Effects of ecological factors on dominance and immune defence in crayfish

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1452-5
Title: Effects of ecological factors on dominance and immune defence in crayfish
Author: Gruber, Christina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-09-25
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1452-5
http://hdl.handle.net/10138/156367
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Both the ability to gain a high dominance status and having an efficient immune defence are favourable qualities that typically increase fitness in social and host-parasite interactions. Individuals with a high dominance status are predicted to gain fitness-related benefits from prior access to limited, defensible resources, such as food and matings. Immune defence mechanisms, on the other hand, have evolved to minimize the fitness costs of parasitic infections. The relative significance of a high dominance status and strong immune defence for individual fitness is, however, affected by the quality of the environment. The aim of this thesis is to improve the understanding of environmentally determined variation in dominance status, immune defence and their consequences for individual fitness. I use the native noble crayfish (Astacus astacus), the invasive signal crayfish (Pacifastacus leniusculus) and the highly virulent, invasive Aphanomyces astaci, the causative agent of the crayfish plague, as my study models. I first experimentally test theoretical predictions on how major ecological factors, including food availability, predation risk and population density, influence behavioural decision-making in fight contests, especially with regard to the maintenance of dominance hierarchies between size-matched crayfish. Using natural noble crayfish subpopulations with different crayfish plague history, I then explore whether variation in immune defence and crayfish plague resistance is potentially explained by local adaptation to the disease, or alternatively by geographical divergence. By keeping noble crayfish experimentally under constant environmental conditions, I finally determine whether seasonal variation in immune defence is endogenously regulated. My results show that individuals that had achieved dominant status in non-resource fight contests have an advantage in monopolising a limited, defendable food resource in a future contest. Furthermore, I find evidence that as population density increases, the division of the resource between dominants and subdominants becomes more unequal. Generally, my results suggest that due to ecological factors the dominance status of individuals can be more dynamic than theory predicts, especially when the contestants have similar fighting ability. For example, in line with the asset-protection principle, individuals having achieved dominant status in a non-predation risk contest increase their submissive behaviours in the presence of a predation threat, giving subdominants the opportunity to win a larger percentage of bouts in the predation risk contest. My results also reveal evidence for geographical variation in resistance to the crayfish plague and immune defence that is, however, independent of historical disease outbreaks in the study subpopulations. Furthermore, for the first time in invertebrates, my results demonstrate reproduction-related endogenous seasonal variation in the immune defence of noble crayfish. Overall, my results suggest that ecological factors, such as population density, predation risk and disease history, have to be taken in to account to better understand the causes and consequences of dominance status and immune defence in any individual species.Korkea dominanssistatus sekä tehokas immuunipuolustus ovat ominaisuuksia, jotka tyypillisesti parantavat yksilön kelpoisuutta sosiaalisissa tilanteissa ja isäntä-loissuhteissa. Teoria ennustaa, että yksilöt joilla on korkea dominanssistatus pääsevät paremmin käsiksi kelpoisuutta lisääviin, rajallisiin ja puolustettaviin resursseihin, kuten ruokaan ja parittelukumppaneihin. Toisaalta, immuunipuolustuksen mekanismien ajatellaan kehittyneen pienentämään loisinfektioiden kustannuksia. Korkean dominanssistatuksen ja tehokkaan immuunipuolustuksen suhteellinen merkitys yksilön kelpoisuuteen riippuu ympäristön laadusta. Väitöskirjani tavoitteena on parantaa ymmärrystä siitä, miten ympäristö vaikuttaa dominanssistatuksessa ja immuunipuolustuksessa havaittavaan vaihteluun, ja näiden piirteiden vaikutuksiin yksilön kelpoisuudelle. Työssäni käytän Suomen luontoon kuuluvaa alkuperäislajia, jokirapua (Astacus astacus), sekä vieraslajia, täplärapua (Pacifastacus lenisculus), ja hyvin virulenttia rapuruttoa aiheuttavaa oomykeettiä (Aphanomyces astaci). Ensimmäiseksi testaan teorioita siitä, miten ekologiset tekijät (esim. ravinnon saatavuus, saalistusriski, populaatiotiheys) vaikuttavat yksilön päätöksentekoon taistelutilanteissa, etenkin suhteessa dominanssihierarkioiden säilyvyyteen silloin, kun vastustajat ovat samankokoisia. Toiseksi tutkin rapuruttohistorialtaan eroavilla jokiravun luonnonpopulaatioilla, voiko immuunipuolustuksessa ja rapuruton vastustamisessa olevaa variaatiota selittää paikallisella sopeutumisella tautia vastaan tai maantieteellisillä eroavaisuuksilla. Pitämällä jokirapuja kontrolloidussa ympäristössä selvitin onko kausiluonteinen vaihtelevuus immuunipuolustuksessa sisäisen kellon säätelemää. Tulokseni osoittavat, että yksilöt, jotka saavuttivat korkeamman dominanssistatuksen taisteluissa ilman resurssia, pystyivät monopolisoimaan rajoitetun, puolustettavan resurssin seuraavissa taisteluissa. Lisäksi osoitin, että populaatiotiheyden kasvaessa erot resurssien jaossa dominanttien ja subdominanttien yksilöiden kesken kasvavat. Yleisesti tulokseni osoittavat, että ekologisten tekijöiden vaikutuksesta yksilön dominanssistatus voi muuttua dynaamisemmin kuin perusteoria ennustaa etenkin, kun vastustajilla on samankaltaiset taistelukyvyt. Esimerkiksi asset-protection teorian mukaisesti yksilöt, joilla oli korkea dominanssistatus saalistajien puuttuessa, lisäsivät subdominanttia käyttäytymistä saalistajien läsnäollessa. Tällöin saalistusriskikokeissa alhaisemman dominanssistatuksen yksilöt saivat paremmat mahdollisuudet voittaa taisteluita. Tulokseni osoittavat myös, että rapuruton vastustamisessa ja immuunipuolustuksessa on maantieteellistä vaihtelua, jota ei voitu selittää tutkittujen osapopulaatioiden rapuruttohistorialla. Lisäksi osoitan ensimmäistä kertaa selkärangattomilla, että immuunipuolustuksen vaihtelu on kausiluonteista sisäisesti säädeltyä ja mahdollisesti kytköksissä lisääntymiseen. Yleisesti, tulokseni osoittavat, että ekologiset tekijät, kuten populaatiotiheys, saalistusriski ja tautihistoria, on otettava huomioon, jotta ymmärtäisimme dominanssistauksen ja immuunipuolustuksen yksilöllisiä syitä ja seurauksia paremmin.
Subject: ecology and Evolutionary Biology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
effectso.pdf 2.300Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record