Maternal Effects and Life History Trade-Offs in a Cooperative Breeder, the Sociable Weaver (Philetairus Socius)
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Maternal effects and life history trade-offs ina cooperative breeder, the sociable weaver (Philetairus socius) Matthieu Paquet To cite this version: Matthieu Paquet. Maternal effects and life history trade-offs in a cooperative breeder, the sociable weaver (Philetairus socius). Biodiversity and Ecology. Université Montpellier 2, 2013. English. tel- 01139370 HAL Id: tel-01139370 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01139370 Submitted on 4 Apr 2015 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. UNIVERSITE MONTPELLIER II – SCIENCES ET TECHNIQUES THESE En vue d’obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE MONTPELLIER II Discipline : Biologie de l’Evolution et Ecologie Spécialité : Écologie, Évolution, Ressources Génétiques, Paléontologie Ecole doctorale : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement Par Matthieu PAQUET Effet maternels et compromis évolutifs chez une espèce à reproduction coopérative, le Républicain social (Philetairus socius) Soutenance: Mercredi 18 Décembre 2013 Jury Sandrine MEYLAN, Professeur, Université Pierre et Marie Curie, Paris Rapporteur Andrew YOUNG, Doctor, University of Exeter, Exeter Rapporteur Roger PRADEL, Directeur de recherches, CEFE-CNRS, Montpellier Examinateur Dominique ALLAINE, Professeur, UCB Lyon 1, Lyon Examinateur Claire DOUTRELANT, Chargée de recherches, CEFE-CNRS, Montpellier Directeur de thèse Rita COVAS, Docteur, CIBIO, Porto Codirecteur de thèse Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive, UMR 5175 1919 Route de Mende 34293 Montpellier Cedex 5 ; France Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive, UMR 5175 1919 Route de Mende 34293 Montpellier Cedex 5 ; France Maternal effects and life history trade-offs in a cooperative breeder, the sociable weaver (Philetairus socius) Maximizing of the number copies of genes that are transmitted to the next generations involves a series of tradeoffs. In cooperatively breeding species some sexually mature individuals do not breed but instead help other individuals to raise their offspring. These helpers are particularly interesting in a life history context as they create a predictably favorable breeding environment and their presence can thus influence evolutionary trade- offs. A major evolutionary trade-off that is often neglected in studies on cooperative breeding is maternal allocation, notably through maternal effects that are epigenetic modifications of offspring phenotype. Here we investigate whether there are maternal effects induced by the presence of helpers and their possible consequences on females and their offspring in a colonial cooperative breeder of southern Africa, the sociable weaver Philetairus socius. Our results show that females lay smaller eggs in the presence of helpers and in addition these eggs have lower corticosterone and testosterone concentrations. Our results also show a higher survival probability of females breeding in groups, which may be partially due to their lower investment in eggs. In addition, a study of roosting chamber temperatures in relation to group size suggests further benefits for parents and helpers, particularly through lower costs of thermoregulation that could also allow energy savings for survival. To start understanding the consequences of helpers presence and differential maternal allocation for offspring we conducted a cross fostering experiment. Our results show that eggs produced by females breeding in larger groups produce chicks that beg at a lower rate, showing that maternal effects may influence chicks’ behavior. Finally, we investigated post-fledging survival through capture-recapture analyses and, surprisingly, found that fledglings have a lower survival probability when raised with helpers. Taken together, these results demonstrate the importance of studying maternal effects on cooperative breeders and open several research prospects on family conflicts and life history trade-offs according to the presence of helpers. Keywords: cooperative breeding, life history trade-offs, maternal effects, hormones, birds Effets maternels et compromis évolutifs chez une espèce à reproduction coopérative, le Républicain social (Philetairus socius) Maximiser le nombre de copies de gènes transmises aux générations suivantes implique une série de compromis. Chez les espèces à reproduction coopérative, des individus ne se reproduisent pas mais participent aux soins des jeunes d’autres individus reproducteurs. Ces assistants sont particulièrement intéressants dans le contexte des traits d’histoire de vie car ils forment un environnement prédictible favorable pour la reproduction, et leur présence peut aussi influencer les compromis évolutifs chez les reproducteurs. Un compromis évolutif majeur mais sous-étudié dans le cadre de la reproduction coopérative est l’allocation maternelle notamment via des effets maternels qui sont des modifications épigénétiques du phénotype de la descendance. Nous avons étudié l’existence d’effets maternels associés à la présence d’assistants et leurs possibles conséquences sur les femelles et leurs descendants chez un oiseau colonial et coopératif du sud de l’Afrique, le Républicain social Philetairus socius. Nos résultats montrent que les femelles pondent des œufs plus légers en présence d’assistants et que ces œufs sont moins concentrés en corticostérone et testostérone. Nos résultats montent aussi une plus grande probabilité de survie pour les femelles se reproduisant en groupe pouvant être en partie due à leur plus faible investissement dans les œufs. De plus, l’étude de la température dans les nids en fonction de la taille des groupes a permis de suggérer d’autres bénéfices pour les parents et assistants, en particulier via une réduction des coûts de thermorégulation qui pourrait aussi permettre de garder de l’énergie pour la survie. Pour comprendre les conséquences de la présence d’assistants et de l’allocation différentielle pour les poussins, une expérience d’adoption croisée a été réalisée. Elle a révélé que les œufs pondus par les femelles avec plus d’assistants produisent des poussins qui quémandent moins, montrant que des effets maternels pourraient influencer le comportement des poussins. Enfin nous avons étudié la survie des poussins après l’envol à l’aide d’analyses de captures recaptures et avons trouvé de manière surprenante que les poussins à l’envol ont une probabilité de survie plus faible lorsqu’ils sont élevés présence d’assistants. Ces résultats dans leur ensemble démontrent l’importance d’étudier les effets maternels chez les espèces coopératives et ouvrent de nombreuses perspectives de recherche sur les conflits familiaux et de compromis évolutifs associés à la présence d’assistants. Mots clés : reproduction coopérative, compromis évolutifs, effets maternels, hormones, oiseaux Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive, UMR 5175 1919 Route de Mende 34293 Montpellier Cedex 5 ; France Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive, UMR 5175 1919 Route de Mende 34293 Montpellier Cedex 5 ; France RESUME ETENDU Chez tous les êtres vivants, la maximisation du succès reproducteur des individus à l’échelle d’une vie implique une série de compromis évolutifs. Ces compromis sont fortement influencés par les conditions environnementales et leur variation. Par exemple en environnements fortement variables les espèces à stratégie itéropare, c’est-à-dire se reproduisant plusieurs fois au cours de leur vie, sont favorisées. Une stratégie de reproduction qui a depuis longtemps suscité un grand intérêt est la reproduction coopérative qui correspond au fait que certains individus retardent leur reproduction et aident à élever des jeunes qui ne sont pas les leurs. De façon intéressante, on observe particulièrement ce type de comportement coopératif chez des espèces longévives que l’on retrouve souvent dans des environnements imprédictibles telles que les savanes semi-arides où les précipitations varient considérablement d’une année à l’autre. Chez certaines espèces la reproduction coopérative est la seule possibilité permettant de se reproduire avec succès mais chez d’autres ce comportement ne semble étonnamment pas augmenter le succès reproducteur des parents. Du fait leur stratégie longévive, on s’attend toutefois à ce que les espèces à reproduction coopérative favorisent l’investissement dans leur survie davantage que dans leur reproduction et en effet chez plusieurs espèces les parents présentent une probabilité de survie plus importante en présence d’assistants. Cependant chez les oiseaux une seule étude a utilisé des méthodes statistiques de capture recaptures permettant de discriminer la mort de la non détection des individus et cette étude n’a pas trouvé de relation entre la présence d’assistants et la survie des parents. Des mesures de survie par capture recapture sont donc indispensables pour déterminer les bénéfices de la reproduction coopérative. Les assistants peuvent augmenter les chances de survie des parents de différentes manières. L’une d’elles, étonnamment négligée notamment chez les oiseaux, est une 5 augmentation