Condition-dependence of fitness-related traits in the Glanville fritillary butterfly

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-3646-6
Title: Condition-dependence of fitness-related traits in the Glanville fritillary butterfly
Author: Woestmann, Luisa
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: With increasing global warming and habitat fragmentation, environmental conditions are becoming more variable, and the risk and prevalence of diseases may increase in nature. As a consequence, many species have to adapt or respond to rapid changes in their environment. Ectotherms, such as insects, are thought to be especially prone to such changes and thus are interesting and relevant species for assessing life-history responses towards variable conditions. In my thesis, I investigated how the Glanville fritillary butterfly responds to different environmental conditions, and how this translates to fitness-related traits and offspring performance. I was further interested in the potential positive and negative correlations between immunity and other life-history traits. I used experimental approaches conducted in the laboratory to generate changes in individual condition, resulting from variable environmental conditions that were induced via altered nutrition, bacterial and viral infection or via forced flight. Flight was included, as it represents a key life-history trait for this species and is a stressful and energy demanding physiological process. I compared female reproductive strategies, but also assessed how male contribution to female reproduction was affected by variable conditions. Moreover, I assessed potential trans-generational effects on the offspring, and whether the strength or direction of the effect depended on the type of poor condition the individual experienced. Overall the results of this thesis suggest that the Glanville fritillary butterfly is highly sensitive to its surrounding environment, and is able to rapidly change its reproductive strategy according to the conditions it experiences. While more optimal conditions lead to higher offspring quantity, poor or stressful conditions often result in the production of fewer but of higher quality offspring, indicated by e.g. increased hatching success. An increase in offspring quality further translates to increased offspring performance in response to nutritional deficit, thus implying adaptive trans-generational effects. Flight, a key trait in many organisms, has been previously shown to interact with immune response in the Glanville fritillary butterfly. Results from this thesis confirmed this relationship but suggest that the relationship is a general stress response rather than an adaptive response to cope with infections. Bacterial and viral infections drastically reduce lifespan, and hence have the potential to influence population dynamics. Responses to variable environmental conditions including risk of infection are complex in the wild, as several conditions are often acting simultaneously, making it difficult to generalize the observed results. However, the data of this thesis provides important insights in condition-dependent responses of the Glanville fritillary butterfly to stress, and how this translates to fitness-related traits and even offspring performance. Further studies on the adaptive nature and underlying mechanisms behind the observed responses will further contribute to our understanding of the drivers of maintenance of life-history variation and evolution in this species.Ilmaston lämpenemisen ja elinympäristöjen pirstoutumisen seurauksena elinolosuhteet luonnossa muuttuvat vaihtelevammiksi, ja riski erilaisten tautien yleistymiselle ja leviämiselle saattaa kasvaa. Lajien täytyy luonnossa pystyä sopeutumaan nopeasti muuttuvaan ympäristöönsä. Varsinkin vaihtolämpöisten eläinten, kuten hyönteisten, katsotaan olevan alttiita näille muutoksille, ja ne ovat siten erityisen mielenkiintoisia tutkimuskohteita, kun halutaan perehtyä lajien vasteisiin elinympäristön muuttuessa vaihtelevammaksi. Väitöskirjassani tutkin täpläverkkoperhosen vasteita erilaisiin ympäristöolosuhteisiin, ja miten ne siirtyvät sekä perhosen kelpoisuuteen liittyviin ominaisuuksiin että jälkikasvun menestykseen. Tutkimuksessani olin erityisesti kiinnostunut mahdollisista positiivisista ja negatiivisista korrelaatioista yksilöiden immuniteetin ja muiden elinkierron kannalta olennaisten ominaisuuksien välillä. Laboratoriokokeiden avulla muokkasin perhosten kuntoa jäljitellen tilannetta, jossa yksilöiden kunto olisi seurausta muuttuneista elinolosuhteista, mukaan lukien muutoksista ravinnon saannissa, bakteeri- ja virusinfektioissa tai perhosen lentämisestä koituvista kustannuksista. Perhosten lentäminen on elinkiertoon liittyvistä ominaisuuksista avainasemassa, sillä se on fysiologisena prosessina rasittava ja paljon energiaa vaativa. Tutkimuksissani vertailin naarasperhosten lisääntymisstrategioita, ja lisäksi myös missä määriin vaihteleva ympäristö vaikutti koiraiden panokseen naaraiden lisääntymiseen. Tutkin missä määrin vaihtelevien ympäristöolosuhteiden vaikutukset näkyivät jälkikasvussa sukupolvien yli ja missä määrin mahdolliset vaikutukset riippuivat elinolosuhteiden, ja siten perhosyksilöiden kunnon muutosten suunnista ja voimakkuuksista. Tutkimustulokseni viittaavat siihen, että täpläverkko-perhonen on erittäin herkkä elinympäristönsä suhteen. Se pystyy nopeasti muuttamaan lisääntymis-strategiaansa ympäristönsä mukaan — optimaalisissa olosuhteissa perhonen tuottaa enemmän jälkikasvua, kun taas heikkolaatuisessa ja muuten rasittavassa ympäristössä se tuottaa usein määrällisesti vähemmän mutta laadullisesti korkeatasoisempaa jälkikasvua, josta on merkkikä esim. kasvanut kuoriutumisen onnistuminen. Laadullisesta paremmuudesta johtuen jälkikasvu menestyy paremmin huonommissa ravinto-olosuhteissa, ja siten nämä muutokset perhosten lisääntymisstrategiassa välittyvät sukupolvien yli. Lentäminen on monille organismeille avainasemassa oleva osa elinkiertoa, ja aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet yhteyden täpläverkkoperhosten lentämisen ja immuunivasteen välillä. Väitöskirjatutkimuksen tulosten perusteella kyseinen yhteys on olemassa, mutta yhteys liittyy enemmän perhosten yleiseen stressivasteeseen rasituksesta johtuen kuin niiden sopeutumiseen infektioihin. Bakteeri- ja virusinfektiot lyhentävät yksilöiden elinikää merkittävästi, ja siten ne voivat vaikuttaa merkittävästi lajien populaatiodynamiikkaan. Vasteet muuttuvaan elinympäristöön, mukaan lukien kasvavaan infektioriskiin, ovat monimutkaisia, ja useat eri olosuhteiden muutokset vaikuttavat näihin vasteisiin yhtäaikaisesti. Havaittujen ilmiöiden yleistäminen on siten haastavaa, mutta siitä huolimatta tämän tutkimuksen tulokset syventävät ymmärrystämme täpläverkkoperhosen vasteista ympäristön aiheuttamaan rasitukseen, ja miten ne näkyvät ominaisuuksissa sukupolvien yli sekä jälkikasvun suorituskyvyssä. Tutkimuksessa havaittujen prosessien taustalla olevien mekanismien ja niiden adaptiivisuuden arviointi vaatii lisätutkimuksia. Niiden avulla voitaisiin edelleen syventää ymmärrystämme täpläverkkoperhosen elinkierron vaihtelevuutta ja evoluutiota ajavista voimista.
URI: URN:ISBN:978-951-51-3646-6
http://hdl.handle.net/10138/220543
Date: 2017-09-29
Subject:
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
Conditio.pdf 2.842Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record