Evolutionary arms race vs. evolutionary equilibrium: the analysis of a host-brood parasite relationship  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
83217
Type K
Principal investigator Moskát, Csaba
Title in Hungarian Evolúciós versenyfutás vagy evolúciós egyensúly: egy gazda-költésparazita kapcsolat elemzése
Title in English Evolutionary arms race vs. evolutionary equilibrium: the analysis of a host-brood parasite relationship
Keywords in Hungarian koevolúció, kakukk, nádirigó, hosszútávú változások, adaptáció, tojásmimikri, tojás-diszkrimináció
Keywords in English coevolution, common cuckoo, great reed warbler, long-term changes, adaptation, egg mimicry, egg discrimination
Discipline
Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Animal ecology
Panel Ecology and evolution 1
Department or equivalent Department of Zoology (Hungarian Natural History Museum)
Participants Bán, Miklós
Hargitai, Rita
Starting date 2011-02-01
Closing date 2015-01-31
Funding (in million HUF) 14.200
FTE (full time equivalent) 5.38
state closed project
Summary in Hungarian
A gazda-költésparazita kapcsolatok kiváló példái a koevolúciónak. A költésparazita adaptációját a gazda ellenadaptációja követi, s ezen változások sorozata az evolúciós versenyfutás, melyben egyensúlyi állapotok lehetnek. A kakukk számos énekesmadár fajt parazitál, Magyarországon a nádirigót szokatlanul magas mértékben (50% körül), így számos koevolúciós jelenség tanulmányozására egyedülálló lehetőséget nyújt. Ezt a Kiskunságban már több mint 10 éve tanulmányozzuk. A pályázatban a jelen állapotot szeretnénk összehasonlítani egy 60-100 évvel előttivel, így múzeumi tojásgyűjtemények segítségével a kakukktojások mimikrijének időbeli változásait. Ezt spektrométeres vizsgálatokkal végezzük, s az új retina-alapú látási modellekkel elemezzük ki. Ezek figyelembe veszik a gazdamadarak által látott kép sajátosságait a 300-700 nm tartományban. Ugyancsak rendelkezésre állnak a gazda tojásfelismerő és eltávolító képességéről is régi adatok. Ez a világon egyedülálló adatsor, melytől nemzetközileg új és kiemelkedően érdekes eredményeket várunk az evolúciós versenyfutás, ill. az egyensúly jellegéről. A pályázat másik részében szeretnénk megvizsgálni a gazda és a kakukk adaptációjának számos elemét, így a gazda tojáseltávolító képességének kognitív oldalát. A tojásfelismerési mechanizmusoknál korábban kimutattuk a diszkordancia és a memória-sablon alapú felismerési módokat, a jelen kutatásban ezek életkor és egyedfüggőségét, valamint a tanulás szerepét szeretnénk megvizsgálni. A tervben szerepel még a kakukk fiziológiai adaptációjának elemzése (antioxidánsok, hormonok), valamint a gazda-költésparazita kapcsolatok modellezése is.
Summary
Host-brood parasite relationships are among the best examples of coevolution, where the adaptation of the brood parasite is followed by the counter-adaptation of the host. The series of such changes leads to the evolutionary arms race, which may contain some steady-states of equilibrium. The common cuckoo parasitizes several songbird species, e.g. the great reed warbler in Hungary. In the Kiskunság (central Hungary), where we started a project more than 10 years ago, parasitism rate is unsually high (ca. 50% or more), so this system offers an ideal possibility for the study of host-brood parasite coevolution. In the present study plan we are comparing the development of cuckoo egg mimicry from the last ca. 100 years, comparing our results with eggs from museum collections using a spectrometer, and analyse results by perceptual models. The latter models take characteristics of avian vision into consideration, regarding retinal sensitivity in the 300-700 nm spectra. We also have recent and historical data on egg discrimination ability of this host species, which is unique in the world, giving the chance to reveal novel and internationally sound results on the evolutionary arms race or equilibrium. In another part of the project we are planning to study several components of the evolutionary adaptations of hosts and cuckoos, including experiments on the egg discrimination ability of the hosts. Our previous studies have already revealed the use of the discordancy and recognition template mehanisms in foreign egg recognition. In this project we are planning to study its age-related components, individual differences and the importance of learning. Physiological adaptations of cuckoos (antioxidants, hormons) and modeling of host-brood parasite relationships are also among the planned researches of the project.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatás során a költésparazita kakukk (Cuculus canorus) és egyik fontos gazdamadara, a nádirigó (Acrocephalus arundinaceus) koevolúciós kapcsolatait vizsgáltuk. A jelen és történeti állapotok összehasonlítsa feltárta, hogy a parazitáltsági ráta hasonlóan magas szintet mutatott a több mint 70-éves periódus három szakaszában (52-64%). A gazda adaptációjánál (tojásfelismerés) sem találtunk szignifikáns változást (34-39%), így ez az evolúciós egyensúlyt mutatja a lehetséges folyamatos adaptációval szemben. Szintén feltártuk a gazda-költésparazita csaknem tökéletes tojás-mimikrijének kémiai összetevőit, melyek a tojásszínekért felelősek. A tojásmintázat (foltosság) több szálon fejlődik, egymástól függetlenül. A gazda tojásfelismeréssel adaptálódik a költésparazitizmushoz, képes felismerni és eltávolítani a fészekből a parazita tojást. A tojásfelismerési mechanizmus számos aspektusát feltártuk (pl. diszkordancia és templát-alapú felismerés, életkorfüggő finom-hangolás, a fészkelési szakasz hatása). Szintén feltártuk parazita tojások megemelkedett antioxidáns szintjének szerepét a fiókák növekedésében. Kutatási területünkön a parazitizmus helyi mértéke függ a habitat-szerkezettől. Populációs modellel kimutattuk, hogy a költésparazita számára kedvező és kedvezőtlen területek arányától függ a gazdapopuláció túlélése és fennmaradása erős parazita hatás esetén.
Results in English
The study investigated co-evolutionary relationships between the brood parasitic common cuckoo (Cuculus canorus) and one of its primary hosts, the great reed warbler (Acrocephalus arundinaceus). We compared our recent field surveys with available historical data and revealed similarly high levels of parasitism rates (52-64%) in three periods over 70 years. We revealed that hosts adaptation to parasitism (egg discrimination) also did not change significantly (34-39%), suggesting an evolutionary equilibrium, rather than continuous increase in adaptations. We also revealed the chemical basis of the almost perfect colour mimicry between host and parasitic eggs. We also revealed that components of eggshell pattern (spottiness) evolved in different ways. Hosts adapt to brood parasitism by egg discrimination when they recognize and reject the parasitic eggs from their nests. We revealed several aspects of the egg recognition mechanisms (e.g. template-based recognition vs. discordancy, age-related fine tuning of egg recognition and the effect of nesting stage). We also revealed the role of increased levels of antioxidants in the parasitic egg for chick growth. In our study area habitat structure affects local parasitism rates. Consequently, the persistence and survival of the host population under high parasitic pressure depend on the ratio of habitat patches avoided or preferred by the brood parasite, as our population modeling revealed.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83217
Decision
Yes





 

List of publications

  
Igic, B., Cassey, P., Grim, T., Greenwood, D. R., Moskát, C., Rutila, J., Hauber, M. E.: A shared chemical basis of avian host-parasite egg colour mimicry., Proceedings of the Royal Society B 279: 1068-1076. (with electronic supplement), 2012
Bán, M., Barta, Z., Munoz, A. R., Takasu, F., Nakamura, H., Moskát, C.: The analysis of common cuckoo's egg shape in relation to its hosts' in two geographically distant areas., Journal of Zoology 284: 77–83., 2011
Geltsch, N.,Hauber, M.E., Anderson, M.G., Bán, M., Moskát, C.: Competition with a host nestling for parental provisioning imposes recoverable costs on parasitic cuckoo chick’s growth., Behavioural Processes 90: 378-383., 2012
Hargitai, R., Costantini, D, Moskát, C., Bán, M., Muriel, J., Hauber, M.E.: Variation in plasma oxidative status and testosterone level in relation to egg-eviction effort and age of brood-parasitic common cuckoo nestlings., Condor 114: 782–791. (with cover photo), 2012
Zölei, A., Hauber, M.E., Geltsch, N., Moskát, C.: Asymmetrical signal content of egg shape as predictor of egg rejection by great reed warblers, hosts of the common cuckoo., Behaviour 149: 391-406., 2012
Moskát, C., Takasu, F., Munoz, A.R., Nakamura, H., Bán, M., Barta, Z.: Cuckoo parasitism on two closely-related Acrocephalus warblers in distant areas: a case of parallel coevolution?, Chinese Birds 3: 320-329. (with back cover photo), 2012
Bán, M., Moskát, C., Barta, Z., Hauber, M.E.: Simultaneous viewing of own and parasitic eggs is not required for egg rejection by a cuckoo host., Behavioral Ecology, 2013
Bán, M., Moskát, C., Barta, Z., Hauber, M.E.: Simultaneous viewing of own and parasitic eggs is not required for egg rejection by a cuckoo host., Behavioral Ecology 24: 1014-1021., 2013
Moskát, C., Hauber, M. E., Elek, Z., Gommers, M., Bán, M., Groenewoud, F., Versluijs, T. S. L., Hoetz, C. W. A. & Komdeur, J.: Foreign egg retention by avian hosts in repeated brood parasitism: why do rejecters accept?, Behavioral Ecology and Sociobiology 68: 403-413. (with electronic supplement), 2014
Moskát, C., Zölei, A., Bán, M., Elek, Z., Tong, L., Geltsch, N., Hauber, M.E.: How to spot a stranger’s egg? A mimicry-specific discordancy effect in the recognition of parasitic eggs., Ethology 120 (in press), 2014
Igic, B., Cassey, P., Grim, T., Greenwood, D. R., Moskát, C., Rutila, J., Hauber, M. E.: A shared chemical basis of avian host-parasite egg colour mimicry., Proceedings of the Royal Society B 279: 1068-1076. (with electronic supplement), 2012
Bán, M., Barta, Z., Munoz, A. R., Takasu, F., Nakamura, H., Moskát, C.: The analysis of common cuckoo's egg shape in relation to its hosts' in two geographically distant areas., Journal of Zoology 284: 77–83., 2011
Geltsch, N.,Hauber, M.E., Anderson, M.G., Bán, M., Moskát, C.: Competition with a host nestling for parental provisioning imposes recoverable costs on parasitic cuckoo chick’s growth., Behavioural Processes 90: 378-383., 2012
Hargitai, R., Costantini, D, Moskát, C., Bán, M., Muriel, J., Hauber, M.E.: Variation in plasma oxidative status and testosterone level in relation to egg-eviction effort and age of brood-parasitic common cuckoo nestlings., Condor 114: 782–791. (with cover photo), 2012
Zölei, A., Hauber, M.E., Geltsch, N., Moskát, C.: Asymmetrical signal content of egg shape as predictor of egg rejection by great reed warblers, hosts of the common cuckoo., Behaviour 149: 391-406., 2012
Bán, M., Moskát, C., Barta, Z., Hauber, M.E.: Simultaneous viewing of own and parasitic eggs is not required for egg rejection by a cuckoo host., Behavioral Ecology 24: 1014-1021., 2013
Moskát, C., Zölei, A., Bán, M., Elek, Z., Tong, L., Geltsch, N., Hauber, M.E.: How to spot a stranger’s egg? A mimicry-specific discordancy effect in the recognition of parasitic eggs., Ethology 120: 616-626. (with electronic supplement), 2014
Hauber, M.E., Tong, L., Bán, M., Croston, R., Grim, T., Waterhouse, G. I. N., Shawkey, M. D., Barron, A. B., Moskát, C.:: The Value of Artificial Stimuli in Behavioral Research: Making the Case for Egg Rejection Studies in Avian Brood Parasitism, Ethology (in press) doi: 10.1111/eth.12359, 2015
Moskát, C., Bán, M., Hauber, M. E.:: Naïve hosts of avian brood parasites accept foreign eggs, whereas older hosts fine-tune foreign egg discrimination during laying, Frontiers in Zoology 11:45, 2014



Back »