Colour polymorphism as a proxy for adaptations to climate change: from geographical patterns to mechanisms in Tawny Owls

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-8113-8
Title: Colour polymorphism as a proxy for adaptations to climate change: from geographical patterns to mechanisms in Tawny Owls
Author: Koskenpato, Katja
Other contributor: Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Luonnonvaraisten eliöiden tutkimuksen tohtoriohjelma
Doktorandprogrammet i forskning om vilda organismer
Doctoral Programme in Wildlife Biology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2022-05-27
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-8113-8
http://hdl.handle.net/10138/343344
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Climate change has become a major challenge which organisms need to cope with to survive. However, it is challenging to measure how and to what extent climate change affects organisms and what characteristics make an organism vulnerable to these changes. An option to study the effects of climate change on animals is to do research in colour polymorphic species. Species that display two or more genetically determined discrete colour morphs within a population are considered colour polymorphic. Different colour morphs are often documented to have different characteristics considering behavioural-, physiological- and life history traits. Thus, by observing colouration shifts in space and time, it is possible to study the environment-specific adaptive values of different traits in addition to colouration itself. In this thesis, I use the colour polymorphic tawny owl (Strix aluco) as a study organism to investigate colour-associated adaptation to climate change. The tawny owl has two colour morphs: pale grey (grey) and reddish-brown (brown). In the species northernmost range margin in southern Finland, the brown morph suffers from higher mortality during cold and snowy winters compared to the grey morph. However, the selection pressure against the brown morph is absent during milder winters and the frequency of the brown morph has increased in the area over the decades. To gain a more comprehensive view on the associations between colouration and climatic variables, I conduct a large spatiotemporal scale study on the occurrence of the morphs across the species range in Europe. I also aim to find out the reasons behind the differential winter survival of the tawny owl colour morphs in the north by investigating potential adaptive traits. In particular, I study if the colour morphs differ in their plumage insulation capacity, camouflage or foraging strategy. Regarding the spatiotemporal occurrence of tawny owl colour morphs, we found in chapter I that in general the colouration seems to follow Gloger’s rule, i.e. the brown morph dominates in warm and humid environments and the grey morph in cold and dry environments. We also discovered that different climate zones have different temporal trends in colour morph frequencies in line with climate trends, and that in some cases regional weather affects these patterns. In chapter II we found that the brown morph has poorer plumage insulation capacity than the grey morph, suggesting that the grey morph is more resistant to cold temperatures than the brown morph. In chapter III we found that plumage colour affects detectability depending on the background as the brown morph was more conspicuous than the grey one in snowy landscapes, but less so in snowless landscapes. In chapter IV we used diet data to show that albeit the tawny owl is a generalist predator, the grey morph is more specialised in small mammal prey than the more generalistic brown morph. These results indicate that the higher mortality of the brown morph during harsh winters results from its poorer plumage insulation capacity together with poorer camouflage in a snowy landscape compared to the grey morph. In addition, the specialised foraging strategy on small mammals of the grey morph might be more beneficial than a broader foraging strategy of the brown morphs in years when winters are harsh. The mammalian prey is available all year round, whereas most of the alternative prey that the brown morph is more prone to use is unavailable as most birds migrate and amphibians hibernate during winter. The spatiotemporal patterns further indicate differential adaptive abilities of the morphs on a broader scale. The differential lifestyles and adaptive strategies of the colour morphs may buffer the tawny owl against climate change induced extinction risk.Kiihtyvä ilmastonmuutos aiheuttaa eliöille painetta sopeutua muuttuvaan ympäristöön. Yksi tärkeimmistä tämänhetkisistä biologian tutkimussuunnista onkin ymmärtää, mitkä ominaisuudet altistavat eliölajeja eniten ilmastonmuutoksen aiheuttamille haasteille, ja toisaalta, mitkä ominaisuudet voivat edesauttaa sopeutumista. Kyseisten ominaisuuksien tunnistaminen on haastavaa, mutta värimonimuotoiset lajit tarjoavat siihen ihanteellisen tutkimusympäristön. Värimonimuotoisilla lajeilla saman populaation yksilöt edustavat useampaa erilaista perinnöllistä värimuotoa. Monessa tapauksessa värimuodoilla tiedetään olevan myös muita ominaisia piirteitä, liittyen esimerkiksi fysiologiaan, käyttäytymiseen tai lisääntymisstrategiaan. Väritys itsessään tai siihen linkittyneet muut ominaisuudet voivat aiheuttaa erilaisia mahdollisuuksia sopeutua ympäristönmuutoksiin. Havainnoimalla värimuotojen osuuksia ajassa ja paikassa, voidaan tunnistaa sopeutumista haittaavia tai edesauttavia ominaisuuksia. Väitöskirjassani tutkin värimonimuotoisen lehtopöllön (Strix aluco) sopeutumista ilmastonmuutokseen. Lehtopöllöllä on kaksi melaniiniin perustuvaa värimuotoa: harmaa (vaalea, ei-melanistinen) ja ruskea (tumma, melanistinen). Tiedetään, että lajin levinneisyysalueen pohjoisrajalla, Etelä-Suomessa, ruskeat värimuodot kärsivät harmaita enemmän runsaslumisista ja kylmistä talvista. Talvien lauhduttua valintapaine ruskeaa muotoa kohtaan on poistunut ja ruskean muodon osuus Suomen populaatioissa on kasvanut. Väitöskirjassani tutkin lehtopöllön värimuotojen ajallista ja paikallista esiintymistä lajin koko levinneisyysalueella Euroopassa, sekä mahdollisten ilmastovyöhykkeiden ja paikallisten sääolosuhteiden vaikutusta värimuotojen suhteelliseen esiintymiseen. Keskityn erityisesti etsimään syitä lehtopöllön värimuotojen eroavalle talviselviytymismenestykselle. Tutkin aihetta 1) fysiologisesta näkökulmasta vertailemalla värimuotojen höyhenpeitteen lämmöneristyskykyä, 2) värityksen itsensä luomasta mahdollisesta suojaväristä lumisessa ja lumettomassa talvimaisemassa, sekä 3) käyttäytymisen näkökulmasta vertailemalla värimuotojen saalistustaktiikoita erilaisissa ravintotilanteissa. Havaitsin, että lehtopöllön värimuotojen suhteelliset osuudet ja niiden ajalliset muutokset riippuvat ilmastovyöhykkeestä, ja joissain tapauksissa sääolosuhteilla oli merkittävä yhteys värimuotojen esiintyvyyteen. Harmaiden värimuotojen höyhenpeite oli ominaisuuksiltaan paremmin lämpöä eristävä, kuin ruskeiden höyhenpeite. Tämä saattaa selittää harmaiden lehtopöllöjen paremman selviytymisen kylminä talvina. Harmaa oli myös suojaväriltään toimivampi kuin ruskea, etenkin lumisissa olosuhteissa. Tämä saattaa antaa harmaille värimuodoille paremman selviytymismenestyksen lumisina talvina, sillä pedot ja muut häiritsijät eivät havaitse niitä yhtä herkästi kuin ruskeita. Värimuotojen saalistustaktiikat erosivat myös toisistaan. Harmaat koiraat saalistivat erityisesti pikkunisäkkäitä, kun ruskeilla koirailla oli laajempi saalisvalikoima (mm. linnut ja sammakot). Harmaa värimuoto saattaa hyötyä saalistustaktiikastaan ankarina talvina, kun ravintoa on vaikea löytää, mutta pikkunisäkkäitä on silti saatavilla. Ruskeilla värimuodoilla talven saalis voi jäädä niukaksi, sillä osa linnuista muuttaa talveksi muualle ja sammakot talvehtivat. Lehtopöllön värimuodot vaikuttavat olevan sopeutuneita erilaisiin elinympäristöihin. Tämä saattaa edesauttaa lajin sopeutumista muuttuvaan ympäristöön ilmastonmuutoksen edetessä ja suojella lajia sukupuutolta.
Subject: ekologia ja evoluutiobiologia
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
koskenpalo_katja_dissertation_2022.pdf 3.417Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record