PID2019-105547GB-I00 - El papel de la selección sexual, la subd

Determining whether sexual selection accelerates or hampers adaptation in novel environments is a central question in evolutionary biology. Resolving this question has important implications for understanding the potential of populations to persist in the face of rapid environmental change. Sexual selection can theoretically facilitate or hinder adaptation to new environments, depending on whether it works as a filter reducing mutational loads, or on whether the negative population-level consequences of sexual conflict are reduced under environmental stress. Few empirical studies have formally tested the alignment or misalignment of sexual and natural selection, and strikingly, no study has explored whether a key ecological and demographical factor such as population spatial structure moderates the effect of sexual selection on adaptation. This project will innovatively investigate the interactive influences of sexual selection (including sexual conflict) and population subdivision on the individuals' and the populations' ability to withstand environmental change. The project will take advantage of the power of experimental evolution to address these questions. It will use selection lines of a pest beetle that have been subject to variation in selection arising from reproductive competition and population spatial structure for over eighty generations, and it will measure a wide array of relevant phenotypic and life-history traits (including lifetime reproductive success, behavioural plasticity, resistance to environmental stressors) and population traits (including population viability and realized extinction events) in response to exposure to environmental disturbances. Sex-specificity underlying evolutionary responses, and the genetic basis providing the potential for evolution will be inspected. In addition, this project will also investigate (both within and outside a context of variation in selection histories), whether non-genetic inheritance via transgenerational effects, and in particularly father-offspring transmission of altered environments, play a role in adaptation to changing environments. Results will inform on whether sexual selection, population spatial structure, their interaction, and transgenerational plasticity, accelerate adaptation, or on the contrary, hinder components of viability selection. Alterations of population spatial structure (e.g., through habitat fragmentation) represent key conservation threats and this work will provide useful empirical data on how these changes may impact key evolutionary processes linked to population viability. This work will in this way provide unique insights into evolutionary and ecological factors affecting extinction risk, but the benefits will not be, therefore, circumscribed to the area of evolutionary biology; they will also have repercussions for conservation biology. Additionally, this research will uncover some of the far-reaching evolutionary implications of transgenerational effects for the evolution of phenotypes and, possibly, population viability. Finally, the project will provide excellent research opportunities for students, and it will also yield useful data for pest control.

Una cuestión clave en biología evolutiva es determinar si la selección sexual acelera o frena la adaptación en ambientes nuevos o cambiantes. Responder a esta pregunta es fundamental si queremos entender y valorar la capacidad de persistencia de las poblaciones frente al estrés ambiental (por ejemplo, debido a cambio climático o presencia de toxinas). Desde un punto de vista teórico la selección sexual puede bien facilitar o bien entorpecer la adaptación a ambientes cambiantes, dependiendo de si ésta funciona como un filtro que disminuye la carga mutacional, o de si las consecuencias negativas de conflictos de intereses entre los dos sexos (conflicto sexual) sobre la viabilidad poblacional se mitigan en condiciones de estrés ambiental. Unos pocos estudios empíricos han contrastado si la selección natural y la selección sexual se alinean, o por el contrario, se oponen. Sin embargo, ningún estudio ha investigado si un factor ecológico y demográfico crítico como es la estructura poblacional modula el efecto de la selección sexual sobre la adaptación. Este proyecto investigará, de manera innovadora, si diferentes historias evolutivas basadas en presencia (o ausencia) de selección sexual y estructura espacial poblacional modulan la capacidad de los individuos y las poblaciones de tolerar cambios ambientales. El proyecto aprovechará el enorme potencial de la evolución experimental para abordar estas preguntas. Utilizará diferentes poblaciones de un modelo de estudio invertebrado (en concreto un escarabajo plaga) que han estado sujetas a variación en presiones selectivas ligadas a competencia reproductiva y a grado de subdivisión poblacional durante más de 80 generaciones, y analizará la respuesta en una amplia gama de caracteres fenotípicos y de eficacia biológica a nivel individual, y viabilidad y probabilidades de extinción a nivel poblacional, en respuesta a perturbaciones ambientales. Se investigará asimismo la varianza genética disponible para que existan respuestas evolutivas frente a agresiones ambientales, y si existe variación debida a género en dichas respuestas. Otro componente importante del proyecto investigará si diversos efectos transgeneracionales de naturaleza epigenética o debidos a transmisión ambiental influyen sobre la capacidad de adaptación a ambientes cambiantes. Los resultados del proyecto serán relevantes para comprender si la selección sexual, la estructura metapoblacional, y la plasticidad transgeneracional, aceleran, o por el contrario obstaculizan, la adaptación. Alteraciones de la estructura espacial de las poblaciones (por ejemplo, debidas a fragmentación de hábitat) representan amenazas significativas y este trabajo proporcionará datos empíricos útiles sobre cómo estos cambios pueden afectar la viabilidad poblacional y el riesgo de extinción. Los beneficios del proyecto se extienden, por lo tanto, más allá de la biología evolutiva y alcanzan la biología de la conservación. El proyecto también proporcionará oportunidades únicas de investigación y formación, y proporcionará datos útiles para el control biológico de plagas.