PID2021-128494NA-I00 - Evolución de las vocalizaciones asociada

A medida que se agrava el cambio climático, es urgente comprender cómo responden los animales a las temperaturas extremas. Se espera que muchas poblaciones, especialmente entre las aves, disminuien de forma severa, según modelos basados en sus límites fisiológicos de tolerancia al calor. Sin embargo, aún se desconocen las capacidades de termorregulación de los principales grupos, incluida toda la avifauna europea. Además, aunque determina en gran medida la temperatura a la que están realmente expuestos los animales, rara vez se ha considerado el papel del uso de refugios térmicos (por ejemplo, sombra) en las aves, y no sabemos cómo la variación interindividual e interespecífica en las estrategias termorreguladoras afectan la aptitud darviniana y, por lo tanto, la persistencia de las poblaciones bajo el cambio climático. Recientemente, el IP demostró un mecanismo novedoso para que los padres preparen sus embriones para altas temperaturas, a través de la comunicación acústica (Mariette & Buchanan 2016, Science). En el pinzón cebra, adaptado al desierto australiano, los padres en incubación producen una vocalización especial cuando hace calor, que altera de forma adaptativa el desarrollo de la descendencia, ajustando al calor el crecimiento y las funciones celulares de los polluelos. La exposición prenatal a esas vocalizaciones de calor también induce cambios a largo plazo en la tolerancia al calor, la termorregulación y el uso de microhábitats térmicos (nidos o refugios frescos). Esta programación del desarrollo mediante vocalizaciones representa una gran ventaja para la adaptación al calor, pero no sabemos cuántas especies de aves son capaces de hacerlo. Sin embargo, es probable que esta estrategia sea común entre las paseriformes, porque la producción de llamadas de calor es en realidad el resultado de un mecanismo termorregulador, o jadeo vocal, que mejora la tolerancia al calor del emisor. Entre la evolución y la fisiología, este proyecto busca comprender la importancia evolutiva de las vocalizaciones de calor y el uso de refugios térmicos para la adaptación de los paseriformes al calor. Con este objetivo, el IP y su equipo investigarán i) la aparición filogenética y geográfica del jadeo vocal en paseriformes y sus efectos sobre la eficiencia de termorregulación y la tolerancia al calor en especies de Europa, Australia y África; ii) la variación dentro y entre especies en el uso de los refugios térmicos, y su covariación con la termorregulación fisiológica, y iii) las consecuencias de las estrategias de termorregulación fisiológica y conductual en la aptitud darviniana, incluyendo el éxito reproductivo y la supervivencia. Estos hallazgos luego formarán la base para los modelos predictivos sobre la persistencia de las especies de paseriformes bajo el cambio climático en función de sus capacidades de termorregulación fisiológica y conductual. Este proyecto utilizará una metodología de vanguardia para la respirometría, la grabación de audio y el seguimiento de conducta en la naturaleza. Se beneficiará enormemente del apoyo logístico, la experiencia a largo plazo y los conocimientos especializados del diverso equipo de trabajo internacional. Este proyecto podría cambiar profundamente nuestra visión sobre la adaptación de las aves al calor y brinde nuevos conocimientos sobre el impacto del rápido aumento de la temperatura en la supervivencia y reproducción de los animales // As climate change severity intensifies, understanding how animals respond to temperature extremes is urgent. Many species, especially among birds, are expected to experience severe population declines, according to their physiological heat-tolerance limits. Yet the thermoregulation capacities of major groups, including all European avifauna, are still unknown. Furthermore, even though it strongly determines the air temperature to which animals are actually exposed to, the role of thermal refuge use (e.g. shade) in birds has rarely been considered, and we do not know how inter-individual and inter-species variation in thermoregulatory strategies affects fitness, and therefore population persistence under climate change. Recently, the PI demonstrated a novel mechanism for parents to prepare their embryos for high temperatures, though acoustic communication (Mariette & Buchanan 2016, Science). In the desert-adapted Australian zebra finch, incubating parents produce a special heat-call that adaptively alters offspring development by adjusting nestling growth and cellular functions to heat, leading to higher reproductive success at adulthood. Prenatal heat-call exposure also induces long-term changes in individual heat tolerance, thermoregulation and thermal microhabitat use (breeding nests or cool refuge). Such developmental programming by heat-calls represents a major advantage for heat-adaptation, but we do not know how many birds species are capable of it, other than the zebra finch. Yet, this strategy is likely to be common among small perching birds (i.e. passerines), because heat-call production is actually the result of a thermoregulatory mechanism, or vocal panting, which improves the emitter heat tolerance. At the cross-road between evolution, physiology and bioacoustics, this project therefore seeks to understand the evolutionary significance of heat-calling and thermal refuge use for passerine adaptation to heat. To this aim, the PI and her team will investigate the i) phylogenetic and geographic occurrence of vocal panting in passerines and its effects on evaporative cooling efficiency and heat-tolerance across species in Europe, Australia and Africa; ii) the within- and between-species variation in thermal refuge use, and its covariation with physiological thermoregulation through evaporative cooling, and, iii) the fitness consequences of physiological and behavioural thermoregulation
strategies, through effects on both reproductive success and adult survival prospects. These findings will then form the basis for predictive models on passerine species persistence under projected climate change based on their physiological and behavioural thermoregulation capacities. This project will use state-of-the-art methodology for respirometry, audio recording, and individual tracking in the wild. It will strongly benefit from the logistical support, long-term experience and specialised expertise of the diverse international working team. This project is likely to profoundly change our view on avian adaptation to heat, and bring new insights on the impact of fast rising temperature on animal survival and reproduction.