Search

Maternal effects have the potential to alter early developmental processes of offspring and contribute to adaptive diversification. Egg size is a major contributor to offspring phenotype, which can influence developmental trajectories and potential resource use. However, to what extent intraspecific variation in egg size facilitates evolution of resource polymorphism is poorly understood. We studied multiple resource morphs of Icelandic Arctic charr, ranging from an anadromous morph—with a phenotype similar to the proposed ancestral phenotype—to sympatric morphs that vary in their degree of phenotypic divergence from the ancestral anadromous morph. We characterized variation in egg size and tested whether egg size influenced offspring phenotype at early life stages (i.e., timing of- and size at- hatching and first feeding [FF]). We predicted that egg size would differ among morphs and be less variable as morphs diverge away from the ancestral anadromous phenotype. We also predicted that egg size would correlate with offspring size and developmental timing. We found morphs had different egg size, developmental timing, and size at hatching and FF. Egg size increased as phenotypic proximity to the ancestral anadromous phenotype decreased, with larger eggs generally giving rise to larger offspring, especially at FF, but egg size had no effect on developmental rate. The interaction between egg size and the environment may have a profound impact on offspring fitness, where the resulting differences in early life-history traits may act to initiate and/or maintain resource morphs diversification. peerReviewed

In fish, the lipid resources of the female form a link between the environment and progeny, contributing to the contents of the egg yolk. Variation of the environmental conditions is therefore expected to affect the egg quality via maternal pathways, reflecting the female’s response to the environmental factors before spawning. We investigated the content of lipids and thyroid hormones in the ovary and eggs of the Baltic herring during 1988–2019, when salinity of the Baltic Sea first declined and then stabilized to a lower level, and winters varied between severe and mild. The total lipid resources of spawning females decreased by 40–50% during the study, and the ovarian lipid concentration followed this trend resulting in a decrease of the lipid content of eggs. The concentration of thyroid hormones in the ovary suggested a hormonal response in females to salinity and winter temperature and was observable also in the content of thyroid hormones in the eggs. A change in the egg lipid content took place approximately around 1998 (SE ± 3 years) suggesting that in declining salinity, egg quality was associated with salinity and intrinsic factors in the female, i.e., fecundity and amount of lipids deposited into the ovary. However, during the period of stable salinity, egg quality was mainly limited by the female’s lipid resources. As also the body size of the females decreased over the years, it is suggested that small body size can be a key phenotypic trait to reduce the environmental impact on egg quality in variable environmental conditions. peerReviewed

Marjo Pihlaja tutki väitöskirjatyössään äitivaikutusten merkitystä sopeumana vaihteleviin ympäristöoloihin käyttäen tutkimuslajina luonnonvaraisena pesiviä harakoita. Äitivaikutuksiin kuuluvat äidiltä jälkeläisille siirtyvät ympäristön äidille aiheuttamat ilmiasun piirteet sekä emon jakamien resurssien vaikutukset jälkeläisten ilmiasuun. Pihlaja tutki lintuja, mutta monet hänen tutkimansa mekanismit toimivat myös nisäkkäillä – siis myös ihmisillä.Pihlajan tavoitteena oli selvittää, peilaako munassa olevien yhdisteiden määrä vain emon kuntoa pesimäkauden alussa ja muninnan aikana, vai voiko näiden poikaselle tarjolla olevien yhdisteiden määrän vaihtelun takana olla myös evolutiivisesti merkittävä sopeuma.Pihlajan tutkimuksessa selvisi, että emot voivat tuottaa pesyeestään erilaisia yksilöitä riippumatta jälkeläisten perinnöllisestä samankaltaisuudesta. Tämä tapahtuu säätelemällä munassa siirtyvien yhdisteiden määriä. Samalla emo asettaa sisarukset eriarvoiseen asemaan. Toisaalta myös ympäristö vaikuttaa voimakkaasti näiden yhdisteiden määrään aiheuttaen suuria eroja eri pesyeiden välille. Näillä ympäristön vaikutuksesta vaihtelevilla ilmiasuilla voi olla tulevaisuudessa erilainen lisääntymisstrategia ja myös eri kelpoisuusodotus tulevista oloista riippuen.Äitivaikutukset ovat keino sopeuttaa jälkeläiset erityyppisiin ja vaihteleviin ympäristöoloihin. Lintuemo voi vaikuttaa poikastensa laatuun jo munan laadulla ja nisäkäs taas istukan kautta siirtyvillä yhdisteillä. Linnunpoikanen saa munassa kaikki ennen kuoriutumista tarvitsemansa resurssit. Tämän lisäksi emo voi muokata poikastensa ilmiasua sekä haudonta- että hoivakäyttäytymisellä. Munan laadusta riippuvat äitivaikutukset, kuten myös haudontakäyttäytymisellä aikaan saatu poikasten eriaikainen kuoriutuminen, voivat aiheuttaa kustannuksia sekä emolle että poikaselle.Pihlaja havaitsi, että tärkeiden yhdisteiden siirtoon jälkeläiselle munassa vaikutti sekä saatavilla olevien resurssien määrä, joka heijastaa ympäristöolosuhteita, että emon aiheuttama manipulointi pesyeen sisällä. Monet näistä munanlaatutekijöistä, kuten antioksidantit, hormonit ja vasta-aineet, vaikuttivat merkittävästi jälkeläisen ilmiasuun ja selviytymiseen. Yhdessä eriaikaisen kuoriutumisen kanssa ne toimivat optimaalisena poikuekoon pienennysmekanismina vaihtelevissa ympäristöolosuhteissa.Tutkimuksen tuottamaa tietoa voidaan käyttää pohjana soveltavassa tutkimuksessa esimerkiksi välineenä arvioitaessa ympäristön vaikutusta lajien menestymiseen. Ilmaston ja ympäristön muuttuessa ihmisen toiminnan seurauksena monet lajit joutuvat joko sopeutumaan uusiin olosuhteisiin tai väistymään. Jotta ymmärretään mekanismeja, jotka edesauttavat tai estävät lajien sopeutumista, on ymmärrettävä yksilön kehitykseen ja kelpoisuuteen vaikuttavat perusmekanismit. Maternal effects are suggested to be an efficient way to adapt offspring to variable and changing environments with consequent effects on variation in offspring fitness. In birds, mothers are able to affect the quality of their offspring through egg quality and through their incubation and parental care behaviour. Maternal effects via egg quality and hatching asynchrony, caused by incubation behaviour, may incur costs for both the mother and her offspring. For my thesis, I investigated the adaptive significance of maternal effects in an altricial passerine bird, magpie (Pica pica), in relation to variable environmental conditions among and within nests. The main question was whether the maternal transmission of egg components is only a reflection of maternal condition during egg laying, or, if the transmission could also be an optimal, evolutionary adaptive strategy. The question includes the effects of sibling hierarchy, induced by parental incubation behaviour, on offspring performance. Maternal transmission of different important compounds was affected both by the available resources, reflecting environmental conditions, and by maternal engineering within the clutch. Many of these egg quality factors such as antioxidants, hormones and immune factors had remarkable effect on offspring performance and they seem to function together with the effects of asynchronous hatching (age difference between hatching positions) as an optimal brood reduction mechanism in variable environmental conditions. In general, when resources are plentiful, parents are able to raise the whole clutch and the youngest nestlings can catch up in size to their older nest mates before fledging. However, if conditions are unfavourable, brood reduction happens quickly and the first hatched nestlings have enhanced possibilities for success. I also found that mothers can create, by differential allocation of egg quality compounds, different phenotypes which may have variable future reproductive strategies and fitness expectation depending on future conditions.