 |
Biased sex ratios: evolutionary significance and consequences for conservation biology
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
130430 |
| Type |
KH |
| Principal investigator |
Liker, András |
| Title in Hungarian |
A kiegyenlítetlen ivararány evolúciós jelentősége és természetvédelmi következményei |
| Title in English |
Biased sex ratios: evolutionary significance and consequences for conservation biology |
| Keywords in Hungarian |
felnőttkori ivararány, fordított ivari szerepek, párzási rendszer, utódgondozás, demográfiai modellek, populációk életképessége, partimadarak |
| Keywords in English |
adult sex ratio, sex role reversal, mating system, parental care, demographic models, population viability, shorebirds |
| Discipline |
| Evolutionary ecology and genetics, coevolution (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Biodiversity, conservation biology and genetics, invasion biology (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Nature conservation |
|
| Panel |
Ecology and evolution |
| Department or equivalent |
TTK Viselkedésökológia (University of Pannonia) |
| Participants |
Czikkelyné Ágh, Nóra
Fresneau, Nolwenn
Kosztolányi, András
Kovács, Bálint
Pipoly, Ivett Ildikó
|
| Starting date |
2018-12-01 |
| Closing date |
2021-11-30 |
| Funding (in million HUF) |
19.996 |
| FTE (full time equivalent) |
5.56 |
| 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 fajok kis részében a nőstények versengenek a hímekért míg utóbbiak gondozzák az utódokat. E fordított ivari szerepek kialakulása az egyik legkevésbé értett probléma a szaporodási rendszerek és szaporodási viselkedés kutatásában. Korábban speciális ökológiai körülményekkel próbálták magyarázni a jelenséget, kevés sikerrel. A jelen pályázat előzményeként 18 partimadárfajon végzett komparatív vizsgálatunk viszont igazolt egy alternatív magyarázatot, miszerint a fordított ivari szerepű fajok felnőttkori ivararánya a hímek irányába eltolt, és mai ismeretein szerint ez a legjobb prediktora ennek a szaporodási formának. Jelen pályázatban ezt a rendkívül ígéretes kutatási irányt tervezzük kiterjeszteni egymást kiegészítő és erősítő komparatív elemzések és terepi vizsgálatok révén. (1) Egy jelentősen nagyobb fajszámú adatbázis segítségével a korábbinál robusztusabb komparatív vizsgálatban teszteljük a fordított ivari szerepek kapcsolatát a hímek irányába eltolt ivararánnyal, valamint modern statisztikai módszerekkel elsőként teszteljük a kapcsolat irányát is. (2) Standard módon gyűjtött terepi adatokból kétféle módszerrel becsüljük az ivararányt és hasonlítjuk össze olyan fajok között, amelyek átfogják az ivari szerepek teljes spektrumát. (3) Elsőként teszteljük komparatív vizsgálatban, hogy az ivararány és a párzási rendszer együttesen milyen hatást gyakorol a populációk életképességére, melyet demográfia modellekből becslünk. A kutatás szorosan kapcsolódik a kiváló közlemény eredményéhez, amelyben a gerincesek ivararány változatosságának okait kutattuk. Jelen projekt PhD és egyetemi hallgatók bevonása révén közvetlenül segíti a kutatóképzést.
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.
Az ivari szerepek újabb evolúciós modelljei az ivararány jelentős szerepére világítanak rá. Azt jósolják, hogy a populációban a ritkább ivar egyedeinek éri meg többet fektetni a párszerzésért folyó versengésbe, mivel a potenciális partnerek nagyobb száma miatt jobbak az esélyeik új párok szerzésére, mint a gyakoribb ivaré. Tehát akkor alakul ki fordított ivari szerep, ha az ivararány a hímek irányába eltolt. Ez éppen az ellenkezője a Darwin (1871) által felvetett és az ivari szelekció legtöbb modellje által átvett hipotézisnek, amely szerint a gyakoribb ivarban várható erősebb versengés a párszerzésért: tehát a nőstények akkor fektetnek többet udvarlásba és kevesebbet utódgondozásba, ha több nőstény van a populációban.
Csoportunk vizsgálatai voltak ez elsők, amelyek komparatív módszerrel tesztelték a problémát, és partimadarakkal végzett kutatásunk elsőként igazolta az újabb modelleket. Mivel a fordított ivari szerepek evolúciója a viselkedésbiológiai egyik különleges, gyakran tankönyvi példaként használt ám máig kevéssé értett problémája, ezért rendkívül fontos, hogy kis mintaszámon alapuló korábbi vizsgálatunkat a lehető legátfogóbb módon újabb eredményekkel támasszuk alá. Az itt javasolt vizsgálatok az eddigi legteljesebb tesztelését szolgáltatják a fenti hipotéziseknek, azonban két irányban is túlmutatnak ezen: (1) Terepi adatokkal teszteljük a fordított ivari szerepű fajok ivararányát kialakító demográfiai tényezőket, pl. az utód túlélés ivari különbségét, ami jelenleg intenzíven kutatott evolúciós ökológiai probléma. (2) Vizsgáljuk az ivararány és populáció életképesség közötti kapcsolatot, amit gyakorlati fontossága ellenére eddig alig kutattak.
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 pályázatban javasolt vizsgálatok három területen nyitnak új perspektívát az alapkutatásban:
(1) Az eddigi legátfogóbb tesztjét adják egy klasszikus viselkedésbiológiai probléma, a fordított ivari szerepek evolúcióját magyarázó hipotézisnek. Ennek meggyőző, robusztus eredményeken alapuló alátámasztása (vagy cáfolása) jelentős előrelépést jelentene az ivari szerepeket, annak viselkedési komponenseit mozgató evolúciós erők megértésében. Az ivararány jelentőségének igazolása további ösztönzést adhat ahhoz, hogy a szaporodási rendszerek evolúcióját hagyományosan az ökológiai viszonyok hatásai felől közelítő kutatások nagyobb hangsúlyt helyezzenek az eddig nagyrészt figyelmen kívül hagyott szociális és demográfiai tényezőkre.
(2) A projekt általánosságban is közelebb visz a nemek közötti biológiai különbségeinek feltárásához. Egyrészt korábbi eredményeink arra utalnak, hogy a hímek és nőstények eltérően reagálnak a kiegyenlítetlen ivararányra, ennek okai azonban nem ismertek. Jelen kutatásban a leginkább különböző szaporodási rendszerű (pl. klasszikus poliandriás versus lek/poligín) partimadarak eddigi legteljesebb összehasonlítását tervezzük, ami segíti e különbség megragadását és további kutatásokat ösztönözhet az okok felderítésére. Másrészt egyre több evolúciós demográfiai kutatás foglakozik a fiatal és felnőttkori túlélés valamint az öregedési ráták ivari különbségével, ennek genetikai, fiziológiai és viselkedési okaival. A projektben tervezett terepvizsgálat az elsők között fog adatokat szolgáltatni arról, hogy a túlélés fiatal és felnőttkori ivari különbségei milyen kapcsolatban vannak a szaporodási rendszerekkel.
(3) Elsőként fogjuk komparatív módszerekkel, a partimadarak változatosságát kihasználva tesztelni az ivararány és a párzási rendszer populációk életképességre gyakorolt együttes hatását. Ennek kutatása nemcsak a nagymértékben veszélyeztetett partimadár fajok szempontjából fontos, hanem általánosságban is segítheti a gyakran kiegyenlítetlen ivararányú, kisméretű populációk gyakorlati természetvédelmi kezelésének tervezését.
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 állatvilágban leggyakrabban a hímek küzdenek a nőstények megszerzéséért, míg utóbbiak biztosítják az utódok gondozását. Mi az oka, hogy ezek az úgynevezett konvencionális ivari szerepek a fajok egy kis részében megfordulnak, és díszes, a párszerzésért feltűnően versengő nőstények alakulnak ki? Az egyik magyarázat szerint erre azokban a fajokban kerül sor, ahol az ivararány a hímek irányába erősen eltolt, azaz a nőstények úgy növelhetik legkönnyebben szaporodási sikerüket ha az utódok gondozása helyett új párok megszerzésére törekednek. Kutatócsoportunk a legváltozatosabb szaporodási viselkedésű madárcsoport, a partimadarak (lilék, cankók, levéljárók) vizsgálatával ezt az elképzelést fogja kutatni. Egy átfogó, sok faj adatain alapuló összehasonlító vizsgálatban teszteljük, hogy a fordított ivari szerepű fajokban valóban nagyobb-e a hímek aránya, mint a konvencionális szerepekkel rendelkező fajokban. Néhány faj esetében terepi adatokon alapuló demográfia modellek segítségével is vizsgáljuk az ivararány különbségeket és ennek lehetséges okait (például a hím és nőstény utódok arányában és túlélésében megfigyelhető különbségeket). Egy további összehasonlító vizsgálatban azt kutatjuk, hogy a populációk életképességét miként befolyásolja az ivararány és fajra jellemző szaporodási rendszer, aminek ismerete segítheti a veszélyeztetett, kisméretű populációk gyakorlati védelmét.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In a small number of animal species females compete for the monopolization of males and males provide parental care. This so called sex role reversal is one of the least understand form of breeding systems, and has been traditionally explained by special ecological circumstances. In a preliminary study of 18 shorebirds, however, we supported an alternative hypothesis which suggests that sex role reversal evolves in species where the adult sex ratio (ASR) is strongly male biased. In this study we propose the extension of this very promising line of evolutionary research by conducting a series of comparative and field studies. (1) Using a significantly larger dataset of shorebirds' ASR than in the earlier study, we will conduct a robust comparison of ASRs between species with contrasting sex roles. Furthermore, we will conduct new comparative analyses to test the direction of evolutionary relationships between ASR and sex roles. (2) We will collect field data in a subset of species representing the full spectrum of avian sex roles and use demographic modelling to estimate their ASR and to identify the reasons for its variation among species (e.g. differences in offspring sex ratio and/or sex-specific survival). (3) We will conduct the first comparative test of the prediction of theoretical models that population viability is significantly and jointly influenced by ASR and mating system variation. The present proposal is strongly linked to the excellent publication (that forms the basis this proposal) in which we investigated the causes of ASR variation among tetrapods. The project will contribute to scientific education by involving the work of PhD and graduate students.
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.
Recent models of reproductive sex roles suggest a strong effect of ASR. These models predicts that members of the rarer sex of the population, that have good mating opportunity, will maximise their fitness by investing strongly in mating competition and reducing parental care. This predicts the evolution of sex role reversal in populations with strongly male-biased ASR. This prediction is in stark contrast with the suggestion of Darwin (1871) and subsequent sexual selection theories that sexual competition should be most intense in the more common sex.
Our research provided the first comparative tests of these ideas, and the results supported the predictions of the more recent sex role models (i.e. investment in mating by the rare sex). However, our initial study was based on small number of species and simple correlational methods. Thus, it is important to corroborate these exciting early results by analyses based on robust datasets and more advanced phylogenetic comparative analyses. The research proposed here will achieve this aim by conducting the most complete test of the above hypotheses. However, this research program goes even further in at least two ways: (1) We will use field data to explore the demographic causes that shape ASR in sex role reversed species, including sex-specific offspring survival, which is currently an intensively investigated field in evolutionary ecology. (2) We study the joint effects of ASR and mating system on population viability, that has been almost completely neglected by earlier empirical research despite of its importance for conservation biology.
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.
The proposed project will promote the advance of basic research at least in tree ways:
(1) It provides the most complete and robust test of an evolutionary hypothesis for sex role reversal, which is a classic text book theme in behavioral biology. The convincing support for (or rejection of) the ASR hypothesis would be a significant step toward the understanding of evolutionary forces that shape sex roles and its behavioral components in birds and other animals. Furthermore, highlighting the role of ASR would also encourage that further research of reproductive behaviour should focus more on the potential influence of social and demographic factors, which have got less attention in earlier studies that primarily focused on ecological hypotheses.
(2) The project can also promote exciting further research on the general understanding of biological differences between the sexes. First, our earlier results suggest that males and females may differ in the ability of exploiting the reproductive opportunities offered by biased ASRs, but the reason for this intriguing sex difference is unexplored. The present proposal, involving the most complete comparisons between species exhibiting the most distinct sex roles (e.g. classical polyandry versus lek polygyny) could uncover this difference between the sexes in more details and encourage its further investigation. Second, evolutionary demographic research has increasingly focuses on sex differences, including offspring and adult survival rates and senescence. The field study planned in the proposal is among the first research programs that attempt to test the relationships between sex-specific offspring and adult survival and in breeding systems.
(3) Our study will be the first that use the comparative approach to conduct a general test of the hypothesised effects of ASR and mating system on population viability. The study of this problem is not only important for the often highly vulnerable shorebird populations, but also has more general implications for practical conservation strategies focusing on small populations that frequently have biased sex ratios.
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.
In most animal species, males compete for the monopolization of females, while the latter sex provides parental care. Why are these so called conventional sex roles reversed in a small number of species, in which females are more ornamented than males and compete conspicuously for mating partners? One explanation of this curious phenomenon is that females become the more competitive sex in those species that have strongly male-biased sex ratios, so females could most easily maximise their reproductive success by mating with multiple males, instead of providing care for the existing offspring. In the proposed project we will investigate this idea in shorebirds (plovers, sandpipers, jacanas) that exhibits the largest diversity of sex roles in birds. In a study using all available data from large number of shorebirds we will test whether the sex ratio is more male-biased in sex role reversed than in conventional species. In a subset of these species, we will collect detailed demographic data, and assess sex ratio differences by advanced models that also allow the identification of the causes of sex ratio differences. In a further comparative study we will study how the sex ratio and type of mating system (polyandry, monogamy and polygyny) influence the viability of populations, which provides important information for the practical conservation of small, endangered populations.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Ancona S, Liker A, Carmona-Isunza MC & Székely T: Sexual maturation relates to sexual selection and adult sex ratios in birds., Evolution Letters (in press), 2020 | | Fresneau N, Lee YF, Lee WC, Liker A: How to deal with love triangles in the Pheasant-tailed Jacana Hydrophasianus chirurgus?, Talk. International Wader Study Group, annual conference, 19-23 September 2019, Morecambe Bay, UK., 2019 | | Fresneau N, Lee YF, Lee WC, Liker A: Pair-bonding and parental behaviour of the sex-role reversed pheasant-tailed jacana., Talk. Magyar Etológiai Társaság XXI. konferenciája, 2019. november 29. – december 1., Mátrafüred., 2019 | | Liker A, Bókony B, Lemaitre JF, Gaillard JM & Székely T: Predictors of adult sex ratios in tetrapods: sex determination, mortality, and maturation., Keynote talk. International Symposium on "Reproductive strategies from genes to societies – Frontiers in animal and plant reproduction research", 7-10 November 2019, Debr, 2019 | | Liker A, Fresneau N: Demographic and behavioral studies in the Pheasant-tailed Jacana: a progress report on the first field season in Taiwan, Talk. Summer ÉLVONAL Shorebird Science meeting, 17–19 September 2019, Sheffield, UK., 2019 | | Ancona S, Liker A, Carmona-Isunza MC & Székely T: Sex differences in age-to-maturation relate to sexual selection and adult sex ratios in birds., Evolution Letters, 4: 44-53, https://doi.org/10.1002/evl3.156, 2020 | | Lemaître, J., Ronget, V., Tidière, M., Allainé, D., Berger, V., Cohas, A., Colchero, F., Conde, D., Liker, A., Marais, G., Scheuerlein, A., Székely, T., Gaillard, J.: Sex differences in adult lifespan and aging rates of mortality across wild mammals., Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 117: 8546-8553, https://doi.org/10.1073/pnas.1911999117, 2020 | | Cooney, C. R., Sheard, C., Clark, A. D., Healy, S. D., Laland, K. N., Liker, A., Street, S.E., Troisi, C., Thomas, G.H., Székely, T., Hemmings N. & Wright, A.E.: Ecology, phylogeny, and the evolution of developmental duration in birds., Nature Communications, 11, Article number: 2383, https://doi.org/10.1038/s41467-020-16257-x, 2020 | | Fresneau N, Lee Y-F, Lee W-C, Kosztolányi A, Székély T, Liker A.: The Pheasant-tailed Jacana, its sex-ratio and pair bonding: story of a sex reversed and polyandrous bird., Talk, III. ÉLVONAL Conference, 10–12 January 2020, Debrecen, Hungary., 2020 | | Fresneau N, Pipoly I, Gigler D, Kosztolányi A, Székely T, Liker A.: The evolution of sex-roles in shorebirds: a test of three hypotheses., Talk, IV.ÉLVONAL conference: Sex roles and breeding ecology of shorebirds. 8-9 January 2021, Debrecen (online)., 2021 | | Pipoly I, Liker A, Székely T.: Implications of sex determination systems for population demography of tetrapods., Poster, EMBO | EMBL Symposium: The Molecular Basis and Evolution of Sexual Dimorphism, 14 - 16 September (online)., 2020 | | Pipoly I, Bókony V, Liker A.: A szaporodási sikert és ivararányt befolyásoló környezeti és genetikai tényezők., Előadás, Pannon Tudományos Napok Konferencia, „A VEAB régió legjobbnak ítélt PhD munkája 2020” díj nyerteseként (online)., 2020 | | Ancona S, Liker A, Carmona-Isunza MC & Székely T: Sex differences in age-to-maturation relate to sexual selection and adult sex ratios in birds., Evolution Letters, 4: 44-53, 2020 | | Lemaître, J., Ronget, V., Tidière, M., Allainé, D., Berger, V., Cohas, A., Colchero, F., Conde, D., Liker, A., Marais, G., Scheuerlein, A., Székely, T., Gaillard, J.: Sex differences in adult lifespan and aging rates of mortality across wild mammals., Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 117: 8546-8553, 2020 | | Cooney, C. R., Sheard, C., Clark, A. D., Healy, S. D., Laland, K. N., Liker, A., Street, S.E., Troisi, C., Thomas, G.H., Székely, T., Hemmings N. & Wright, A.E.: Ecology, phylogeny, and the evolution of developmental duration in birds., Nature Communications, 11, Article number: 2383, 2020 | | Fresneau N, Lee Y-F, Lee W-C, Kosztolányi A, Székely T, Liker A: Sex role reversal and high frequency of social polyandry in the pheasant-tailed jacana (Hydrophasianus chirurgus), Frontiers in Ecology and Evolution, 9: 742588, 2021 | | Mokos J, Scheuring I, Liker A, Freckleton RP, Székely T: Anisogamy does not predict the origin of sex roles, Scientific Reports, 11: 19424, 2021 | | Liker A, Bókony B, Pipoly I, Lemaitre J-F, Gaillard J-M, Székely T, Freckleton RP: The evolution of large males is associated with female-skewed adult sex ratios in tetrapods, Evolution, 75: 1636-1649, 2021 | | Szemán K, Liker A, Székely T: Social organization in ungulates: revisiting Jarman’s hypotheses, Journal of Evolutionary Biology, 34: 604-613, 2021 | | Valdebenito JO, Halamibieke N, Figuerola J, Liker A, Székely T: Mortality cost of sex-specific parasitism in wild bird populations, Scientific Reports, 10: 20983, 2020 | | Vági B, Végvári Z, Liker A, Freckleton RP, Székely T: Parental care forms are predicted by climatic and social environments in Anura, Global Ecology and Biogeography 29: 1373-1386, 2020 | | Gonzalez-Voyer A, Thomas GH, Liker A, Krügger O, Komdeur J, Székely T: Sex-roles in birds: phylogenetic analyses of ecology, life histories and social environment, Ecology Letters (in press), 2022 | | Fresneau N, Pipoly I, Gigler D, Kosztolányi A, Székely T, Liker A: Gondoskodó apák és csapodár anyák: a szociális és az ökológiai környezet jelentősége a partimadarak szaporodási rendszerében, Előadás. 12. Magyar Ökológus Kongresszus, 2021. 08. 24-26., Vác., 2021 | | Fresneau N, Sankamethawee W., Lee Y-F, Lee W-C, Kosztolányi A, Székely T, Liker A.: Adult sex ratio in two populations of pheasant-tailed jacanas: application of a new statistical approach using unmarked individuals, Talk (accepted). V. ÉLVONAL Conference, 14-16 January 2022, Hungary (online)., 2022 | | Fresneau N, Sankamethawee W., Lee Y-F, Lee W-C, Kosztolányi A, Székely T, Liker A.: Highly male-biased adult sex ratio and its variation during the breeding season of the sex-role reversed pheasant-tailed jacana (Hydrophasianus chirurgus), Talk (accepted). 28th International Ornithological Congress, 14 – 20 August 2022, Durban, South Africa., 2022 | | Mészáros G, Pipoly I, Vági B, Bókony V, Székely T, Liker A: A felnőttkori ivararány és a többszörös paternitás kapcsolata hüllőknél., Előadás. Magyar Etológiai Társaság XXI. konferenciája, 2019. november 29. – december 1., Mátrafüred., 2019 | | Pipoly I, Bókony V, Gaillard J-M, Lemaitre J-F, Székely T, Liker L: Demographic pathways linking variation in adult sex ratio to genetic sex determination systems in tetrapods., Poster. Vital Connections In Ecology - Annual Meeting of the Ecological Society of America, 2-6 August 2021 (online)., 2021 | | Fresneau N: The peculiar breeding of the Pheasant-tailed jacana: study of a population in Kaeng Nam Ton, Invited talk, Department of Environmental Science, University of Khon Kaen, September 2021 (online)., 2021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
