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The genetic mating system and analyses of reproductive success in Allobates femoralis
(das genetische Paarungssystem und Analysen des Fortpflanzungserfolges in Allobates femoralis)
Eva Ursprung
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Walter Hödl
DOI
10.25365/thesis.16857
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30142.39019.180366-2
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Bild von Froschpopulationen, die als Brutgemeinschaften während kurzer reproduktiver Perioden an einzelnen Wasserstellen große Mengen an Laich ablegen, ist weit verbreitet. Innerhalb der Anuren finden wir jedoch ein breites Spektrum an verschiedenen reproduktiven Strategien. Neotropische Pfeilgiftfrösche (Dendrobatidae und Aromobatidae in der Überfamilie Dendrobatoidea) nehmen hinsichtlich ihres aufwändigen Reproduktionsverhaltens eine Sonderstellung innerhalb der Amphibien ein. Charakteristische Attribute aller Arten in dieser Gruppe sind lange Brutperioden, Territorialität zumindest bei einem der Geschlechter und obligate Brutpflege. Folglich kann man erwarten, dass sich Dendrobatoidae im Bezug auf ihre Populationsgenetik und reproduktiven Dynamiken erheblich von „temperaten Explosivlaichern“ unterscheiden. Die Kenntnisse über reproduktives Verhalten von Pfeilgiftfröschen basieren Großteils auf detaillierten Verhaltensbeobachtungen, und wurden bisher nur durch wenige molekulare Studien belegt. Die über ganz Amazonien verbreitete Pfeilgiftfroschart Allobates femoralis eignet sich sehr gut für Studien auf Individuen- bzw. Populationsniveau. Während der langen Fortpflanzungsperiode, die mit der Regenzeit einhergeht, sind die Männchen hoch territorial; die Weibchen sind iteropar und standorttreu. Balz und Paarung findet in den Territorien der Männchen statt. Das genetische Paarungssystem zu erfassen und die Verteilung des Fortpflanzungserfolges bei Männchen und Weibchen innerhalb einer A. femoralis Population zu untersuchen war das Ziel meiner Dissertation. Diese Arbeit trägt somit zum Wissen über Paarungssysteme, Parameter der Partnerwahl und über Effekte der elterlichen Verwandtschaft auf individuellen Fortpflanzungserfolg, insbesondere in Dendrobatoidea, bei. Die untersuchte A. femoralis Population befindet sich in der Nähe der Forschungsstation ‘Saut Pararé’ im Naturschutzgebiet ‘Les Nouragues’, in Französisch Guyana. Anhand molekularer Elternschaftsanalysen zweier aufeinanderfolgender Generationen adulter Individuen konnte ein hoch polygynandrisches Paarungssystem identifiziert werden. Trotz erheblicher Unterschiede im reproduktiven Verhalten von Männchen und Weibchen, hatten erfolgreiche Individuen in beiden Geschlechtern sowohl eine ähnliche Anzahl von Fortpflanzunspartnern als auch adulte Nachkommen pro Individuum. Auch der Prozentsatz an Männchen und auch Weibchen in der Population, die erfolgreich Nachkommen produzierten, die bis zum Adultstadium überlebten, war sehr hoch. Der individuelle Reproduktionserfolg war signifikant höher für Männchen, welche ein Territorium besaßen, jedoch unabhängig von der Größe des Territoriums oder Körpergröße beider Geschlechter. Elternschaftszuordnungen von Nachkommen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten in der Entwicklung zu ihrer Parentalgeneration wurden verwendet, um die Effekte von genetischer Verwandtschaft auf individuellen Fortpflanzungserfolg in A. femoralis zu identifizieren. Die schrittweise räumliche Einengung der potentiellen männlichen Fortpflanzungspartner in unserer Analyse ermöglichte zwischen räumlichen und genetischen Effekten bei der Partnerwahl zu differenzieren. Räumliche und genetische Distanzen wiesen keinerlei Korrelation auf. Weibchen wählten ihre Fortpflanzungspartner meist (in 72%) innerhalb eines Radius von 20m. Unsere Analysen lieferten keinen Hinweis auf Inzuchtvermeidung bei A. femoralis, jedoch war die Varianz der genetischen Divergenz der erfolgreichen Fortpflanzungspaare signifikant kleiner, als bei Zufallsverpaarungen zu erwarten gewesen wäre. DNA Proben für die molekularen Analysen wurden gesammelt, in dem wir von allen adulten männlichen und weiblichen A. femoralis Phalangenamputationen durchführten. Nach wenigen Monaten, konnte die Größenzunahme dieser Phalangenstümpfe beobachtet werden, ein Phänomen, das bisher nur fallweise bei einzelnen Froscharten beschrieben wurde. Außerdem wiesen die rasch nachgewachsenen Zehenscheiben in fast ausnahmslos allen Individuen, die nach einem bzw. zwei Jahren wiedergefangen wurden, eine schwarze statt der ursprünglichen weißen Färbung auf. Der Besitz eines Territoriums, nicht jedoch dessen Größe, ist ein signifikanter Bestimmungsfaktor für den Fortpflanzungserfolg in A. femoralis Männchen. Jedoch resultiert der Unterschied zwischen der Kernzone, die ein Männchen während des Rufend okkupiert, und dem Raum, den ein Männchen aktiv verteidigt, in zwei möglichen Definitionen für „Territorium“. Das Ergebnis, dass in A. femoralis die Ausdehnung des verteidigten Areales nicht mir der Kernzone korreliert, ist von spezieller Relevanz für zukünftige Studien, die Effekte von Territorialität auf Fortpflanzungserfolg untersuchen. Schließlich dokumentieren wir die Prädation eines A. femoralis Männchen durch eine Schlange der Art Xenopholis scalaris (Colubridae).
Abstract
(Englisch)
Anuran amphibians are often portrayed as generally congregating at confined aquatic sites to deposit rather large egg clutches during short reproductive bouts, but they actually show a remarkably wide array of different reproductive strategies. Neotropical poison frogs and their relatives (Dendrobatidae and Aromobatidae in the superfamily Dendrobatoidea), for example, hold an extraordinary position within amphibians due to their elaborate reproductive behaviour which is found across the whole taxon. Dendrobatoid frogs are characterised by prolonged breeding, territoriality of at least one sex, and uni- or biparental care. Hence, it can be expected that in this taxonomic group population genetics and reproductive dynamics also differ considerably from the ‘temperate explosive breeding’ situation. Dendrobatoid reproductive behaviour is well documented from behavioural observations, but very few molecular studies have been performed in this taxon so far. The pan-Amazonian dendrobatoid frog Allobates femoralis is a highly suitable species for studies at the individual and also population level. Throughout the prolonged breeding period, which corresponds to the rainy season, males are highly territorial. Females are iteroparous and show strong site fidelity. Courtship and mating takes place inside the male territories. The aim of my dissertation was to assess the genetic mating system and to investigate the distribution and determinants of male and female reproductive success across an entire A. femoralis population. This thesis hence contributes to the knowledge about mating systems, parameters of mate choice, and effects of parental relatedness on reproductive success, particularly in Dendrobatoid frogs. The A. femoralis population under study is located near the research station ‘Saut Pararé’ in the nature reserve ‘Les Nouragues’, French Guiana. Through molecular parentage analyses of two successive generations of adult individuals a highly polygynandrous mating system was identified. Despite significant differences in the reproductive behaviour of males and females, successful individuals of both sexes had similar numbers of mating partners and produced similar numbers of adult progeny. Furthermore, a high percentage of the males and females in the population produced progeny which survived until adulthood. Reproductive success was significantly higher in territorial males, but not related to territory size in males or body size in both sexes. Parentage assignments of one offspring generation at two different life history stages were used to identify patterns of parental relatedness on reproductive success in Allobates femoralis. The stepwise spatial restriction of candidate males in our analysis allowed us to discern between spatial and genetic effects of mate choice. There was no correlation between genetic and spatial distance. Females mainly (in 72%) chose their mating partners within a radius of 20 m. Our results show no evidence of behavioral inbreeding avoidance in A. femoralis but indicate a selective benefit of matings between partners of intermediate genetic divergence. For the molecular analyses, we removed toe clips to gain sufficient DNA from all adult male and female A. femoralis. After a few months, the regrowth of the clipped toes was observed, a phenomenon, which was so far only occasionally reported from few anuran species. Furthermore, in almost all one- and two-year recaptured individuals the regrown toe discs showed a black instead of the original white colouration. Territory occupancy, but not territory size, was identified as a significant determinant of reproductive success in A. femoralis males. Given the distinct difference between the core area that is occupied during calling and the area a male is willing to defend, results in two possible definitions of male territory size. Our finding that the extension of the defended area did not correlate with the area occupied during calling is of particular relevance to studies that investigate the effect of territory size on reproductive success. Finally, we document a predation event on an A. femoralis male by a colubrid snake.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
amphibians anurans poison frogs mating system parentage analyses reproductive success relatedness
Schlagwörter
(Deutsch)
Amphibien Anura Pfeilgiftfrösche Paarungssystem Elternschaftsanalysen Reproduktionserfolg Verwandtschaft
Autor*innen
Eva Ursprung
Haupttitel (Englisch)
The genetic mating system and analyses of reproductive success in Allobates femoralis
Hauptuntertitel (Englisch)
(das genetische Paarungssystem und Analysen des Fortpflanzungserfolges in Allobates femoralis)
Paralleltitel (Deutsch)
Das genetische Paarungssystem und Analysen des Fortpflanzungserfolges in Allobates femoralis
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
127 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Michael Ryan ,
Trenton Garner
AC Nummer
AC08947398
Utheses ID
15111
Studienkennzahl
UA | 091 | 439 | |