Seasonal timing in a changing climate : the physiological basis of phenotypic plasticity and its evolutionary potential

Als gevolg van klimaatverandering zijn de voorjaarstemperaturen in Midden-Europa gestegen. Als gevolg ervan is het uitlopen van bomen en de ontwikkeling van rupsen die de jonge bladeren eten aanzienlijk vervroegd. De periode waarin koolmezen hun eieren leggen is ook vervroegd, maar niet voldoende om deze fenologische verandering bij te houden. Deze wanverhouding met de voedselpiek verlaagt de fitness, die leidt tot een selectie van vogels die eerder eieren leggen. In dit proefschrift worden de mechanismen die ten grondslag liggen aan de timing van voortplanting in koolmezen onderzocht, met een focus op het gebruik van temperatuursignalen. Broedende koolmeespaartjes werden in geklimatiseerde volières gehouden onder verschillende temperatuur scenario’s. Onder gecontroleerde omstandigheden bleek niet de gemiddelde temperatuur het meest relevante signaal te zijn die de start van eileg bepaalde, maar veeleer het patroon van temperatuurstijging dat de variatie in legdatum verklaarde. Het gebruik van genetisch verwante vrouwtjes maakte het mogelijk om familiegelijkenissen te herkennen bij de start en het eind van de eileg in reactie op temperatuursignalen, wat een genetische basis aangeeft. Gerelateerde fasen in de levenscyclus van vogels zijn dus in bepaalde mate afgestemd op het seizoensgebonden milieu door temperatuursignalen: terwijl de start van de eileg lijkt te worden bepaald door de patronen van temperatuurverandering bleek dit niet het geval te zijn voor de onderliggende reproductieve fysiologie, of het begin van de rui in de nazomer. Dit onderzoek bevordert ons denkbeeld hoe erfelijke variatie in de fysiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan de seizoenstiming het mogelijk maken tot aanpassing aan een veranderend klimaat. Due to climate change, spring temperatures have increased in central Europe. As a consequence the bud burst of trees and emergence of caterpillars that forage on the young leaves have advanced substantially. The period in which great tits (Parus major) lay their eggs has also advanced, but not sufficiently to keep track of this phenological change. Being mismatched with the peak in food biomass reduces fitness, which leads to selection for earlier laying in the birds. The aim of this thesis was to investigate mechanisms underlying the seasonal timing of reproduction in great tits, with a focus on the use of temperature cues. Pairs of great tits were kept in climate-controlled aviaries under different temperature scenarios. Under controlled conditions mean temperature was not the relevant cue determining the onset of egg laying, but rather the pattern of temperature increase explained variation in laying dates. The use of genetically related females made it possible to identify a family resemblance in the onset and termination of egg laying in response to temperature cues, which indicates a genetic basis. Linked avian life-cycle stages were thus to a higher or lower degree fine-tuned to the seasonal environment by temperature cues: while the onset of egg laying was determined by patterns of temperature change, temperature differences did not affect the underlying reproductive physiology or the onset of moult. This research increases our understanding of how heritable variation in the physiological mechanisms underlying seasonal timing allows adaptation to a changing climate.