Behavioural neuroscience (e.g. sleep, consciousness, handedness) (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Developmental neurobiology (Council of Medical and Biological Sciences)
20 %
Ortelius classification: Animal growth
Panel
Ecology and evolution
Department or equivalent
Department of Evolutionary Zoology and Human Biology (University of Debrecen)
Participants
Barta, Zoltán
Starting date
2016-10-01
Closing date
2019-09-30
Funding (in million HUF)
15.090
FTE (full time equivalent)
2.40
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Élőlények milliárdjai kelnek hosszú és fárasztó útra évente legalább kétszer, mégis, a jelenség fontosságához képest nagyon keveset tudunk a vonulási viselkedés evolúciójáról és ontogenetikai hátteréről. Ahhoz, hogy meg tudjuk jósolni, hogy a környezeti zavarások hatására hogyan reagálnak a vonuló állatok populációi, értenünk kell, hogy a környezeti faktorok milyen hatással vannak a vonulási viselkedésre. A kutatásunkban arra keressük a választ, hogy az anyai hatások, mint epigenetikai szabályzó mechanizmusok fontos szerepet játszanak-e az utód vonulási viselkedésének kialakításában. Az anyai programozás egy jól leirt mechanizmus és a fenotípus finomhangolását képes megoldani az anya tapasztalata alapján, aminek eredményeként az utód fenotípusa jobban illeszkedik jövőbeli környezetéhez (anya/utód illeszkedés hipotézis). Annak ellenére, hogy ez egy jól leírt folyamat, a vonulásbiológiai vonatkozásait eddig még nem vizsgálták. Vizsgálatunk célja, hogy kísérletesen és elméleti úton is körbejárjuk az anyai programozás fontosságát a vonulási viselkedés kialakításában, amihez egy parciális vonuló fajt, a feketerigót (Turdus merula), választottunk kutatási alanynak, mert itt a vonuló és rezidens egyedek együtt vannak jelen a populációban.
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 projekt fő célkitűzése az Anya/Utód Illeszkedés Hipotézis tesztje a parciális vonulás kontextusában. Pontosabban, az anyai stressz hatását teszteljük az utód vonulási fenotípusán. Azt jósoljuk, hogy a megnövekedett anyai stressz nagyobb arányú vonuló fenotípust eredményez fészekaljanként. A kutatás három fő részből tevődik össze: (1) Kísérletek: Az anyai belső változók (energiaráfordítás és kortikoszteron) szintjeit megnöveljük, és ennek hatását vizsgáljuk az utódok vonulási viselkedésének gyakoriságán. (2) Megfigyelések: Jelölt utódok monitoringja (túlélés és költési siker becslések céljából) fog választ adni arra, hogy a kezelésnek volt-e hatása az utódok rátermettségére és a vonulási stratégia megismételhetőségére. (3) Modellezés: Állapotfüggő dinamikus modellekkel fogjuk felderíteni az anyai hatás érvényesülését segítő potenciális fiziológiai és környezeti tényezőket.
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! Magyarország madárfajainak nagy része vonuló. A globális környezetváltozással ezek a fajok elkezdték megváltoztatni vonulásuk idejét és gyakran útvonalaikat is. Fontosnak tartjuk, hogy a különböző ontogenetikai hatások, az anyai hatásokat is beleértve, felderítésével közelebb kerüljünk a vonulási viselkedés szabályozásának megértéséhez. Ezen kutatás eredménye ebben segít bennünket. Továbbá, így képet kaphatunk arról is, hogy milyen esélyekkel rendelkeznek a vonuló madarak populációi az egyre gyorsabban változó környezethez történő alkalmazkodásban.
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. Vonuló madarak populációi jelentős csökkenésen mentek keresztül az elmúlt néhány évtizedben. Ezzel szemben még mindig limitált a tudásunk arra nézve, hogy milyen eséllyel alkalmazkodhatnak a vonuló fajok rohamosan változó környezetükhöz. Ennek megjóslásához sokkal pontosabb és részletesebb tudásra van szükségünk a vonulási viselkedés kialakulásáért felelős öröklődési és fejlődéstani mechanizmusokról. A kutatásunk egy fontos és eddig nem vizsgált mechanizmust, az anyai hatást, illetve az anyai stressz szerepét, veszi célpontba a vonulási viselkedés kialakulásánál. A kutatás eredményeként, például közelebb kerülünk olyan lényeges kérdések megválaszolásához, mint hogy milyen módon jelenik meg, illetve tűnik el a vonulási viselkedés egy poulációból zavarás és környezetváltozás hatására. Végül, egy további fontos eredménye lehet az ilyen jellegű vizsgálatoknak az, amikor természetvédelmi szakembereket és törvényhozókat tudunk informálni egy fontos viselkedés, mint a vonulás, környezeti stressz érzékenységéről.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Billions of organisms around the globe make the arduous journey of migration at least twice each year, yet we still know little about both the evolution and development of this behavior. However, understanding how migratory behavior is shaped by the environment is crucial to be able to predict the effects of environmental perturbations on migratory populations. In the proposed research, we investigate an important mechanism of developmental programming, maternal effects, which has been largely neglected in the context of migration. Maternal programming could provide additional tuning in a trait, or phenotype, based on the experience of the mother to better match the prospective environment of the offspring (maternal/fetal match hypothesis). Migration represents a typical heterogeneous ecological context where the transmission of information based on recent parental experience may increase offspring fitness. We aim to explore the relevance of maternal programming of migratory behavior both experimentally and theoretically using a partial migrant, the European blackbird (Turdus merula) as study species, in which both migratory and resident individuals can be found in the same population.
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 main objective of the proposed project is to test the Maternal/Fetal Match Hypothesis in the context of partial migration. More specifically, we’ll test whether the migratory phenotype of the offspring is shaped by maternal stress. We predict that elevated maternal stress will increase the migratory propensity of the offspring and result in larger number of migrants in each brood. The proposed work consists of 3 major parts: (1) Experimental part: We will manipulate internal state variables (work load and corticosterone) in the mother and measure the difference in the frequency of migratory phenotype between the control and treatment offspring. (2) Observational part: long-term monitoring of marked birds (for estimates of survival and reproductive success) will reveal whether there is difference in fitness measures and in the inter-annual repeatability of migratory strategy between control and treatment offspring. (3) Modelling part: We will use state-dependent dynamic modelling as a tool to investigate the potential physiological and environmental conditions promoting maternal influences in the offspring’s migratory phenotype.
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. Most of Hungary’s birds are migratory. With recent global change these species are altering the timing and distance of migration. It is critical that we understand developmental effects and the role of maternal effects in shaping migratory behavior. The findings of this novel research should bring us closer to understand and predict the capacity with which migratory birds can adapt to and cope with different aspects of rapid environmental 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. Migratory bird populations have been suffering significant declines in recent decades. Our understanding of how migratory birds respond to rapid and unpredictable changes in their environment is limited and lack predictive power. To be able to assess whether populations are capable of adjusting to changing environments we need a more thorough understanding of developmental and evolutionary mechanisms of migratory behavior. Our proposed research addresses an important and so far neglected process in this field, the role of maternal effects and maternal stress in shaping offspring behavior. As a result of our research program, we will get closer to understanding how migratory behavior arises or disappears in a population as a result of environmental change. Furthermore, we may be able to inform conservation managers and policy makers about direct and measurable consequences of environmental stress on migratory bird behavior and population dynamics.
Final report
Results in Hungarian
Első lépésként a magyarországi hosszútávú gyűrűzési adatbank adatait felhasználva erősítettem meg, hogy hazánkban a fekete rigó parciális vonuló. Fontos eredménye a vizsgálatnak, hogy az elmúlt évtizedek alatt fokozatosan csökkent az átlagos vonulási távolság, ami az urbanizációs hatásokat és klímaváltozás folyamatait tekintve hamarosan a hazai állomány rezidenssé válásához vezethet (Németh 2017).
A pályázati időszak alatt több mint 300 fekete rigót jelöltünk színesgyűrűvel. Heti rendszerességgel visszaellenőrzéseket végeztünk a színesgyűrűs egyedek keresése céljából, hogy megállapítsuk az egyedek vonulási stratégiáját. A túlélés, kortikoszteron szint és a vonulási stratégia közötti kapcsolatot, ill. a stratégia évek közötti konzisztenciáját vizsgáló elemzések a 2022-ben kifutó FK projekt megfelelő adataival együtt lesznek lefuttatva és publikálva.
Kezdeti nehézségeink adódtak, mivel a tojókat nem tudtuk nagy biztonsággal a fészeképítés fázisában megfogni, hogy a környezeti stressz manipulációt elvégezzük rajtuk, így (fészek)ragadozók hangját játszottuk a tojásrakás ideje alatt, ami az szakirodalom szerint növeli a tojó kortikoszteron szintjét és várhatóan hatással van az utódok fenotípusára.
A PD pályázat lehetőséget biztosított arra is, hogy néhány korábbi, a tágabb témához kapcsolódó munkát is befejezzek és a publikálásában közreműködjek.
Results in English
The goal of this PD project was to explore the regulation of migratory behavior, particularly the role of maternal stress. First, I analyzed a long-term banding data set and confirmed that indeed, the Eurasian blackbird is a partial migrant in Hungary, and equally importantly, the average migration distance of the population is continuously declining, which may lead to a complete resident population in the near future (Németh 2007).
During the project perdiod, we color-banded over 300 blackbirds and looked for marked individuals each week to determine the migration strategy of the individuals. The analyses testing for associations between survival, corticosterone and migration strategy are delayed in order to include data from an ongoing FK (young investigator) project on the same topic. With a more robust, longer dataset I will be able to address these relationships with higher statistical power.
Our early difficulties with capturing nest building females to mainpulate maternal stress was remedied by exposing them to (nest)predator vocalization playbacks, which is supposed to increase corticosterone levels and affect the phenotype of the developing offspring. This experiment started in 2019 and continued this year (as part of the FK project).
This PD project also allowed me to contribute to the publication of earlier projects, some of which are related to the topic of regulation of migratory behavior.
Z Nemeth, E Graves, M Ramenofsky: Can Respiratory Rate Be a Useful Tool for Assessing the Adrenocortical Stress Response in the Field?, Integrative and Comparative Biology, 58: E386-E386, 2018
