 |
Breeding system variations in vertebrates: the significance of adult sex ratio
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
116310 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Székely, Tamás |
| Title in Hungarian |
A felnőttkori ivararány jelentősége a gerincesek szaporodási rendszerében |
| Title in English |
Breeding system variations in vertebrates: the significance of adult sex ratio |
| Keywords in Hungarian |
társas viselkedés, ivararány |
| Keywords in English |
social behaviour, sex ratio |
| Discipline |
| Phylogenetics, systematics, taxonomy, comparative biology, ecophysiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Ortelius classification: Animal ecology |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Department of Evolutionary Zoology and Human Biology (University of Debrecen) |
| Participants |
Barta, Zoltán
Bókony, Veronika
Freckleton, Robert
Garamszegi, László Zsolt
Liker, András
Mészáros, Gábor
Vági, Balázs Iván
Végvári, Zsolt
|
| Starting date |
2016-01-01 |
| Closing date |
2020-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
42.954 |
| FTE (full time equivalent) |
11.10 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A párzási- és utódgondozási rendszerek kialakulása, fennmaradása és változatossága az evolúciós viselkedésbiológia egyik fő kutatási irányzata. Az utóbbi 2 évben kutatócsoportunk felfedezte, hogy a madarak párzási és utódgondozási rendszerét jelentősen befolyásolja a felnőttkori ivararány (más néven harmadlagos ivararány, azaz a felnőtt hímek és tojók aránya a populációban). Eredményeink rámutattak, hogy a populációban alulreprezentált ivarú egyedek előnyös helyzetben vannak, mivel azok könnyebben találnak párt és emiatt kevésbé hajlandóak az utódokat gondozni. Ebben az OTKA pályázatban ezt a sikeres kutatási irányvonalat szeretnénk továbbvinni és kiterjeszteni a gerincesekre: emlősökre, kétéltűekre, hüllőkre és halakra. Három lényeges kérdésre koncentrálunk (ld. alább) és specifikus hipotéziseket tesztelünk irodalmi adatok felhasználásával és modern filogenetikai komparatív módszerekkel. Ez a kutatás nem csupán a felnőttkori ivararány, hanem a szaporodási rendszerek tudomásunk szerinti legnagyobb szabású kvantitatív analízise is lesz egyben. Várakozásunk, hogy az analízisek - amely a gerincesek kb. 500 millió éves evolúciós történetén alapulnak majd - alapvetően új mintázatokat fognak feltárni a felnőttkori ivararányt befolyásoló ökológiai és demográfiai paraméterekről, valamint a felnőttkori ivararány, a párzási- és utódgondozási rendszerek evolúciójáról. Munkánk nem csupán evolúcióbiológiai szempontból jelentős, hanem populációdemográfiai és konzervációbiológiai szempontokból is, ugyanakkor támpontot fog nyújtani az emberi populációk ivararánybeli eltérésének vizsgálatához is.
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.
A kutatást három lényeges kérdésre koncentráljuk:
(a) Mi okozza a felnőttkori ivararány eltéréseit?
A felnőttkori ivararány eltéréseinek oka lehet a születéskori (vagy másodlagos) ivararányok eltérése, vagy pedig az utódok (és/vagy a felnőttek) ivarspecifikus mortalitása. Kimutattuk, hogy madaraknál a felnőttkori ivararánybeli változatosságot nem a születéskori ivararány hanem a felnőtt hímek és nőstények mortalitásbeli különbsége prediktálja. Hasonló vizsgálatot azonban még nem végeztek más gerinces élőlénycsoportokra.
(b) Hogyan befolyásolja a felnőttkori ivararány a szaporodási rendszereket?
A gerincesek párzási- és utódgondozási rendszere egyedülállóan változatos. Például az emlősökre rendszerint poligínia és nősténygondozás jellemző, míg a madarakra szociális monogámia és kétszülős utódgondozás. Gyakran azonban jelentős eltérések találhatók közel rokon fajok, rendek és családok között. Például a trópusi békák utódgondozásai rendszere talán a legváltozatosabb a gerincesek között, és ennek a diverzitásnak az egyik – eddig még nem tesztelt - oka lehet a felnőttkori ivararánybeli eltérések.
(c) Milyen makroevolúciós következményekkel jár a felnőttkori ivararányok eltérése?
Tesztelni fogjuk, hogy a felnőttkori ivararányok varianciája befolyásolja-e a fajképződést és a fajkihalást. Például kiegyenlítetlen ivararány evolúciós zsákutcához vezethet, mivel egy populáción belül nehezebbé válik a pártalálás és szaporodás.
A fenti kérdések kvantitatív teszteléséhez új adatokat fogunk gyűjteni emlősökről, hüllőkről, kétéltűekről és halakról, és a meglévő madáradatokkal együtt az összes csoport adatát filogenetikai összehasonlító keretben analizáljuk.
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!
A pályázatunk három szempontból lényeges.
(i) Evolúcióbiológia. A javasolt kutatási program lesz a társas viselkedés és ivararányok kapcsolatának az eddigi legkiterjedtebb analízise. Habár a szaporodási rendszerekre fókuszálunk, hasonlóan a korábbi filogenetikai analíziseinkhez más változókat is bevonunk a statisztikai modellekbe, például életmenet, ökológiai és demográfiai változókat. Adva hogy az analízisekben a lényeges gerinces csoportok szerepelnek és így szokatlanul széles tartományát fedjük le a törzsfának, várhatóan olyan kapcsolatokat fogunk találni amikre a korábbi vizsgálatok nem bukkantak rá - habár valójában lényegesek a társas viselkedések evolúciójának a megértéséhez.
(ii) Konzervációbiológia. Mivel kutatásunk teszteli a felnőttkori ivararányt befolyásoló demográfiai és ökológiai komponenseket a különböző gerinces csoportban, ezek a modellek egyben a demográfiai változók szerepét is tesztelni fogják. Ezen eredményeink lényegesek lehetnek populációdemográfiában és konzervációbiológiában.
(iii) Társadalomtudományok. A felnőttkori ivararány lényegesen eltér a különböző emberi populációk között. Például Kínában és Indiában több millió nő hiányzik a felnőtt populációból a szelektál abortusz és a leányok természetesnél magasabb elhalálozása miatt. A társadalomtudósok jelenleg vizsgálják, hogy milyen következményekkel jár ha a férfiak vannak többségben. Továbbá, kutatásunk ami állatpopulációkra koncentrál, kiváló biológiai alapot ad az emberi populációkban végbemenő folyamatok megértéséhez is.
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.
A párzási- és utódgondozási rendszerek eredete az evolúcióbiológia legizgalmasabb kérdései közé tartozik Charles Darwin óta. Miért poligámok a szürkebegyek és a paradicsommadarak? Miért a nőstények gondozzák az utódokat az állatok nagy részében míg egy kis csoportban a hímek táplálják, védik és nevelik őket? A munkacsoportunk az utóbbi évek kutatásában egy új tényező szerepét mutatta ki a szaporodási rendszerek evolúciójában: az ivararányét. A felnőttkori ivararány rendszerint változó: egyes populációkban a hímek míg másokban a nőstények vannak többségben. Kimutattuk, hogy az ivararánybeli különbségekkel együtt változik a szaporodási rendszer is: azokban a populációkban ahol sok nőstény van, a hímek kihasználják a kedvező helyzetet és több nősténnyel párosodnak, míg a azokban a populációkban ahol a hímek vannak túlsúlyban a nőstények lesznek poligámok. Ezt a produktív kutatást szeretnék a jelen pályázatban folytatni, és kiterjeszteni halakra, kétéltűekre, hüllőkre és emlősökre. Modern statisztikai módszereket felhasználva tesztelni fogjuk, hogy a felnőttkori ivararány prediktálja-e a gerincesek párzási rendszerét és utódgondozását. A projektünk három szempontból jelentős. (i) Ez lesz a gerincesek szociális viselkedésének eddigi legnagyobb kvantitatív analízise, és várakozásunk, hogy új kapcsolatokat fedezünk fel amelyek fennmaradtak a gerincesek kb. 500 millió éves fejlődése alatt. (ii) Mivel a felnőttkori ivararány egy populációs paraméter, ezért adataink kiindulópontot adnak jövőbeli demográfiai analízisekhez. (iii) Adataink és az eredményeink segíteni fogják a biológiai sokféleség megőrzését, adva hogy a veszélyeztetett fajok ivararánya gyakran eltér az 1:1-től.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The evolution and diversity of breeding systems are among the most fascinating aspects of behavioural biology. During the last couple years our group has discovered that mating system and parental care are predicted by adult sex ratio (ASR or tertiary sex ratio, the proportion of males in the adult population) in birds: the rarer sex in the population has more favourable mating opportunities than the more common sex, and former are more reluctant to provide care than the latter. In this application we seek continuation of this successful research direction, and extend it to vertebrates: mammals, reptiles, amphibians and fishes. We will seek the answer to three major questions (see below) by testing specific research hypotheses using data from the literature in an explicit phylogenetic framework. This research will be the most comprehensive quantitative assessment of breeding systems in relation to adult sex ratio to date. We expect that the analyses that will cover over 500 million years of evolutionary history will reveal fundamentally novel patterns on the ecological and demographic causes of ASR variation, and on the implications of ASR for mating systems and parental care evolution. This project is significant not only for evolutionary biology, but also for population demography and conservation biology, and it will provide a benchmark for understanding the causes and implications of ASR variation in humans.
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.
The proposed research will focus on three fundamental questions:
(a) What are the causes of adult sex ratio (ASR) variation?
ASR may vary due to deviations in secondary sex ratio (i.e., sex ratio at birth) or sex-specific mortality of juveniles and/or adults. In our previous research we showed that ASR variation was unrelated to secondary sex ratios in birds, although ASRs were predicted by sex-specific adult mortalities. However, analogous studies covering broad range of taxa have not been carried out in any other vertebrate.
(b) What are the implications of ASR variation for breeding systems?
Vertebrates exhibit highly diverse breeding systems. For example, mammals tend to be polygynous and usually females look after the young, whereas birds tend to have social monogamy and biparental care. However, mating systems and parental care can substantially differ between closely related species, genera and families. For instance, tropical frogs have some of the most diverse parental care in vertebrates, and one of potential (as yet untested) explanation of this diversity is ASR.
(c) What are the macroevolutionary implications of ASR variation?
We propose to test whether variation in ASR predicts speciation and extinction. For example, biased ASR may lead to evolutionary dead end given that finding a new mate and breeding become increasingly difficult.
To test these propositions quantitatively we will collect data from the literature on mammals, reptiles, amphibians and fishes, and combine these data with our existing data on birds. Using these combined dataset we'll carry out phylogenetic comparative analyses.
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.
This work is significant for three reasons:
(i) Evolutionary biology. Our work will be the most comprehensive analysis of breeding systems in relation to sex ratios to date. Although we focus on breeding system and ASR, similarly to our previous phylogenetic analyses we will also include other hypothesised variables (such as life-history, ecology and demography) in the predictive models. Given the unusually wide phylogenetic scope of our study, we will have an unparalleled opportunity for uncovering deep phylogenetic relationships that underlie variations in mating system and parental care. Using vertebrates, a highly successful group that includes the ancestors of Homo sapiens, our work is also significant by allowing us to capitalise from the extensive variation of vertebrates in life histories, ecology, sex determination systems and developmental modes such as viviparity or oviparity.
(ii) Biodiversity conservation. By establishing the major drivers of ASR bias in various taxa, we will also test the causes of demographic variations. These results will likely be of interest to ecologists, population demographers and conservation biologists.
(iii) Social sciences. Our studies using wild populations will provide benchmark for understanding the causes and implications of ASR variation in humans. Sex ratios are variable between countries, e.g. China and India have many million “missing woman”, and human demographers are concerned about the societal implications. Sex ratios also variable on a local level, and such variations has been linked to credit card use, violence and spread of sexually transmitted diseases.
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.
The origins of mating systems and parental care variations are among the most exciting questions in evolutionary biology ever since Charles Darwin. Why do dunnocks and birds of parasite mate polygamously? Why do females look after the young in vast majority of animals whereas in a small number of species the males nurture, protect and rear the young? Our team recently discovered that adult sex ratio influences breeding systems of birds. Adult sex ratios usually vary between populations: in some populations there are more males than females whereas in others vice versa. We showed that breeding systems vary in relation to the adult sex ratio: those populations that have few males, the males exploit their favourable position and mate with several females, whereas in those populations where the females are in shortage, the females mate polygamously. Here we wish to continue this productive research by extending it to fishes, amphibians, reptiles and mammals. Using modern comparative methods we will test whether adult sex ratio predicts mating systems and parental care in vertebrates. Our project is important for three reasons: (i) This will be the most comprehensive quantitative analyses of vertebrate social behaviour and we expect to discover new relationships that have survived throughout the 500 million years of vertebrate evolution. (ii) Since adult sex ratio is a demographic parameter, our data will provide an excellent starting point for future demographic analyses. (iii) Our data and results will contribute to preserving biological diversity by testing whether threatened species may exhibit persistently biased adult sex ratios.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Cunningham, C, J. E. Parra, L. Coals, M. Beltrán, S. Zefania & T. Székely: Social interactions predict genetic diversification: an experimental manipulation in shorebirds, Behavioral Ecology 29: 609-618, 2018 | | Vági, B, Zs. Végvári, A. Liker, R. P. Freckleton & T. Székely.: Parental care and the evolution of terrestriality in frogs, Proc Roy Soc B, 2019 | | Bókony, V., G. Milne, I. Pipoly, T. Székely & A. Liker: Sex ratios and bimaturism differ between temperature-dependent and genetic sex determination systems in reptiles., BMC Evolutionary Biology, 2019 | | Que, P., T. Székely, P. Wang, Q. Lua, W. Leia, Y. Liu & Z. Zhang: Offspring sex ratio is unrelated to parental quality and breeding time in a multi-breeding shorebird, Journal of Ornithology, 2019 | | Szekely, T: Why study plovers? The significance of non-model organisms in avian ecology, behaviour and evolution, Journal of Ornithology, 2019 | | Kingma, S, T. Szekely: Social behaviour: males help when mates are rare, Current Biology, 2019 | | Halimubieke, N, J. O. Valdebenito, P. Harding, M. Cruz-López, M. A. Serrano-Meneses, R. James, K. Kupán* & T. Székely: Mate fidelity in a polygamous shorebird, the snowy plover (Charadrius nivosus), Ecology & Evolution, 2019 | | Ancona, S., A. Liker, M. C. Carmona-Isunza & T. Székely.: Sex differences in age-to-maturation relate to sexual selection and adult sex ratios in birds, Evolution Letters, 2019 | | Veronika Bókony, Szilvia Kövér, Edina Nemesházi, András Liker, Tamás Székely: Climate-driven shifts in sex ratios via sex reversals in ectotherms with genetic sex determination, Philosophical Transactions of The Royal Society 372: 20160325, 2017 | | Sergio Ancona, Francisco V. Dénes, Oliver Krüger, Tamás Székely & Steven R. Beissinger: Estimating adult sex ratios in nature, Philosophical Transactions of The Royal Society 372: 20160313, 2017 | | Lemaitre JF, Ronget V, Tidiere M, Allainé D, Berger V, Cohas A, Colchero F, Conde DA, Garratt M, Liker A, Marais GAB, Scheuerlein A, Székely T, Gaillard JM: Sex differences in adult lifespan and aging rates of mortality across wild mammals, Proc Nat Acad Sci USA 117: 8546-8553, 2020 | | Schacht, R, K. L. Kramer, T. Székely & P. M. Kappeler: Adult sex ratios and reproductive decisions: a critical re-examination of sex differences in human and animal societies, Phil Trans Roy Soc 372: 1729, 2017 | | Schacht, R, K. L. Kramer, T. Székely & P. M. Kappeler: Introduction. Adult sex ratios and reproductive decisions: a critical re-examination of sex differences in human and animal societies, Phil trans Roy Soc 372: 20160309, 2017 | | Szekely Tamas: A FELNŐTTKORI IVARARÁNY SZEREPE A PÁRZÁSI ÉS UTÓDGONDOZÁSI RENDSZEREK EVOLÚCIÓJÁBAN, Magyar Tudomany 176-182, 2017 | | Luke J. Eberhart-Phillipsa, Clemens Kupper, Tom E. X. Miller, Medardo Cruz-Lopez, Kathryn H. Maher, Natalie dos Remedios, Martin A. Stoffel, Joseph I. Hoffman, Oliver Kruger, Tamas Szekely: Sex-specific early survival drives adult sex ratio bias in snowy plovers and impacts mating system and population growth, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 114: E5474-E5481, 2017 | | Josephine D’Urban Jackson, Natalie dos Remedios, Kathryn H. Maher, Sama Zefania, Susan Haig, Sara Oyler-McCance, Donald Blomqvist, Terry Burke, Michael W. Bruford, Tamas Szekely, Clemens Kupper: Polygamy slows down population divergence in shorebirds, Evolution 71: 1313-1326, 2017 | | Vági, B, Zs. Végvári, A. Liker, R. P. Freckleton & T. Székely.: Parental care and the evolution of terrestriality in frogs, Proc Roy Soc B 286: 20182737, 2019 | | Bókony, V., G. Milne, I. Pipoly, T. Székely & A. Liker: Sex ratios and bimaturism differ between temperature-dependent and genetic sex determination systems in reptiles., BMC Evolutionary Biology 19:57, 2019 | | Que, P., T. Székely, P. Wang, Q. Lua, W. Leia, Y. Liu & Z. Zhang: Offspring sex ratio is unrelated to parental quality and breeding time in a multi-breeding shorebird, Journal of Ornithology 160: 443-452, 2019 | | Szekely, T: Why study plovers? The significance of non-model organisms in avian ecology, behaviour and evolution, Journal of Ornithology 160: 923-933, 2019 | | Kingma, S, T. Szekely: Social behaviour: males help when mates are rare, Current Biology 29: R358 -R380, 2019 | | Ancona, S., A. Liker, M. C. Carmona-Isunza & T. Székely.: Sex differences in age-to-maturation relate to sexual selection and adult sex ratios in birds, Evolution Letters 4: 44-53, 2019 | | Komdeur, J., T. Székely, X. Long & S. A. Kingma: Adult sex ratios and their implications for cooperative breeding, Philosophical Transactions of The Royal Society 372: 20160322, 2017 | | Vági, B, Zs. Végvári, A. Liker, R. P. Freckleton & T. Székely: Climate and mating systems as drivers of global diversity of parental care in frogs, Global Ecology and Biogeography, 2020 | | Valdebenito, J. O., N. Halimubieke, Á. Z. Lendvai, J. Figuerola, G. Eichhorn & T. Székely: Seasonal variation in sex-specific immunity in wild birds, Scientific Reports - in press, 2021 | | Cooney, C. R, C. Sheard, A. D. Clark, S. D. Healy, A. Liker, S. E. Street, C. A. Troisi, G. H. Thomas, T. Székely, N. Hemmings & A. E. Wright: Ecology and allometry predict the evolution of avian developmental durations, Nature Communications 11: 2383., 2020 | | Veronika Bókony, Szilvia Kövér, Edina Nemesházi, András Liker, Tamás Székely: Climate-driven shifts in sex ratios via sex reversals in ectotherms with genetic sex determination, Philosophical Transactions of The Royal Society - in revision, 2017 | | Sergio Ancona, Francisco V. Dénes, Oliver Krüger, Tamás Székely & Steven R. Beissinger: Estimating adult sex ratios in nature, Philosophical Transactions of The Royal Society - in revision, 2017 | | Jan Komdeur, Tamás Székely, Xiaoyan Long, Sjouke A. Kingma: Adult sex ratios and their implications for cooperative breeding, Philosophical transactions of The Royal Society - in review, 2017 | | Schacht, R, K. L. Kramer, T. Székely & P. M. Kappeler: Adult sex ratios and reproductive decisions: a critical re-examination of sex differences in human and animal societies, Phil Trans Roy Soc, 2017 | | Schacht, R, K. L. Kramer, T. Székely & P. M. Kappeler: Introduction. Adult sex ratios and reproductive decisions: a critical re-examination of sex differences in human and animal societies, Phil trans Roy Soc, 2017 | | Szekely Tamas: A FELNŐTTKORI IVARARÁNY SZEREPE A PÁRZÁSI ÉS UTÓDGONDOZÁSI RENDSZEREK EVOLÚCIÓJÁBAN, Magyar Tudomany, 2017 | | Luke J. Eberhart-Phillipsa, Clemens Kupper, Tom E. X. Miller, Medardo Cruz-Lopez, Kathryn H. Maher, Natalie dos Remedios, Martin A. Stoffel, Joseph I. Hoffman, Oliver Kruger, Tamas Szekely: Sex-specific early survival drives adult sex ratio bias in snowy plovers and impacts mating system and population growth, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2017 | | Josephine D’Urban Jackson, Natalie dos Remedios, Kathryn H. Maher, Sama Zefania, Susan Haig, Sara Oyler-McCance, Donald Blomqvist, Terry Burke, Michael W. Bruford, Tamas Szekely, Clemens Kupper: Polygamy slows down population divergence in shorebirds, Evolution, 2017 | | Eberhart-Phillips, L. J., C. Küpper, M. C. Carmona-Isunza, O. Vincze, S. Zefania, M. Cruz-López, A. Kosztolányi, T. E. Miller, Z. Barta, I. C. Cuthill, T. Burke, T. Székely, J. I. Hoffman & O. Krüger: Demographic causes of adult sex ratio variation and their consequences for parental cooperation., Nature Communications 9:1651, 2018 | | Végvári, Zsolt, Gergely Katona, Balázs Vági, Robert P. Freckleton, Jean-Michel Gaillard, Tamás Székely, András Liker: Sex-biased breeding dispersal is predicted by social environment in birds, Ecology and Evolution 8:6483-6491, 2018 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
