyagok fenyegetik leginkább a populációkat eltolt ivararánnyal és csökkent szaporodási sikerrel. A környezet által indukált ivarváltás veszélyes lehet genetikai ivarmeghatározású fajokban, mint amilyenek a kétéltűek, mert az ivari kromoszómák egyikének eltűnéséhez és ezáltal a populáció kihalásához vezethet, miközben a fenotípusos ivararány állandó marad. Ennek a jelenségnek a jelentőségéről a természetben szinte semmit nem tudunk, mert a legtöbb kétéltűfajra nincs kidolgozva a genetikai ivar megállapításának módszere. Projektünkben egy ilyen módszerhez fogunk molekuláris markereket keresni és validálni két békafajra, és ezek használatával fogjuk vizsgálni az ivarváltásokat terepi megfigyelésekben és laborkísérletekben. Ezek a vizsgálatok olyan rejtett folyamatokat tárhatnak fel, amelyek az alapkutatás mellett a természetvédelem számára is közvetlenül relevánsak.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Gerinces állatoknál a fejlődő utód nemét többnyire a genotípus (ivari kromoszómák) határozza meg, de halak, kétéltűek és hüllők esetében változatos mértékben befolyásolhatják környezeti hatások is, köztük a hőmérséklet és kémiai anyagok. Ezek a hatások eltorzíthatják a populációk ivararányát és ezáltal csökkenthetik azok életképességét. Ezért fontos felmérnünk, hogy az emberi tevékenységek által indukált környezeti változások, mint a klímaváltozás és a környezetszennyezés, milyen mértékben veszélyeztetik ezeket az állatcsoportokat. Projektünkben egyrészt világszerte gyűjtött szakirodalmi adatok elemzésével fogjuk vizsgálni, hogy mely hüllő- és kétéltűfajok ivararánya változik leginkább a klímaváltozással összefüggésben, azaz mely ökológiai és egyéb faji tulajdonságoktól függ az, hogy az emelkedő hőmérséklet mennyire torzíthatja el az ivararányt. Másrészt terepi felmérésekkel és kísérletes vizsgálatokkal fogjuk tesztelni, hogy a mezőgazdasági és urbanizált területeken élő békapopulációkban a vizekbe jutó különféle szennyező anyagok (pl. gyomirtók, rovarirtók, gyógyszermaradványok) hogyan befolyásolják az ivararányt, az utódok ivari fejlődését, és a felnőttek szaporodási képességét. Eredményeink olyan alapadatokkal fogják bővíteni ismereteinket, amelyek a világszerte veszélyeztetettnek számító kétéltűek és hüllők védelmében felhasználhatóak.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Sex is a fundamental aspect of individual state, and population sex ratios have diverse consequences for demography and evolution. Environmental conditions can influence the sex of developing animals depending on the type of sex determination (e.g. genetic or temperature-dependent, or both). In this project we aim to study whether and how recent anthropogenic environmental changes affect sex ratios in amphibians and reptiles; taxa that are highly diverse in sex-determination systems and show variable degree of environmental sensitivity in their sexual development. We will focus on two main questions. First, we will study the temporal changes in sex ratios of natural populations in meta-analyses to test which species of reptiles and amphibians are experiencing the most significant shifts in sex ratio in association with climate change, to identify the ecological and life-history characteristics that influence the effect of rising temperatures on sex ratios. Second, we will study whether chemical pollution may pose hidden threats on amphibians by triggering sex reversals or sex-specific mortality during early ontogeny, thereby distorting sex ratios. We will also investigate whether climate warming and pollution have interactive effects of on sex reversals and sex-specific mortality in tadpoles.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
We will investigate the effects of human-induced environmental changes on sex determination and sex ratios in ectothermic tetrapods. First we will collate and analyse literature data from all over the world to explore which traits make sex ratios most sensitive to climate warming in reptiles with temperature-dependent sex determination and in amphibians that are prone to temperature-induced sex reversals. We will test whether sex ratios of natural populations show systematic long-term changes in association with climate warming, and whether such changes are explained by the type of sex determination and other ecological and life-history characteristics of the species. Second, we will investigate the effects of water pollutants (e.g. herbicides, insecticides, pharmaceuticals) on the sex ratio, sexual development and reproductive health of frogs and toads in populations exposed to agriculture or urbanization. We will survey natural populations to assess whether exposure to pollution explains the prevalence of sex reversals and the variation in genetic sex ratios, and whether fertility-related traits are compromised in populations exposed to pollution and in sex-reversed individuals. In controlled lab experiments, we will test whether specific pollutants cause sex reversals or sex-specific mortality; and whether this effect depends on the timing and length of exposure, and on environmental conditions that are prone to climate change, i.e. water temperature and hyproperiod.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Our project will provide results that are novel and of significance to basic science. Both climate change and environmental pollution are central topics of current ecological and environmental research, whereas sex ratio and sex reversals are of crucial importance for understanding the evolution of sex chromosomes, sex-determination systems, and social behaviours such as mating systems and parental care. Our results thus will improve our knowledge in these diverse fields of supra-individual biology. Furthermore, our findings will help the conservation of amphibians and reptiles which are globally threatened, by exploring which characteristics make reptiles and amphibians most prone to climate-driven sex-ratio distortions, and which pollutants associated with agriculture or urbanization have the most threatening effects on the sex ratio and reproductive health of frogs and toads. Environmentally induced sex reversal in species with genetic sex-determination systems such as amphibians is potentially dangerous because theoretically it can drive one of the sex chromosomes extinct even when the phenotypic sex ratio remains constant, which can lead to population extinction. However, we know next to nothing about this phenomenon in nature, due to the lack of genetic sexing methods in amphibians. Here we aim to develop molecular markers for sex identification in two amphibian species, and use these markers to study sex reversals in field surveys and lab experiments. These studies may reveal hidden processes that are relevant not only for basic science but also for conservation biology.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
In most vertebrates, sex is determined at fertilization by the genotype (i.e. sex chromosomes), but in fish, amphibians and reptiles, it can also be affected to varying extent by environmental factors including temperature and chemicals. These latter effects may distort the sex ratio and thereby the viability of natural populations. Therefore it is important to assess the risk these animal taxa are faced with due to human-induced environmental changes such as climate warming and chemical pollution. In this project we will pursue this goal using two approaches. First, we will analyse literature data collected from all over the world to test which species of reptiles and amphibians are experiencing the most significant shifts in sex ratio in association with climate change, to identify the ecological and other species characteristics that influence the effect of rising temperatures on sex ratios. Second, we will perform field studies and lab experiments to investigate the effects of water pollutants (e.g. herbicides, insecticides, pharmaceuticals) on the sex ratio, sexual development and reproductive health of frogs and toads in populations exposed to agriculture or urbanization. Our results will provide basic data that will help the conservation of amphibians and reptiles which are globally threatened.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Nemesházi E., Gál Z., Ujhegyi N., Verebélyi V., Mikó Z., Üveges B., Lefler K.K., Jeffries D.L., Hoffmann O.I., Bókony V.: Novel genetic sex markers reveal high frequency of sex reversal in wild populations of the agile frog (Rana dalmatina) associated with anthropogenic land use, Molecular Ecology 29: 3607-3621., 2020 | | Bókony V., Verebélyi V., Ujhegyi N., Mikó Z., Nemesházi E., Szederkényi M., Orf S., Vitányi E., Móricz Á.M.: Effects of two little-studied environmental pollutants on early development in anurans, Environmental Pollution 260: 114078, 2020 | | Ujhegyi N., Bókony V.: Skin coloration as a possible non-invasive marker for skewed sex ratios and gonadal abnormalities in immature common toads (Bufo bufo), Ecological Indicators 113: 106175., 2020 | | Bókony V., Ujhegyi N., Hamow K.Á., Bosch J., Thumsová B., Vörös J., Aspbury A., Gabor C.R.: Stressed tadpoles mount more efficient glucocorticoid negative feedback in anthropogenic habitats due to phenotypic plasticity, Science of the Total Environment 753: 141896, 2021 | | Nemesházi E., Kövér S., Bókony V.: Evolutionary and demographic consequences of temperature-induced masculinization: the role of sexual selection, The 2019 Congress of the European Society for Evolutionary Biology, Turku, Finland, 2019 | | Kásler A., Mikó Zs., Ujszegi J., Bertalan R., Nemesházi E., Ujhegyi N., Verebélyi V., Gál Z., Hoffmann O.I., Hettyey A., Bókony V.: A klímamelegedés és a kémiai környezetszennyezés együttes hatása erdei békák (Rana dalmatina) ivararányára, XXI. Magyar Etológus Konferencia, Mátrafüred, 2019 | | Verebélyi V., Ujhegyi N., Nemesházi E., Mikó Zs., Bókony V.: Terbutilazin ökotoxikológiai vizsgálata két hazai kétéltű fajon, 7. Szünzoológiai Szimpózium, Budapest, 2019 | | Kalina Cs., Üveges B., Móricz Á., Hettyey A., Gabor C.R., Bókony V.: Az indukálható méregtermelés hormonális hátterének vizsgálata barna varangy (Bufo bufo) ebihalaknál, XXI. Magyar Etológus Konferencia, Mátrafüred, 2019 | | Gabor C.R., Aspbury A.S., Ujhegyi N., Bókony V.: Land use conversion affects corticosterone release rates in toad tadpoles, XXI. Magyar Etológus Konferencia, Mátrafüred, 2019 | | Veronika, Bókony ; Bálint, Üveges ; Nikolett, Ujhegyi ; Viktória, Verebélyi ; Edina, Nemesházi ; Olivér, Csíkvári ; Attila, Hettyey: Endocrine disruptors in breeding ponds and reproductive health of toads in agricultural, urban and natural landscapes, Science of the Total Environment 634 pp. 1335-1345., 2018 | | Veronika Bókony: Evolution of sex ratios and the importance of sex determination, Social Evolution: I. Élvonal Conference, Hortobágy, Hungary, 2018 | | Edina, Nemesházi ; Szilvia, Kövér; Veronika, Bókony: Nem mindig az „igazi” a legjobb választás: a klímaindukált maszkulinizáció demográfiai és evolúciós következményei, XX. Hungarian Ethologists’ Conference, Cluj Napoca, Romania, 2018 | | Veronika, Bókony ; Bálint, Üveges ; Ágnes, Móricz: Toxin composition of adult common toads (Bufo bufo) in natural, agricultural and urban habitats, 34th Annual Meeting of the International Society of Chemical Ecology, Budapest, Hungary, 2018 | | Ujhegyi N., Verebélyi V., Nemesházi E., Üveges B., Hettyey A., Bókony V.: Skin coloration as a possible non-invasive biomarker for sex identification and for chemical contamination in the common toad (Bufo bufo), 4th Student Conference on Conservation Science Europe, Tihany, Hungary, 2018 | | Mikó Z., Bókony V., Ujhegyi N., Nemesházi E., Verebélyi V., Erös R., Hettyey A.: Effects of chlorpyrifos on the early development of agile frogs, 4th Student Conference on Conservation Science Europe, Tihany, Hungary, 2018 | | Holly D., Bókony V., Jaloveczki B., Kásler A., Ujhegyi N., Ujszegi J., Verebélyi V., Hettyey A.: High environmental temperature during late larval development has species-specific effects on sex ratio in anuran amphibians, XX. Hungarian Ethologists’ Conference, Cluj Napoca, Romania, 2018 | | Nemesházi E., Ujhegyi N., Verebélyi V., Üveges B., Mikó Z., Bókony V.: Needles in a haystack: looking for molecular sex markers in amphibians, 4th Student Conference on Conservation Science Europe, Tihany, Hungary, 2018 | | Bókony V., Milne G., Pipoly I., Székely T., Liker A.: Sex ratios and bimaturism differ between temperature-dependent and genetic sex-determination systems in reptiles, BMC Evolutionary Biology 19:57., 2019 | | Bókony V., Üveges B., Verebélyi V., Ujhegyi N., Móricz Á.M.: Toads phenotypically adjust their chemical defences to anthropogenic habitat change, Scientific Reports 9: 3163., 2019 | | Veronika Bókony, Szilvia Kövér, Edina Nemesházi, András Liker, Tamás Székely: Climate-driven shifts of sex ratios via sex reversals: the type of sex determination matters, Philosophical Transactions of the Royal Society B - Biological Sciences, 2017 | | Veronika Bókony: Why the type of sex determination matters in sex-ratio studies, „Sex ratios and sex roles: phylogenetic and comparative perspectives” workshop, 2016 | | Veronika Bókony: Sex determination and sex-ratio evolution in vertebrates [in Hungarian], Scientific seminar, Department of Evolutionary Zoology and Human Biology, University of Debrecen, 2016 | | Bókony V., Kövér Sz., Nemesházi E., Liker A., Székely T.: Climate-driven shifts of sex ratios via sex reversals: the type of sex determination matters, Philosophical Transactions of the Royal Society B - Biological Sciences 372:(1729) Paper 20160325., 2017 | | Bókony V.: The importance of sex determination for the variation of sex ratios within and among species, „Sex-role evolution: integrating neural, behavioural and phylogenetic approaches” workshop, Tihany, Hungary, 2017 | | Bókony V., Kövér Sz., Nemesházi E., Liker A., Székely T.: Climate-driven shifts in adult sex ratios via sex reversals, "Adult sex ratios and reproductive decisions: integrating data and theory across the biological and social sciences” workshop, Berlin, Germany, 2017 | | Nemesházi E., Kövér Sz., Liker A., Székely T., Bókony V.: Climate-driven shifts in adult sex ratios via sex reversals: the type of sex determination matters, XVI. Congress of the European Society for Evolutionary Biology, Groeningen, Netherlands, 2017 | | Verebélyi V., Üveges B., Nemesházi E., Bókony V.: Barna varangy (Bufo bufo) szaporodási sikerének és szennyezőanyag rezisztenciájának összehasonlítása különböző szennyezettségű élőhelytípusok között, XI. Magyar Természetvédelmi Biológiai Konferencia, Eger, 2017 | | Verebélyi V., Üveges B., Nemesházi E., Bókony V.: Barna varangy (Bufo bufo) szaporodási sikerének összehasonlítása különböző szennyezettségű élőhelytípusok között, XIX. Magyar Etológus Konferencia, Dobogókő, 2017 | | Verebélyi V., Üveges B., Nemesházi E., Bókony V.: Barna varangy (Bufo bufo) szennyezőanyag rezisztenciájának összehasonlítása különböző szennyezettségű élőhelytípusok között, XIX. Magyar Etológus Konferencia, Dobogókő, 2017 | | Bókony V., Mikó Zs., Móricz Á.M., Krüzselyi D., Hettyey A.: Chronic exposure to a glyphosate-based herbicide makes toad larvae more toxic, Proceedings of the Royal Society B 284: 20170493, 2017 | | Veronika Bókony: Why the type of sex determination matters in sex-ratio studies, „Sex ratios and sex roles: phylogenetic and comparative perspectives” workshop, Debrecen, 2016 | | Nemesházi E., Kövér S., Bókony V.: Evolutionary and demographic consequences of temperature-induced masculinization under climate warming: the effects of mate choice, BMC Ecology and Evolution, DOI: 10.1186/s12862-021-01747-3., 2021 | | Mikó Z., Nemesházi E., Ujhegyi N., Verebélyi V., Ujszegi J., Kásler A., Bertalan R., Vili N., Gál Z., Hoffmann O.I., Hettyey A., Bókony V.: Sex reversal and ontogeny under climate change and chemical pollution: are there interactions between the effects of high temperature and 17α-ethinylestradiol on early development in agile frogs?, bioRxiv, DOI: 10.1101/2020.12.29.424761 (preprint), 2020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
