Veränderungen in Körpergröße und -form beim Alpensegler

Auswirkungen des Klimawandels auf die Körpergröße im Erwachsenenalter: ein integrativer Ansatz zum Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen, der Folgen über die gesamte Lebensspanne und zur Verbesserung unserer Vorhersagekraft

Förderung: Dieses Projekt wurde vom Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Fördervereinbarung Nr. 101025938 (Projekt CLIMGROWTH) gefördert. Offizielle Projektseite.

Hintergrund

Veränderungen der Körpergröße im Erwachsenenalter sind zu einer Leitreaktion auf den Klimawandel geworden. Bei Organismen mit endlichem Wachstum, wie Säugetieren und Vögeln (höhere Wirbeltiere), wird angenommen, dass diese Veränderungen vor allem auf klimabedingte Veränderungen der Wachstumsverläufe (Plastizität) zurückzuführen sind und weniger auf Verschiebungen in der Häufigkeit der für die Körpergröße kodierenden Allele (Mikroevolution). Als zentrales ökologisches Merkmal ist die Körpergröße auch ein wichtiger Treiber der individuellen Lebensgeschichte: Die Wachstumsbedingungen eines Individuums bestimmen letztlich Reifung, Reproduktion und Altern. Bislang hat jedoch keine Studie an höheren Wirbeltieren formal untersucht, welchen Beitrag entwicklungsbedingte Plastizität gegenüber Mikroevolution zur Erklärung von Veränderungen der Körpergröße als Reaktion auf den Klimawandel leisten — und vor allem hat keine Studie die lebenslangen Auswirkungen klimabedingter Veränderungen von Wachstum und Größe auf die individuelle Lebensgeschichte innerhalb und zwischen Generationen geprüft.

Methoden und Ziele

In meinem Projekt konzentriere ich mich auf den Alpensegler (Tachymarptis melba), eine Art mit außergewöhnlichen morphologischen und metabolischen Eigenschaften (Nonstop-Flüge bis zu 200 Tagen), für die vorläufige Ergebnisse einen signifikanten Anstieg der Körpergröße zeigen. Konkret werde ich eine beispiellose Langzeitdatenbank (>4000 Individuen, >20 Jahre, erhoben von Dr. Pierre Bize) nutzen, um komplexe, hochmoderne statistische Modellansätze zu kombinieren und diese Wissenslücken zu schließen, indem ich:

• erstmals bei einem höheren Wirbeltier den Beitrag von Entwicklungsplastizität und Mikroevolution zu Veränderungen der Körpergröße mit stammbaumbasierten quantitativen genetischen Modellen prüfe;
• lang erwartete Ergebnisse zu den lebenslangen Folgen natalen Klimabedingungen auf die individuelle Lebensgeschichte liefere;
• ihre transgenerationalen Effekte auf die Lebensgeschichte der Nachkommen prüfe;
• zur Debatte zwischen Quantitativgenetik und Demografie über die Erzeugung verlässlicher Vorhersagen von Klimareaktionen beitrage, indem ich die verschiedenen Ansätze im gleichen Studiensystem anwende.

Ergebnisse

Trait-specific sensitive developmental windows: Wing growth best integrates weather conditions encountered throughout the development of nestling Alpine swifts

LINK: https://doi.org/10.1002/ece3.11491

von Giulia Masoero, Michela N. Dumas, Julien G. A. Martin, Pierre Bize

Auf Basis von Messungen dreier morphologischer Merkmale (Flügellänge, Sternumlänge, Körpermasse) bei Alpensegler-Küken konnten wir Folgendes feststellen:

• Sensible Entwicklungsfenster für Flügel- und Sternumlänge entsprachen jeweils der merkmalsspezifischen Phase des maximalen Wachstums, die nahezu die gesamte Entwicklungsperiode für die Flügel und die erste Hälfte für das Sternum umfasst.
• Ungünstige Wetterbedingungen in diesen Phasen verlangsamten das Wachstum und verringerten die Größe.
• Obwohl die Körpermasse der Küken mit 50 Tagen die größte interindividuelle Variation aufwies, ließ sich diese eher durch das Wetter der beiden Tage vor der Messung als durch das Wetter während des Wachstumsmaximums erklären. Interessanterweise war der Zusammenhang zwischen Temperatur und Körpermasse nicht linear: Auf den anfänglich starken Anstieg der Masse mit steigender Temperatur folgte ein moderater Rückgang an besonders heißen Tagen, wahrscheinlich aufgrund von Hitzestress.
• Küken, die während des Flügelwachstums ungünstige Wetterbedingungen erlebten, wiesen niedrigere Überlebensraten bis zum Ausfliegen auf und flogen später aus, vermutlich um das langsamere Flügelwachstum zu kompensieren.

Insgesamt deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass Messungen des Federwachstums und in gewissem Maße auch des Skelettwachstums die Folgen ungünstiger Wetterbedingungen über die gesamte Entwicklung der Nachkommen am besten erfassen, während die Körpermasse eher kurzfristige, unmittelbare Wettereffekte auf die Körperreserven widerspiegelt (Energieverbrauch unter ungünstigen vs. Speicherung unter günstigen Bedingungen).

Einige Fotos aus dem Feld

Ein Video einer unserer Kolonien in Solothurn

Kooperationspartner

Dr. Pierre Bize, Schweizerische Vogelwarte, Schweiz

Prof. Julien Martin, Universität Ottawa, Kanada. Website der Forschungsgruppe.

Michela Dumas, Universität Ottawa, Kanada