Evolution of beak size and song constraints in Neotropical seedeaters (Thraupidae: Sporophila)

• Autorzy: Porzio N.S. , Repenning M. , Fontana C.S.

Warianty tytułu

PL

Wielkość dzioba a charakterystyka śpiewu u neotropikalnych ziarnojadów z rodzaju Sporophila

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Many traits influence birdsong diversity. Patterns observed in the acoustic parameters can be a result of morphological constraint and can also be explained by phylogenetic relationships. Understanding morphologic mechanisms that can act on song structure might account how they can catalyze speciation and how they evolve in lineages sort. We analyzed the evolution of beak volume and song constraints in "finch-like" species of Neotropical seedeaters. We tested if beak volume limits the song structure of territorial songs, based on differences in the beaks of 19 species from the genus Sporophila (Thraupidae, tanagers). We also tested (1) if body size constrained song structure, and (2) if beak volume and body size were related to each other. The relationship of song parameters (e.g. maximum and minimum frequencies, frequency bandwidth and note rate) to these two morphological variables was evaluated through an analysis which phylogenetic relations were controlled (PGLS), testing a null and Brownian model. To perform a faithful analysis between morphologic and acoustic parameters, our data was based on measurements of the beak and territorial song for each individual that we analyzed. None of the analyzed parameters was related to beak volume or body mass, and beak volume was not associated with body mass. Beak volume, note rate, and minimum frequency showed a phylogenetic signal. These results do not support the theoretically motivated prediction that beak size acts as a limit on song structure in oscine birds. The shape and variations of song in Sporophila tanagers (Seedeaters) may be a consequence of the species' phylogenetic history, since the seedeaters showed wide plasticity in many acoustic parameters, unrelated to their beak volume and body mass. Song structure was better explained by the evolutionary relationships among the species than by morphological constraints.

PL

Wiele cech wpływa na różnorodność śpiewu u ptaków. Struktura śpiewu może wynikać z charakterystyki dzioba, w tym jego rozmiaru i kształtu, a także szerokości, na jaką może być otwierany oraz siły szczęk. Szczególnie dobrze zagadnienie to zostało zbadane u zięb Darwina, u których ewolucja cech dzioba związana była z dostosowaniem do rodzaju dostępnego pokarmu. Jako produkt uboczny, zmiany morfologiczne dzioba wpłynęły na strukturę śpiewu w tej grupie ptaków. Ptaki, które mają większe dzioby, zamykane z większą siłą w związku z rozdrabnianiem twardych nasion, posiadają bardziej rozwinięte mięśnie, które ograniczają ruchy dzioba. W związku z tym ptaki te wydają głosy o niższej częstotliwości i niższej częstości not lub trylu niż gatunki o słabiej rozwiniętych mięśniach dzioba, czyli te żerujące na nasionach traw oraz owadach. Inne parametry morfologii, które mogą wpływać na charakterystykę śpiewu, to wielkość ciała: ptaki cięższe wydają dźwięki o niższych częstotliwościach. Ponadto, na charakterystykę śpiewu poza czynnikami związanymi z morfologią, mogą wpływać zależności filogenetyczne. Zrozumienie, które cechy morfologiczne wpływają na strukturę śpiewu, może wyjaśnić, w jaki sposób mogą one przyspieszać specjację i jak ewoluują w poszczególnych liniach filogenetycznych. W pracy przeanalizowano ewolucję objętości dzioba w powiązaniu z charakterystyką śpiewu neotropikalnych ziarnojadków — niewielkich ptaków wróblowych z rodziny tanagrowatych. Badano, czy objętość dzioba oraz wielkość ciała wpływają na strukturę śpiewu terytorialnego, a także czy objętość dzioba oraz wielkość ciała są ze sobą powiązane. Do scharakteryzowania struktury śpiewu wybrano 7 parametrów, w tym minimalną i maksymalną częstotliwość oraz liczbę not oraz ich częstość. Analizy przeprowadzono na próbie 62 osobników reprezentujących 19 gatunków, dla których zebrano dane o rozmiarze dzioba i charakterystyce śpiewu (Tab. 1). W analizach kontrolowano zależności filogenetyczne (Fig. 1). Stwierdzono, że żaden z analizowanych parametrów śpiewu nie był związany z objętością dzioba ani masą ciała poza liczbą not, która wzrastała wraz masą ciała. Ponadto, objętość dzioba nie była związana z masą ciała. Objętość dzioba, częstość not oraz minimalna częstotliwość śpiewu wykazywały sygnał filogenetyczny. Wyniki te nie potwierdzają teoretycznych założeń, że wielkość dzioba jest czynnikiem wpływającym na strukturę śpiewu u ptaków śpiewających. Charakterystyka śpiewu u ziarnojadków może wynikać z historii filogenetycznej gatunku, ponieważ badane gatunki wykazywały dużą plastyczność w wielu parametrach akustycznych, niezwiązanych z objętością dzioba czy masą ciała.

Słowa kluczowe

EN

bird; acoustic communication; bird song; diversification; bioacoustics; beak size; song constraint; Neotropical bird; seedeater bird; Thraupidae; Sporophila

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Ornithologica
• Rocznik: 2018
• Tom: 53
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.173-180,fig.,ref.

Twórcy

autor

Porzio N.S.

• Programa de Pos-Graduacao em Zoologia, Museu de Ciencias e Tecnologia – Laboratorio de Ornitologia, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul (PUCRS), Porto Alegre, Brazil

autor

Repenning M.

• Programa de Pos-Graduacao em Zoologia, Museu de Ciencias e Tecnologia – Laboratorio de Ornitologia, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul (PUCRS), Porto Alegre, Brazil

autor

Fontana C.S.

• Programa de Pos-Graduacao em Zoologia, Museu de Ciencias e Tecnologia – Laboratorio de Ornitologia, Pontifical Catholic University of Rio Grande do Sul (PUCRS), Porto Alegre, Brazil

Bibliografia

• Ahlstrom N. A., Edelson Z., Kenney E. K., Weinman E. G. (eds). 1971. The morphology of the syrinx in passerine birds. Bull. Peabody Mus. Nat. Hist., no. 37. New Haven, pp. 240.
• Ballentine B. 2006. Morphological adaptation influences the evolution of a mating signal. Evolution 60: 1936-1944.
• Ballentine B., Hyman J., Nowicki S. 2004. Vocal performance influences female response to male bird song: an experimental test. Behav. Ecol. 15:163-168.
• Burns K. J., Shultz A. J., Title P. O., Mason N. A., Barker F. K., Klicka J., Lanyon S. M., Lovette I. J. 2014. Phylogenetics and diversification of tanagers (Passeriformes: Thraupidae), the largest radiation of Neotropical songbirds. Mol. Phylogenet. Evol. 75: 41-77.
• Burns K. J., Unitt P., Mason N. A. 2016. A genus-level classification of the family Thraupidae (Class Aves: Order Passeriformes). Zootaxa 4088: 329-354.
• Campagna L., Lijtmaer D., Kerr K. C. R., Barreira A. S., Hebert P. D. N., Lougheed S. C., Tubaro P. L. 2010. DNA barcodes provide new evidence of a recent radiation in the genus Sporophila (Aves: Passeriformes). Mol. Ecol. Resour. 10: 449-458.
• Campagna L., Silveira L. F., Tubaro P. L., Lougheed S. C. 2013. Identifying the sister species to the rapid capuchino seedeater radiation (Passeriformes: Sporophila). Auk 130: 645-655.
• Catchpole C. K., Slater P. J. B. (eds). 2008. Bird song: Biological themes and variations. 2nd ed. Cambridge University Press, Cambridge, UK.
• Derryberry E. D., Seddon N., Claramunt S., Tobias J. A., Baker A., Aleixo A., Brumfield R. T. 2012. Correlated evolution of beak morphology and song in the Neotropical woodcreeper radiation. Evolution 66: 2784-2797.
• Di Giacomo A. S., López-Lanús В., Kopuchian C. 2016. A new species of seedeater (Emberezidae: Sporophila) from the Iberá grasslands, in northeast Argentina. BioRxiv 046318.
• Edwards S. V., Kingan S. B., Calkins C. N., Balakrishnan W. B., Jennings W. B., Swanson W. J., Sorensen M. D. 2005. Speciation in birds: Genes, geography and sexual selection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 6550-6557.
• García N. C., Tubaro P. L. 2018. Dissecting the roles of body size and beak morphology in song evolution in the "blue" cardinals (Passeriformes: Cardinalidae). Auk 135: 262-275.
• Genbrugge A., Herrel A., Boone M., Hoorebeke L. V., Podos J., Dirckx J., Aerts P., Dominique A. 2011. The head of the finch: the anatomy of the feeding system in two species of finches (Geospiza fortis and Padda oryzivora). J. Anat. 219: 676-695.
• Grant B. R., Grant P. R. 1979. Darwin's finches: Population variation and sympatric speciation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76: 2359-2363.
• Grant B. R., Grant P. R., Smith J. N. M., Abbott I. J., Abbot L. K. 1976. Darwin's finches: Population variation and natural selection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 73: 257-261.
• Grant P. R., Abbott I., Schluter D., Curry R. L., Abbott L. K. 1985. Variation in the size and shape of Darwin's finches. Biol. J. Linn. Soc. 25:1-39.
• Herrel A., Podos J., Huber S. K., Hendry A. P. 2005. Bite performance and morphology in a population of Darwin's finches: implications for the evolution of beak shape. Funct. Ecol. 19: 43-48.
• Herrel A., Podos J., Vanhooydonck B., Hendry A. P. 2009. Forcevelocity trade-off in Darwin's finch jaw function: a biomechanical basis for ecological speciation? Funct. Ecol. 23: 119-125.
• Hoese W., Podos J., Boetticher N. C., Nowicki S. 2000. Vocal tract manipulation in birdsong production: Experimental manipulation of beak movements. J. Exp. Biol. 203: 1845-1855.
• Martin J. P., Doucet S. M., Knox R. C., Mennill D. J. 2011. Body size correlates negatively with the frequency of distress calls and songs of Neotropical birds. J. Field Ornithol. 81: 259-268.
• Mason N. A., Burns K. J. 2015. The effect of habitat and body size on the evolution of vocal displays in Thraupidae (tanagers), the largest family of songbirds. Biol. J. Linn. Soc. 114: 538-551.
• Meyer de Schauensee R. 1952. A review of the genus Sporophila. Proc. Acad. Nat. Sci. Philadelphia 104:153-196.
• Ohms V. R., Snelderwaard P. C., Cate C., Beckers G. J. L. 2010. Vocal tract articulation in zebra finches. PLoS ONE 5(7): e11923.
• Paradis E. 2014. An introduction to the phylogenetic comparative method. In: Garamszegi L. Z. (ed.). Modern phylogenetic comparative methods and their application in evolutionary biology. Springer-Verlag, Berlin, pp. 3-18.
• Podos J. 1997. A performance constraint on the evolution of trilled vocalizations in a songbird family (Passeriformes: Emberizidae). Evolution 51: 537-551.
• Podos J. 2001. Correlated evolution of morphology and vocal signal structure in Darwin's Finches. Nature 409: 185-188.
• Podos J., Dybboe R., Jensen M. O. 2013. Ecological speciation in Darwin's finches: Parsing the effects of magic traits. Curr. Zool. 59: 8-19.
• Podos J., Moseley D. L. 2009. Vocal communication in birds. Encyclopedia of Neuroscience 10: 389-396.
• Podos J., Nowicki S. 2004. Beaks, adaptation, and vocal evolution in Darwin's finches. BioScience 54: 501-510.
• Price T. 2008. Speciation in birds. Roberts and Company, Greenwood Village, CO.
• Purvis A., Gittleman J. L., Luh H. K. 1994. Truth or consequence: Effects of phylogenetic accuracy on two comparative methods. J. Theor. Biol. 164: 293-300.
• R Core Team 2018. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. https://www.R-project.org/
• Rambaut A. 2009. FigTree. Tree Figure Drawing Tool. Institute of Evolutionary Biology, University of Edinburgh. http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree/
• Repenning M., Fontana C. 2013. A new species of gray seedeater (Emberizidae: Sporophila) from upland grasslands of southern Brazil. Auk 130: 791-803.
• Ridgely R. S., Tudor G. 1989. The birds of South America. Vol. 1. Oxford University Press, Oxford.
• Riede T., Eliason C. M., Miller E. H., Goller F., Clarke J. A. 2016. Coos, booms, and hoots: The evolution of closed-mouth vocal behavior in birds. Evolution 70: 1734-1746.
• Rising J. D., Jaramillo A., Copete J. L., Ryan P. G., Madge S. C. 2011. Family Emberizidae (buntings and New World sparrows). In: del Hoyo J., Elliott A., Christie D. A. (eds). Handbook of the Birds of the World. Vol. 16: Tanagers to New World blackbirds. Lynx Edicions, Barcelona, pp. 428-683.
• Ryan M. J., Brenowitz E. A. 1985. The role of body size, phylogeny, and ambient noise in the evolution of bird song. Am. Nat. 126: 87-100.

Identyfikatory

DOI

10.3161/00016454AO2018.53.2.007