Project

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An integrative approach to study ultimate and proximate causes of developmental plasticity and behavioural flexibility

Applicant Taborsky Barbara
Number 179208
Funding scheme Project funding
Research institution Ethologische Station Hasli Institut für Ökologie und Evolution Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Zoology
Start/End 01.06.2018 - 30.11.2022
Approved amount 800'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Zoology
Ecology

Keywords (10)

cooperative breeding; ontogeny; evolutionary ecology; cichlids; parental effects; social behaviour; gene expression; fish; developmental plasticity; life history

Lay Summary (German)

Lead
Umweltreize, die von Eltern an Nachkommen übermittelt werden oder in der eigenen, frühen Umwelt vorkommen haben oft lebenslange Effekte auf tierisches Sozialverhalten. Dieses Projekt untersucht bei einem hochsozialen Buntbarsch das Zusammenspiel von elterlichen Effekten und eigener Erfahrung auf kooperatives Verhalten und auf soziale Flexibilität.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Bei gruppenlebenden, kooperativ-brütenden Vertebraten hängt die Bereitschaft von subordinaten Gruppenmitgliedern (sogenannte “Helfer”) sich an der Aufzucht jüngerer Tiere, die nicht eigene Nachkommen sind, von der Umwelt ab. Es ist ist jedoch unbekannt ob dominante Gruppenmitglieder durch elterliche Effekte ihre Nachkommen manipulieren können Helfer zu werden. Soziale Flexibilität, wiederum, kann es Nachkommen ermöglichen, soziale Strategien selber zu wählen, und unter Umständen auch der elterlichen Manipulation entgegenzuwirken. Um zu verstehen wie sich soziale Entscheidungen und adaptive soziale Flexibilität (aka “Sozialkompetenz”) von elterlichen Effekten und eigener Früherfahrung herleiten müssen wir sowohl den adaptiven Wert von sozialen Strategien als auch die zu Grunde liegenden molekularen und physiologischen Mechanismen untersuchen.

Der hochsoziale, kooperativ-brütende Buntbarsch Neolamprologus pulcher ist hervorragend geeignet um diese Fragestellungen zu untersuchen. Vorangegangene Studien haben aufgezeigt, dass elterliche Manipulation potentiell durch Veränderung der Eigrösse stattfinden kann  und die Entscheidung Helfer zu werden nicht erblich ist sondern von Umweltreizen abhängt. Weiters wurde bereits ein Schlüsselmechanismus gefunden, der sozialen Früheffekten auf die Entscheidungen Helfer zu werden zugrunde liegt, nämlich die Stressreaktivität eines Individuums. Dieses Projekt hat nun zwei Hauptziele. (i) Wir wollen die relative Bedeutung elterlicher Einflüsse und eigener Umwelterfahrung im frühesten Lebensalter auf die Entscheidung Helfer zu werden untersuchen. Hierbei untersuchen wir den adaptiven Wert der Entscheidung und ihre molekularen Grundlagen, insbesondere die Genexpression in ausgewählten Gehirnarealen, die für soziale Entscheidungen zu ständig sind. (ii) Wir wollen untersuchen in wieweit Früherfahrung die Sozialkompetenz, also adaptive soziale Flexibilität, beeinflussen kann, sowohl auf der Ebene des Verhaltens also auch auf der Ebene genomischer Flexibilität der Genexpression. Weiters wollen wir untersuchen ob und welche Kosten eine erhöhte Sozialkompetenz hat, z.B. ob um hohe soziale Performance zu erreichen andere kognitive Bereiche wie Räubererkennung und -vermeidung eingeschränkt werden müssen.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext

Das Projekt befasst sich mit Grundlagenforschung. Das Verständnis der Ursachen von sozialen Entscheidungen, sowohl die zugrunde liegenden Mechanismen, die Umweltursachen und ihr adaptiver Wert sind von grosser Bedeutung um die enorme Vielfalt an sozialen Organisationsformen tierischen Lebens zu verstehen, von eusozialen Insekten hin zu kooperativem Brüten wie es bei Menschen vorkommt.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 09.05.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
College of Life and Environmental Sciences, Biosciences, UNiversity of Exeter Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Faculty of Science and Engineering, University of Groningen Netherlands (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
156881 Integration of ontogenetic environmental information within and across generations in a cooperative breeder 01.04.2015 Project funding

Abstract

Developmental plasticity plays a central role in the ability of organisms to cope with environmental change. Among the mechanisms underlying developmental plasticity, non-genetic parental effects have probably received most attention because of the intriguing possibility that parents can tune offspring phenotypes to anticipated future conditions, thereby raising parent and offspring fitness. However, parents might manipulate offspring also to increase parental fitness to the detriment of offspring, by way of ‘selfish parental effects’. In cooperative breeders, for instance, parents may manipulate the dispersal propensity of their offspring towards philopatry when there is great need of help, even if the offspring’s fitness would be higher when dispersing early. The first main focus of this project is to elucidate the existence, potential functional implications and mechanisms of parent-offspring conflicts in cooperative breeders. - Nevertheless, developmental plasticity is only one cause of phenotypic variation, which moulds individual phenotypes at a wide range of time scales, from lifelong to short-term adjustments, e.g. by behavioural flexibility. Short-term flexibility and long-term plasticity have rarely been studied in conjunction. For instance, it is currently unclear how (i) development affects the extent of social flexibility, (ii) fitness is affected by social flexibility, and (iii) the neural mechanisms are intertwined that underlie phenotypic plasticity and behavioural flexibility. Therefore, the second major aim of this project is to unveil whether and how developmental plasticity shapes adaptive behavioural flexibility. I will pursue a genomic reaction norm approach based on transcriptome sequencing at the level of the most important brain nuclei involved in the regulation of social flexibility. - To pursue the main aims of this project, I will apply an integrative approach including phenotypic assessments, fitness measurements, transcriptomics, epigenetics, and theoretical modelling. My model system, the cooperatively breeding cichlid Neolamprologus pulcher, is uniquely suited to study developmental plasticity of social and helping behaviours, as well as maternal effects on eggs, and to jointly investigate behavioural and genomic plasticity in response to social challenges and opportunities.
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