 |
Plumage colour signals: dynamic and static mechanisms
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124443 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Hegyi, Gergely |
| Title in Hungarian |
Tollszínezeti jelzések: dinamikus és statikus mechanizmusok |
| Title in English |
Plumage colour signals: dynamic and static mechanisms |
| Keywords in Hungarian |
szexuális szelekció, tollnanostruktúra, szülői erőfeszítés, differenciális befektetés, kölcsönös ornamentáció |
| Keywords in English |
sexual selection, feather nanostructure, parental effort, differential investment, mutual ornamentation |
| Discipline |
| Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Animal ecology |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Department of Systematic Zoology and Ecology (Eötvös Loránd University) |
| Participants |
Boross, Nóra
Csizmadia, Tamás
Kötél, Dóra
Laczi, Miklós
Lőw, Péter
Sarkadi, Fanni
Török, János
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2023-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
37.836 |
| FTE (full time equivalent) |
15.22 |
| 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 szexuális díszek feltűnő karakterek, amelyek a párválasztásban és intraszexuális versengésben szerepelnek. Fontosak a mikro- és makroevolúcióban. Mi a tollazati színek (mint szexuális díszek) két kevéssé ismert aspektusát tervezzük megvizsgálni.
1) Nanostrukturális változatosság
A szexuális díszek egyedi változatossága közismert. A tollnanostruktúra minden tollszínezeti forma létrehozásában fontos, de a nanostruktúra egyedi variabilitásának szerepe a tollszínezet meghatározásában nagyon kevéssé ismert. Fő kérdéseink:
A) Mennyire repetábilis a tollazat fényvisszaverése és a tollnanostruktúra a költés összes fázisa során, természetes és kísérletesen módosított környezetben?
B) Mi egy depigmentált fehér tollazati terület egyedi fényvisszaverési változatosságának nanostrukturális alapja?
C) Kondíciófüggő-e a fehér toll nanostruktúrája és az általa létrehozott fényvisszaverés?
2) Gyors időbeni dinamika
A tollszínezet a közvélekedés szerint nagyjából állandó két vedlés között. Azonban szezonális mintázatok és egyeden belüli változások arra utalnak, hogy ez a bélyeg dinamikusabb, mint általában gondolják. Csoportunk nagymértékű változásokat írt le a depigmentált fehér tollszínezetben egy költési szezonon belül, amelyek feltehetőleg a tollak vaxborításának köszönhetők. Fő kérdéseink:
A) Mennyire magyarázza a fényvisszaverés egyedi varianciáját a toll vaxborítása?
B) Mi az etetési aktivitás és a kondíció hatása a szezonon belüli reflektanciaváltozásra természetes és manipulált költési körülmények között?
C) Mi az egyed gyors színezetváltozásának szerepe a partner szaporodási döntéseiben?
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 szexuális díszek feltűnő bélyegek, amelyeket a párválasztásban és ivaron belüli versengésben használnak. A tollszínezet az egyik leggyakrabban kutatott szexuális dísz. Mi két olyan, tollszínezettel kapcsolatos témára koncentrálunk, amelyek aránytalanul kevés figyelmet kaptak. Az egyik téma a tollnanostruktúra változatosságának szerepe a fényvisszaverési tulajdonságok meghatározásában fehér tollazati foltoknál. A fehér foltok elterjedtek a madaraknál, de alig vizsgálják őket. Örvös légykapók tollreflektanciáját mérve arra jutottunk, hogy a fehér területek teljes fényvisszaverése nanostrukturális alapú tulajdonság lehet, míg a relatív UV visszaverés gyorsan változik és inkább a toll vaxborítása befolyásolhatja. A második témánk a költési szezon alatti gyors reflektanciaváltozás mértéke és szerepe. Ennek nagy evolúciós és gyakorlati jelentősége van, mégis gyakorlatilag ismeretlen. Korábban azt találtuk, hogy a felnőtt hímek tollazatának UV visszaverése nem jósolható és nagymértékben csökken az udvarlástól a fiókanevelésig, továbbá kapcsolat van a tollazati reflektancia és a partner szaporodási viselkedése között. Ezért feltételezzük, hogy a tollazat UV visszaverése dinamikus bélyeg, amely aktuális információt nyújt a partner számára. A következő fő kérdéseket tervezzük korrelatívan és kísérletesen megvizsgálni.
1) Mennyire járul hozzá az akromatikus fehér tollazati területek színezetéhez a nanostruktúra, illetve a vaxborítás?
2) Kondíciófüggő-e a fehér területek tollnanostruktúrája?
3) Használja-e jelzésként a partner az adott egyed költés alatti tollszínváltozását?
4) Állapotfüggő-e a költés alatti gyors tollszínváltozás?
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 szexuális jelzések alapvető fontosságúak az evolúció több szintjén is. A tollszínezet az egyik leggyakrabban vizsgált szexuális jelzéstípus. Tervezett vizsgálataink a tollszínezeti jelzésekre vonatkozó két nagyobb tudáshiányt érintenek.
Először is, a tollnanostruktúra minden tollszíntípushoz hozzájárul. A szexuális jelzések két legfontosabb jellegzetessége az 1) egyedi változatosság és az 2) információtartalom a viselőjükről. Ennek ellenére rendkívül rosszul ismerjük a tollnanostruktúra fajon belüli, egyedek közti változatosságát, és különösen ennek információtartalmát. Csak négy vizsgálatot ismerünk, amelyek a tollnanostruktúra és a színezet egyedi változatosságára vonatkoznak, és ezekből csak egy volt kísérletes. Az információhiány fő oka a műszer-intenzív vizsgálati módszerekben keresendő. Mi egy vad madárpopulációban tervezzük tisztázni egy különösen gyengén ismert tolldísztípus (akromatikus fehér foltok) egyedek közti fényvisszaverési változatosságának nanostrukturális alapjait. Továbbá a vedlés előtti kondíció kísérletes manipulációját tervezzük, hogy a tollnanostruktúra kondíciófüggését teszteljük.
Másodszor, a tollazat csak a vedléskor cserélődik. A tollszínezeti vizsgálatokban általánosan használt módszerek feltételezik, hogy a színkifejeződés relatíve állandó vagy legalábbis ismételhető a következő vedlésig. A rendelkezésre álló kevés bizonyíték azt mutatja, hogy a tollszínezet változik a tollazat öregedése során. A talán legfontosabb kérdés az, hogy mi történik az egyedi tollszínezettel egy költési esemény során. Ezt senki sem vizsgálta szisztematikusan. Ha egyedenként eltérő mértékű változás történik, akkor az utódneveléskori szín nem fogja jól mutatni az udvarláskori (vagyis a szexuálisan szelektált) színt. Továbbá ez esetben a költés alatti színváltozás jelzésként is szolgálhat a partner számára. Korábban elsőként mutattuk ki, hogy a hím tollreflektancia nem jósolható módon változik az udvarlás és a fiókanevelés között. A tervezett project során elsőként fogjuk végigkövetni az egyedek költési esemény során mutatott reflektanciaváltozásait, és kísérletesen tesztelni az egyeden belüli reflektanciaváltozás információtartalmát és jelzésszerepét.
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.
Az állatok szexuális jelzései feltűnő karakterek, amelyek fontosak a párválasztásban. Úgy tűnik, hogy jelentős evolúciós szerepük is van: a környezetváltozáshoz való alkalmazkodásban, és fajok keletkezésében és kipusztulásában. A tollszínezeti bélyegek széles körben vizsgált szexuális jelzések. Mi a tollszínezeti jelzések két kevéssé ismert, de alapvető fontosságú aspektusát tervezzük vizsgálni.
Először is, a tollszínezeti jelzések egyedi változatossága pigmenteknek és a tollnanostruktúrának köszönhető. A nanostruktúra minden tollszíntípushoz hozzájárul (a pigmentálthoz is), de a szín változatosságában játszott szerepe szinte ismeretlen. Mi egy nem pigmentált tollazati régiót tervezünk vizsgálni spektrometriával és transzmissziós elektronmikroszkópiával, hogy kiderítsük, a tollnanostruktúra egyedi különbségei okai-e a színkülönbségeknek. Szintén tervezzük a vedlés előtti kondíció manipulációját, hogy megvizsgáljuk, vajon kondíciófüggő-e a fejlődő tollak színt produkáló nanostruktúrája.
Másodszor pedig, a tollazat csak évente egyszer vagy kétszer cserélődik, a tollszínezetet pedig sokan úgy kezelik, mintha állandó lenne a vedlések között. Ma már tudjuk, hogy nem állandó, de a természetes tollszínezeti „eltolódás” információtartalma és funkciója még ismeretlen. Mi egyedek reflektanciaváltozásait vizsgálnánk ugyanazon költési eseményen belül, és keresnénk a változás mechanizmusait. Tervezzük továbbá a szaporodási viselkedés manipulációját, hogy kiderítsük, állapotfüggő-e a reflektanciaváltozás. Végül pedig manipulálnánk a reflektanciát a költés kellős közepén, hogy lássuk, a manipulált egyed párja megváltoztatja-e viselkedését a színváltozás hatására.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Sexual ornaments are conspicuous characters used in mate choice and intrasexual competition. They play important roles in micro- and macroevolution. We aim to examine two poorly known aspects of plumage colour traits as sexual ornaments.
1) Nanostructural variation
Sexual ornaments are well known for their individual variability. Feather nanostructure is important in all types of plumage colour production, but the role of individual variation in feather nanostructure in determining plumage colour is very scarcely known. Our main questions:
A) How repeatable is plumage light reflectance and feather nanostructure across all breeding phases, under natural and experimentally modified conditions?
B) What is the nanostructural basis of individual variation in the reflectance of a depigmented white plumage area?
C) Is white feather nanostructure and the associated reflectance condition-dependent?
2) Rapid temporal dynamics
Plumage colour is assumed to be roughly constant between two moults. However, seasonal patterns and within-individual changes suggest that it is a more dynamic trait than generally thought. We have recently described great changes in depigmented white plumage colour within the breeding season that may have originated from preen wax cover. Our main questions here:
A) To what extent is individual variance in reflectance explained by preen wax cover?
B) What is the effect of feeding activity and body condition on within-season reflectance change in natural and manipulated breeding conditions?
C) What is the role of rapid colour change of an individual in the reproductive decisions of the partner?
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.
Sexual ornaments are conspicuous characters used in mate choice and intrasexual competition. Plumage coloration is among the most widely studied sexual ornaments. We focus on two scarcely known topics related to plumage colour. The first topic is the role of feather nanostructural variability in determining the light reflectance attributes of white plumage areas, a widespread but neglected ornament type in birds. Our previous work on collared flycatcher plumage reflectance suggested that the brightness of white areas is a nanostructurally determined trait, while UV chroma changes rapidly and may be influenced by preen wax cover. Our second topic is the magnitude and importance of rapid plumage reflectance change during the breeding event. This has great evolutionary and practical implications, yet it is essentially unknown. We have previously found unpredictability and decline of UV chroma from courtship to nestling rearing in the adult male plumage, and relationships between plumage reflectance and the reproductive behaviour of the partner. We therefore hypothesize that plumage UV reflectance may be a dynamic trait that conveys actual information on the individual to the partner. We aim to correlatively and experimentally address the following principal questions.
1) How does feather nanostructure and preen wax cover contribute to the colour of achromatic white plumage areas?
2) Is the feather nanostructure of white plumage areas condition-dependent?
3) Is plumage colour change of an individual during breeding used as a signal by the partner?
4) Is rapid plumage colour change during breeding state-dependent?
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.
Signalling via sexual ornaments has profound importance at multiple levels of evolution. Plumage colour is among the most widely studied sexual signal types. Our planned studies address two major gaps of knowledge concerning plumage colour signalling.
First, feather nanostructure contributes to all types of plumage colour. The two most important characteristics of sexual signals are 1) individual variation and 2) information content about the bearer. Yet, within-species, among-individual variation of feather nanostructure, and especially the information content of this variation, is extremely poorly known. We are aware of only four studies of individual variation in feather nanostructure and coloration, and only one of these was experimental. This lack of knowledge is largely due to the instrument-intensive research methods. We plan to clarify in a wild bird population the nanostructural basis of individual variation in the reflectance of a particularly poorly known plumage ornament type, achromatic white patches. We also plan to experimentally manipulate body condition before moult and thereby test the condition-dependence of feather nanostructure.
Second, the plumage is replaced only at moult. Studies of plumage colour generally follow methods which assume that colour expression is relatively static or at least repeatable until the next moult. The available scant evidence indicates that plumage colour changes with the ageing of the plumage. The perhaps most important question is what happens to individual plumage colour during a breeding event. No study has examined this systematically. If there is a varying degree of change, then colour during offspring rearing will not represent colour at courtship, i.e. sexually selected colour. Furthermore, colour change during breeding will be a potential signal to the partner. We have previously shown for the first time that male plumage reflectance changes unpredictably from courtship to nestling rearing. In the planned project, we will be the first to track individual reflectance changes through the breeding event, and to experimentally test the information content and the signal function of within-individual reflectance change.
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 sexual signals of animals are conspicuous characters which are important in mate choice. They apparently also play significant evolutionary roles: in adaptation to environmental change, and in the appearance and extinction of species. Plumage colour traits are frequently investigated sexual signals. We aim to examine two poorly known but fundamentally important aspects of plumage colour signalling.
First, individual variation of plumage colour signals is due to pigments and feather nanostructure. Nanostructure contributes to all (even the pigmented) plumage colours, but its role in the variability of colour is nearly unknown. We plan to examine a non-pigmented plumage area by spectrometry and transmission electron microscopy to see whether individual differences in feather nanostructure may underlie colour differences. We also plan to manipulate body condition before plumage replacement to examine whether the colour-producing nanostructure of the developing feathers is condition-dependent.
Second, plumage is replaced once or twice a year, and plumage colour is often treated as if it was constant between moults. We already know that it is not constant, but the information content and function of natural plumage colour “drift” is unknown. We plan to examine reflectance changes of individuals within the same reproductive event and look for the mechanisms of change. We also plan to manipulate reproductive behaviour to see whether reflectance change is state-dependent. Finally, we plan to manipulate reflectance halfway through reproduction to see whether the mate of the manipulated individual changes its behaviour in response to the colour change.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Hegyi Gergely, Laczi Miklós, Szabó Gyula, Sarkadi Fanni, Török János: Plumage color degradation indicates reproductive effort: an experiment, SCIENTIFIC REPORTS 13: (1) 18770, 2023 | | Laczi Miklos, Herczeg Gabor, Szabo Gyula, Gyarmathy Helga, Sarkadi Fanni, Torok Janos, Hegyi Gergely: The great tit abdominal stripe contains a sexually dichromatic colour patch hidden from the human eye, FRONTIERS IN ECOLOGY AND EVOLUTION 11: 1263974, 2023 | | Hegyi G, Laczi M, Kotel D, Csizmadia T, Low P, Rosivall B, Szollosi E, Torok J: Reflectance variation in the blue tit crown in relation to feather structure, J EXP BIOL 221: (9) Paper UNSP jeb176727. , 2018 | | Hegyi Gergely, Jenni-Eiermann Susanne, Boross Nóra, Garamszegi László Zsolt, Laczi Miklós, Kötél Dóra, Krenhardt Katalin, Jablonszky Mónika, Markó Gábor, Nagy Gergely, Rosivall Balázs, Szász Eszter, Török János: Ornaments and condition: plumage patch sizes, nutritional reserve state, reserve accumulation, and reserve depletion, BEHAVIORAL ECOLOGY AND SOCIOBIOLOGY 73: (6) 89, 2019 | | Laczi Miklós, Hegyi Gergely, Kötél Dóra, Csizmadia Tamás, Lőw Péter, Török János: Reflectance in relation to macro- and nanostructure in the crown feathers of the great tit (Parus major), BIOLOGICAL JOURNAL OF THE LINNEAN SOCIETY 127: (1) pp. 113-124., 2019 | | Laczi Miklós, Hegyi Gergely, Nagy Gergely, Pongrácz Rita, Török János: Yellow plumage colour of Great Tits Parus major correlates with changing temperature and precipitation, IBIS, 2019 | | Laczi Miklós, Kopena Renáta, Sarkadi Fanni, Kötél Dóra, Török János, Rosivall Balázs, Hegyi Gergely: Triparental care in the collared flycatcher ( Ficedula albicollis ): Cooperation of two females with a cuckolded male in rearing a brood, ECOLOGY AND EVOLUTION ece3.7923, 2021 | | Laczi Miklós, Balogh Julia, Nardou Xavier, Török János, Hegyi Gergely: The meaning of purely structural colour: white plumage reflectance indicates feather condition, IBIS 163: (2) pp. 407-416., 2020 | | Hegyi Gergely, Laczi Miklós, Kötél Dóra, Csörgő Tibor: Melanin‐based ornament darkness positively correlates with across‐season nutritional condition, ECOLOGY AND EVOLUTION 10: (23) pp. 13087-13094., 2020 | | Laczi Miklós, Jablonszky Mónika, Markó Gábor, Nagy Gergely, Szabó Gyula, Zsebők Sándor, Török János, Hegyi Gergely: White plumage color as an honest indicator: feather macrostructure links reflectance with reproductive effort and success, BEHAVIORAL ECOLOGY AND SOCIOBIOLOGY 76: (9) 125, 2022 | | Hegyi Gergely, Laczi Miklós, Herényi Márton, Markó Gábor, Nagy Gergely, Rosivall Balázs, Szász Eszter, Török János: Functional integration of multiple sexual ornaments: signal coherence and sexual selection, AMERICAN NATURALIST, 2022 | | Laczi M, Herczeg G, Szabó Gy, Gyarmathy H, Sarkadi F, Török J, Hegyi G: The great tit abdominal stripe contains a sexually dichromatic colour patch hidden from the human eye, Frontiers in Ecology and Evolution, accepted, 2023 | | Hegyi G, Herényi M, Laczi M, Markó G, Nagy G, Rosivall B, Szöllősi E, Török J: Long-term inverse fluctuations of sexual ornament size and population density, Conference of the European Ornithological Union, Lund, Sweden, 2023 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
