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Climate change effects on mate choice and assortative mating by plate morph in threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus)

Wanzenböck, Sylvia (2018) Climate change effects on mate choice and assortative mating by plate morph in threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus).
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Lebenswissenschaften
BetreuerIn: Ahnelt, Harald
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-13102.73919.479164-9

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Abstract in English

Ongoing climate change influences marine habitats and the drastic changes challenges all organisms in this environment. The fast shifting environmental conditions have strong effects on the food chain and on population dynamics. The water temperature, acting and influencing on all reproductive and developmental stages (mating, hatching and growth) in nearly all aquatic species, is a decisive factor for future populations. Hence, it is very important to investigate the consequences of rapid temperature increase in the world`s oceans. Following different predictions of global warming scenarios, an increase of 4°C is predicted for the end of the century in the Wadden Sea. The high phenotypical diversity of the threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus) offers a wide spectrum for evolutionary drivers in a challenging environment. Furthermore, this fish shows fast reaction norms and phenotypic response to environmental drivers. Within one generation phenotypical and genetical adaptations can be found. The threespine stickleback has evolved different phenotypes in parallel and inhabits various environments. This small fish inhabits marine, brackish but also freshwater environment. Therefore this species became an important model organism for evolutionary biology as well as for ecology and was also selected for this study. The threespine stickleback is phenotypically characterized by three different plate morphs: completely, partially and low plated morph. For this experiment individuals from the Sylt-Rømø Bight population (Wadden Sea) were caught and acclimated to two different experimental temperatures (ambient and elevated). For the experiment the fish were transferred into eight outdoor mesocosms, in each mesocosm fish of both acclimation temperatures and comprising a set of all three plate morphs were introduced in a full-factorial design. During the experiment the fish had the chance to show their natural mate choice behavior under semi-natural conditions and compete for a boost individual reproductive success. Temperature effects on assortative mating by plate morphs was investigated to determine possible consequences of climate change on future percentage composition of plate morphs within the Wadden Sea population of three spine sticklebacks. All egg clutches were obtained and incubated under controlled temperature conditions. A genetic approach, via parentage analysis, was used to determine the reproductive success of each individual and the three different plate morphs. The results show that mate choice and reproductive success of threespine sticklebacks are directly influenced by water temperature and plate morph. Low plated mate couples performed better in the stressful elevated reproductive environment, than other single plate morph couples (partially plated and completely plated). Assortative mating by plate morphs might be an important driver for future plate morph distributions and composition of populations. Our findings suggest that the plate morph composition in the Wadden Sea might switch to a higher share of low plated sticklebacks caused by increasing water temperatures and changed mate choice traits. The growth experiment of this study showed that elevated rearing temperatures consequences a smaller offspring body size. These results show that global warming will disturb the natural temperature regimes in the shallow water zones, the nursery for stickleback offspring and will probably lead to a shift within the present stickleback population of the Wadden Sea.

Schlagwörter in Englisch

Temperature effects / Wadden Sea

Abstract in German

Der fortschreitende Klimawandel beeinflusst alle marinen Habitate und die daraus resultierenden, drastischen Veränderungen stellen alle dort lebenden Organismen vor große Herausforderungen. Die sich schnell ändernden Umweltbedingungen haben starke Auswirkungen auf die Nahrungskette und die Populationsdynamik. Temperatur beeinflusst alle Reproduktions- und Entwicklungsstadien (Paarung, Schlupf und Wachstum) der meisten aquatischen Arten. Die Temperatur ist daher einer der auschlaggebendsten Faktoren, der die zukünftige Populationen beeinflusst. Folglich ist es sehr wichtig die Konsequenzen eines rapiden Temperaturanstiegs in den Weltmeeren zu erforschen. Anhand der Vorhersagen von verschiedenen Klimawandelstudien wird eine Erhöhung um 4°C für das Ende des Jahrhunderts im Wattenmeer prognostiziert. Die hohe phänotypische Diversität des dreistachligen Stichlings (Gasterosteus aculeatus) bietet viele evolutionäre Entwicklungsmöglichkeiten in einer neuen Umwelt. Zudem zeigt diese Fischart eine schnelle Anpassungsfähigkeit und eine phänotypische Reaktion auf veränderte Umweltbedingungen, die wiederum die Populationszusammensetzung verändern. Bereits innerhalb eines Generationswechsels kann eine phänotypische und genetische Anpassung stattfinden. Der dreistachlige Stichling hat parallel mehrere Phänotypen entwickelt und bewohnt sehr unterschiedliche Lebensräume. Diese kleine Fischart kommt sowohl im Meer, in Brackwasser aber auch im Süßwasser vor. Sie wurde zu einem wichtigen Modellorganismus für die Ökologie und die Evolutionsbiologie und wurde aus diesem Grund für diese Studie gewählt. Der dreistachlige Stichling zeichnet sich phänotypisch durch drei unterschiedliche Plattenmorphen aus: komplett, teilweise und wenig beschildet. Für dieses Experiment wurden Individuen der Sylt-Rømø Bucht Population (Wattenmeer) gefangen und an zwei unterschiedliche Temperaturen angepasst (normal Temperatur und erhöhte Temperatur). Die Fische wurden, für das Experiment, in acht Freiland-Mesokosmen gesetzt. Jeder Mesokosmus enthielt jeweils drei Fische von beiden Temperaturadaptionen die wiederum eine Zusammenstellung aus allen drei Plattenmorphen darstellten. Während des Experiments, unter naturnahen Bedingungen, hatten die Fische die Möglichkeit ihr natürliches Paarungsverhalten zu zeigen und rivalisierten um den höchsten Reproduktionserfolg. Es wurde untersucht welche Effekte Temperatur auf bevorzugte Verpaarung von Individuen mit gleichem Plattenmorph (Assortative mating) hat um mögliche Konsequenzen des Klimawandels auf die zukünftige Plattenmorphverteilung der Wattenmeer Population aufzuzeigen. Alle Eipakete wurden aus den Nestern entnommen und unter kontrollierten Temperaturbedingungen bebrütet. Mit Hilfe einer genetischen Analyse (Verwandtschaftstest) wurde der Reproduktionserfolg jedes Individuums und der drei Plattenmorphen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Partnerwahl und der Reproduktionserfolg direkt durch Wassertemperatur und Plattenmorph beeinflusst wird. Wenig beschildete Paare hatten mehr Erfolg in der stressigen, wärmeren Umgebung als andere Paare eines Plattenmorphs (teilweise und komplett beschildet). Die Verpaarung von Individuen aufgrund des gleichen Plattenmorphs könnte ein wichtiger Faktor in der zukünftigen Plattenmorphverteilung und der Populationszusammensetzung sein. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich die prozentuelle Zusammensetzung der Plattenmorphen im Wattenmeer zu einem höheren Anteil an wenig beschildeten Stichlingen verschieben könnte. Diese Verschiebung wird durch die höheren Wassertemperaturen und die veränderten Paarungsmuster hervorgerufen. Das Wachstumsexperiment dieser Studie zeigt, dass eine höhere Aufzuchtstemperatur kleinere Körperlängen der Jungfische zur Folge hat. Die globale Erwärmung kann zu einer Veränderung der Flachwasserbereiche, in denen die jungen Stichlinge aufwachsen, führen. Diese Veränderung könnte eine mögliche Verlagerung der gegenwärtigen Stichlingspopulation im Wattenmeer zur Folge haben.

Schlagwörter in Deutsch

Temperatureffekte / Wattenmeer

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Wanzenböck, Sylvia
Title: Climate change effects on mate choice and assortative mating by plate morph in threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus)
Umfangsangabe: 50 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Zoologie
Publication year: 2018
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Ahnelt, Harald
Assessor: Ahnelt, Harald
Classification: 42 Biologie > 42.67 Fortpflanzung, Entwicklung
42 Biologie > 42.89 Zoologie: Sonstiges
AC Number: AC15180373
Item ID: 53923
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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