 |
Evolutionary transitions in parental care in vertebrates
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
132819 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Vági, Balázs Iván |
| Title in Hungarian |
Az utódgondozás evolúciós átmenetei gericeseknél |
| Title in English |
Evolutionary transitions in parental care in vertebrates |
| Keywords in Hungarian |
utódgondozás, evolúciós átmenetek, filogenetikai komparatív módszerek, karakter-rekonstrukció, diverzifikáció |
| Keywords in English |
parental care, evolutionary transitions, phylogenetic comparative methods, character reconstruction, diversification |
| Discipline |
| Evolutionary ecology and genetics, coevolution (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % | | Phylogenetics, systematics, taxonomy, comparative biology, ecophysiology (Council of Complex Environmental Sciences) | 50 % |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Department of Evolutionary Zoology and Human Biology (University of Debrecen) |
| Starting date |
2019-12-01 |
| Closing date |
2023-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
21.300 |
| FTE (full time equivalent) |
3.27 |
| 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 utódgondozás kialakulása és evolúciós átmenetei az evolúcióbiológia egyik központi kérdése, az alapvető evolúciós átmenetek és ezek okai mégis kevéssé felderítettek. Ennek egyik oka, hogy a komplex gondozás több elemi összetevőből áll, és ezek egymástól független evolúciós utakon alakulhattak ki. Egy korábbi vizsgálatomban az egyik legváltozatosabb utódgondozású csoport, a farkatlan kétéltűek (Anura) gondozási formáiról készítettem átfogó elemzést minden korábbinál több faj bevonásával, mely addig ismeretlen evolúciós mintázatokat derített fel korszerű módszerek alkalmazásával. Kiderült, hogy a nőstények és a hímek protektív célú gondozása hasonló evolúciós nyomás alatt alakult ki, a szárazföldi szaporodáshoz való alkalmazkodásképpen. Ezzel szemben az utódok táplálása a (nőstény által) áll szoros összefüggésben a petemérettel és peteszámmal. Jelen vizsgálatban ezt a logikát szeretném kiterjeszteni a gerincesek egészére, melyek összességében a legváltozatosabb és legkomplexebb utódgondozású állatcsoportot képezik. A gondozás szociális és életmenet prediktorainak vizsgálata mellett kutatni szeretném a gondozási formák közötti evolúciós átmenetek valószínűségét, a gondozásnak a kládok diverzifikációjára gyakorolt hatását, a gondozás és a természetvédelmi veszélyeztetettség kapcsolatát a legkorszerűbb filogenetikai módszerekkel. Mindehhez minden korábbinál részletesebb adatbázisok, szakkönyvek biztosítják az alap információkat, amelyek korszerű adatbázisba rendezve későbbi kutatásokhoz is felhasználhatók lesznek. Tudomásom szerint vizsgálatom a legátfogóbb kutatás lenne az utódgondozás evolúciójáról, mely saját fajunk evolúciós sikerében is alapvető szerepet játszott.
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.
Kutatási tervem három alapvető kérdéskörre koncentrál:
(i) Mik voltak a legfontosabb evolúciós átmenetek a gondozási formák között gerinceseknél?
Korábbi eredmények alapján a hímgondozás volt az ősi állapot, ebből alakult ki kétszülős fázison keresztül a nősténygondozás. Én ennél finomabb felosztást fogok alkalmazni, hogy azt is lássam, az egyes gondozási formák elősegítik-e egymás megjelenését. Megvizsgálom azt is, hogy a békáknál kimutatott szülői feladatok (hasonló szintű védelem mindkét szülőtől, több táplálás az anyától) illenek-e az összes gerincesre. Valamint megnézem, hogy a komplex gondozási formák gyakrabban elvesznek-e, mint ahogy újra kifejlődnek, a Dollo-törvénnyel összhangban.
(ii) Mik voltak a gondozási típusok legfőbb meghatározó feltételei a gerincesek összességénél?
Mivel a különböző gondozási típusok különböző szelekciós nyomásra alakulhattak ki, fontos, hogy külön megnézzem mindegyik típus prediktorait. Ilyen gerinces-szintű vizsgálat még nem történt. A vizsgált prediktorok: a megtermékenyítés módja, szaporodási rendszerek és szexuális szelekció, életmenet és értelmi/szociális képességek.
(iii) Hogyan befolyásolja a gondozás mértéke és összetettsége a makroevolúciós mintázatokat és a fajok fennmaradását?
Mivel növeli az utódok túlélését és lehetővé teszi új élőhelyek meghódítását, a gondozás megjelenése ún. kulcsinnováció lehetett a csoportoknál, ami megnövelte a kládok diverzifikációs rátáját (fajképződés-kihalás). Ugyanebből kifolyólag valószínűnek tűnik, hogy a gondozó fajok jobban alkalmazkodnak az ember által indukált gyors változásokhoz, és kevésbé fenyegeti őket a jelenlegi, ember okozta biodiverzitás-csökkenés.
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!
(i) Evolúcióbiológia. Pályázott munkám az eddigi legrészletesebb elemzés lesz a gerincesek utódgondozásáról, ezáltal hozzá fog járulni, hogy jobban megértsük az utódgondozás evolúciójának átfogó elveit. Például megérthetjük, hogy az egyes gondozási módok kialakulása miként járult hozzá a gerincesek páratlan evolúciós sikeréhez, amely végső soron saját, egyedülállóan komplex utódgondozást végző fajunk kialakulásához vezetett.
(ii) Társadalomtudományok. Mivel az élővilágban az emberek végzik a legkomplexebb és leghosszabban tartó utódgondozást, vizsgálatom a szélesebb laikus közönség érdeklődésére is számot tarthat. Az eredmények széles körű megismertetése e kutatás nélkülözhetetlen eleme, mivel az utódgondozás alaposabb megértése toleránsabbá teheti az embereket (1) az emberi tevékenység által veszélyeztetett egyéb élőlények iránt; (2) a nem hagyományos nemi szerepek és családmodellek iránt, melyek egyre elterjedtebbek az emberi társadalmakban. Széles körű ismereterjesztésre alkalmas témája miatt a vizsgálat arra is alkalmas, hogy közelebb hozza az élvonalbeli alapkutatást a laikusok tömegéhez.
(iii) Természetvédelem. A biodiverzitás globális csökkenésével nem csupán fajok vagy magasabb rendszertani csoportok tűnnek el, de az élővilág viselkedési sokfélesége is megtizedelődik. Kutatásom megmutathatja, melyek a legnagyobb gondozási változatosságot mutató csoportok, és kiértékeli ezek fenyegetettségét az IUCN bevett kategóriái alapján.
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 utódgondozás az egyik legváltozatosabb viselkedésforma az állatvilágban. Jelentős evolúciós szerepe van, mivel növeli az utódok túlélését, lehetővé teszi a szaporodás szempontjából kedvezőtlen élőhelyek meghódítását, és kiindulópontjaként szolgálhat más, fejlett szociális viselkedésformák kialakulásához. Mivel fajunknál is központi szerepet tölt be, evolúciójának részletei nem csak a szakértők érdeklődésének állnak a homlokterében. A gondozás ugyanakkor rendkívül komplex és változatos viselkedés, melynek evolúciója és fő meghatározó tényezői nem ismertek részletesen, pl. nem tudjuk, mi szabja meg pontosan, hogy az anya vagy az apa gondozzon, és hogy pontosan milyen gondozást végezzen. Egy korábbi vizsgálatomban a gondozás különböző formáit vizsgáltam az egyik legváltozatosabb utódgondozú gerinces csoporton, a békákon. Kiderült, hogy az utódok védelmezése hasonlóan evolválódott hímeknél és nőstényeknél, a szárazföld meghódításával összefüggésben, míg a táplálás a nőstény feladata, és az utódok túlélésének növelésével megteheti, hogy kevesebb petét rak le. A gondozás ilyen részletességű vizsgálatát szeretném kiterjeszteni a gerinces állatok egészére (kb. 500 millió év alatt kialakul 70 000 jelenkori faj), hogy jobban megérthessük e viselkedés fő evolúciós meghatározóit. Szeretném kideríteni továbbá az egyes gondozási módok kialakulásának és egymásba alakulásának sorrendjét, a gondozási formák hatását a csoportok evolúciós sikerességére és a jelen veszélyeztető körülményeihez való alkalmazkodásra. Ezáltal vizsgálatom, amellett, hogy az emberi viselkedés egyik központi elemét is új megvilágításba helyezi, a fajok védelméhez is új információkkal járulhat hozzá.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Evolution of parental care is a core question in evolutionary biology, however, transitions between care forms and their predictors are not fully understood. One of the reasons is that complex parenting consists of multiple behavioural components, and these could have evolved independently from each other. In a previous study I made a comprehensive analysis on parental care forms in Anura (frogs and toads), a group characterised by the most diverse care among terrestrial vertebrates. Using recent phylogenetic methods, I revealed that protective care evolved under similar evolutionary pressure in males and females, as an adaptation to terrestrial reproduction, while nourishment (by the mother) is strongly correlated to egg and clutch size. In the current proposal, I would like to extend the same logic to the whole Vertebrata, the clade with the most diverse parental care in the Animal Kingdom. Besides social and life-history predictors of care, I will investigate frequencies and sequence of evolutionary transitions between care forms, the effect of parental care on diversification rates, and the link between parenting and the threat status of species according to IUCN standards. Basic information can be gathered from primary and comparative papers, books and online databases and can be stored in practical database format while latest phylogenetic trees and comparative methods permit unparalleled, detailed analyses on parental care evolution. This research will provide an unprecedented insight to parental care evolution, which played a central role in our own species evolutionary success.
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.
My research proposal focus on three fundamental questions:
(i) What were the order of evolutionary transitions between parental care forms in vertebrates?
It was proposed that male care is the ancient form of parenting, and female care evolved form it through a biperantal phase. However, I will use a finer-scale classification, to see if the evolution of different care forms reinforces other care types. I will also investigate if the frog parental roles (males and females: equal level of protection; females: more nourishment) fits to all vertebrates. Moreover, I will check if complex care forms more often lost than re-evolve, in accord with Dollo's law.
(ii) What are the common predictors of different parental care forms across vertebrates?
As different care types may have evolved as a response to different selection pressures, it is important to investigate potential predictors of each. This was never done to all vertebrates. The inspected predictors will include fertilization mode, breeding system and sexual selection, life history, and cognitive/social abilities.
(iii) How the extent and complexity of parental care influenced macroevolutionary patterns and affect species persistence?
As it increases offspring survival and enables invasion of new habitat types, parental care could have been a key innovation in groups, which increased net diversification rates (speciation-extinction), in other words, the evolutionary success of parenting clades. For the same reason, it seems likely that species with parental care adapt better to the rapid environmental changes caused by human activities, and less threatened by anthropogenic factors.
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.
(i) Evolutionary biology. My proposed work expected to be the most detailed analyses on vertebrate parental care to date and thus, it is expected to fulfil missing parts of our understanding of the big picture of parental care evolution. For instance, we will able to understand how different parental care forms contributed to the exceptional evolutionary success of vertebrates, which ultimately gave rise to our own species with uniquely complex parenting.
(ii) Social sciences. As humans perform the longest and most complex parental care in the Animal Kingdom, my research supposed to raise public interest. Popularization of my results is a crucial point in this research, as I believe that deepening public understanding of parental care diversity can help raising tolerance towards (1) non-human beings threatened by anthropogenic factors and (2) non-conventional sex roles in family models which are more and more widespread in the human societies. Due to its potentially interesting topic this project is also suitable to get closer high-quality science to the wider public.
(iii) Biodiversity conservation. With global biodiversity loss, not only species or higher taxonomic groups disappear, but also the behavioural complexity of our world is decimated. My research is able to highlight groups with unique diversity in care and evaluate their risk status according to IUCN standard categories.
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.
Parental care is one of the most diverse behaviours in the Animal Kingdom. It has a central role in evolution, as it increases offspring survival, enables invading hostile habitats and can be the starting point of the evolution of other, developed social behaviour. As it plays a central role in our own species, details of its evolution are target of public interest. However, care is an unusually complex and diverse behaviour, the evolution and predictors of which are not fully understood. E.g., we do not know why the male or the female provide care in special cases, or why should they provide a given sort of care. In a previous study, I investigated different care forms in frogs and toads, a group with the most diverse care among terrestrial vertebrates. This study revealed that protection by males and females evolved under similar conditions, as an adaptation to terrestrial reproduction, while feeding of the offspring is typically provided by the female, which can reduce her clutch size due to higher offspring survival. I would like to apply a similar-resolution research on the whole Vertebrata (approx 70,000 species, which evolved during cca 500 million years), to better understand main predictors of parenting. I will also extend this research to the evolutionary changes from one care type to another and to the effect of care on the past evolutionary success and contemporary adaptation to threats of groups. As a consequence, my proposed research can provide new insight to one of the central elements of human behaviour, but also add new information to the conservation of species.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
