A TOJÁSMINŐSÉGET BEFOLYÁSOLÓ PROXIMÁLIS ÉS ULTIMÁLIS TÉNYEZŐK EGY ÖRVÖS LÉGYKAPÓ (FICEDULA ALBICOLLIS) POPULÁCIÓBAN Doktori értekezés Készítette: Hargitai Rita Témavezető: Dr. Török János egyetemi docens ELTE TTK Biológia Doktori Iskola Vezető: Prof. Erdei Anna Zootaxonómia, Állatökológia, Hidrobiológia Doktori Program Programvezető: Prof. Dózsa-Farkas Klára Eötvös Loránd Tudományegyetem Állatrendszertani és Ökológiai Tanszék Budapest, 2006
TARTALOMJEGYZÉK Bevezetés 3 Proximális kényszerek 5 Ultimális stratégiák 6 Fészekaljon belüli mintázatok 7 Tojásméret 8 Karotinoidok 9 Vitaminok 14 Immunglobulinok 15 Célkitűzések 18 Módszerek 19 Kutatási terület és vizsgált faj 19 A madarak morfológiai mérései 22 Környezeti változók 23 Évminőség a környezeti tényezők alapján 23 Átlaghőmérséklet 23 Táplálékellátottság 24 Költési denzitás 24 Tojássárgája vizsgálatok 24 Tojássárgája karotinoid, A- és E-vitamin analízise 24 Tojássárgája tesztoszteron analízise 25 Immunológiai analízis 26 Szerológiai vizsgálatok 28 Statisztikai módszerek 29 Eredmények 32 Fészekaljak közötti mintázatok 32 Tojásméret és környezeti tényezők 32 Tojásméret és szülői tulajdonságok 34 Tojássárgája antioxidáns összetétele és évminőség 34 Az egyes antioxidánsok közötti összefüggések 37 1
Antioxidánsok, sárgája mérete és tojásszám 37 Sárgája lutein, zeaxantin és β-karotin koncentrációja és környezeti tényezők 38 Sárgája lutein, zeaxantin és β-karotin koncentrációja és szülői tulajdonságok 40 Sárgája immunglobulin koncentrációja és szülői tulajdonságok 42 Fészekaljon belüli mintázatok 44 Tojásméret 44 Karotinoid koncentráció 46 Immunglobulin koncentráció 48 Eredmények értékelése 49 Fészekaljak közötti mintázatok 49 Tojásméret és szülői minőség 49 Tojásméret, környezeti tényezők és tojásszám 51 Fajok közötti variáció a sárgája antioxidáns koncentrációjában 52 Fajon belüli variáció a sárgája antioxidáns koncentrációjában 55 Kapcsolat a sárgájában lévő egyes antioxidánsok között 57 Sárgája karotinoid koncentrációja és proximális kényszerek 58 Sárgája karotinoid koncentrációja és ultimális stratégiák 59 Sárgája immunglobulin koncentrációja és szülői minőség 61 Fészekaljon belüli mintázatok 63 Tojásméret 63 Karotinoid koncentráció 67 Immunglobulin koncentráció 69 Kitekintés 70 Köszönetnyilvánítás 72 Irodalomjegyzék 74 Összefoglalás 98 Summary 100 2
BEVEZETÉS Az életmenet stratégiákkal foglalkozó vizsgálatok egyik központi feltételezése, hogy a szaporodásnak a rátermettséget növelő hatásai mellett költségei is vannak. Az optimalizációs megközelítés szerint a maximális rátermettséget a nyereség és a kiadás optimalizálásával lehet elérni. Az élőlények számára hozzáférhető források (pl. táplálék, szaporodási partner, búvóhely és szaporodási hely) feltehetően limitáltak, így az egyedek folytonos döntési szituációkon keresztül próbálják elérni maximális rátermettségüket. Először arról kell döntést hozniuk, hogy a felvett energia mekkora részét fordítsák az aktuális szaporodásra úgy, hogy maradjon a fenntartásra, növekedésre, túlélésre és a jövőbeli szaporodásra is elegendő energiájuk (szaporodási költség; Williams 1966). A második probléma az élőlény számára az, hogy a szaporodásba fektetett energiát hogyan ossza meg utódai között. Ez a döntés az utódok száma és minősége közötti konfliktusra vonatkozik (Lack 1947). Mivel az élőlény forráskészlete általában korlátozott, a különböző rátermettség komponensek között negatív kapcsolatok ( trade-off -ok) alakulhatnak ki, vagyis, ha az egyik komponensbe többet fektet az élőlény, akkor kevesebb jut a másikba. Annak ellenére, hogy az utódgondozás többnyire jelentős időt és energiát követel a szülőktől, az utódgondozó viselkedés meglehetősen gyakori az állatvilágban, mivel jelentős nyeresége is van. A szülői gondozás evolúcióját egyrészt a szülő reziduális szaporodási értékére ható költségek, másrészt az utódok rátermettségét növelő előnyök befolyásolják (Williams 1966, Trivers 1972). Az utódgondozás leírásához három különböző alapfogalom használata terjedt el (Clutton-Brock 1991). Szülői gondozásnak ( parental care ) tekinthető minden olyan szülői viselkedés, amely növeli az utódok rátermettségét. Ebben az értelemben az utódgondozás nem feltétlenül jár együtt költséggel. A szülői ráfordítás ( parental expenditure ) arra vonatkozik, hogy a szülő saját forráskészletéből mennyit fordít az utódok gondozására (reprodukciós energia / felvett nettó energia). A szülői befektetés ( parental investment ) olyan szülői viselkedés, amely növeli az utód rátermettségét, azonban csökkenti a szülő jövőbeli utódaira fordítható befektetését (a szülő reziduális reproduktív értékét), vagyis költséggel jár. A szülői befektetés általában egy utód gondozásának költségére vonatkozik, míg az összes utód gondozásának teljes költségét a szülői erőfeszítés ( parental effort ) jellemzi. 3
Az utódok fenotípusos minőségét egyrészt a szüleiktől örökölt genotípusuk, másrészt a fejlődésük alatt őket ért környezeti hatások befolyásolják. Az elmúlt években azonban nyilvánvalóvá vált, hogy a szülők, ezen belül is elsősorban az anya fenotípusa is számottevő hatással lehet az utódok fenotípusára, és ezen keresztül rátermettségére (1. ábra). Ezt a mechanizmust nevezzük anyai hatásnak ( maternal effect ; Bernardo 1996a, Mousseau és Fox 1998). Az anyai hatásokat úgy is lehet modellezni, mint egy környezet által befolyásolt generációkon át ható fenotípusos plaszticitást, melyben az anyát ért környezeti hatások (pl. táplálékellátottság, átlaghőmérséklet, költési denzitás) változatossága az utódok fenotípusos változatosságában is megjelenik (indirekt környezeti hatások, Rossiter 1996). Az elmúlt évek kutatásai alapján azonban úgy tűnik, hogy az anyai hatásoknak örökletes alapjuk is van, ezért a természetes szelekció hatásának ki vannak téve (indirekt genetikai hatások, Wolf et al. 1998). Az anyai hatásokat két csoportra lehet osztani (Bernardo 1996a). Az egyik az ún. anyai örökség ( maternal inheritance ), amely az anya fenotípusának egy nem-genetikai úton történő átörökítését jelenti az utódokra (pl. az anya testmérete befolyásolja az utód testméretét). A másik az anyai szelekció ( maternal selection ), ahol az anyai viselkedés, például a párválasztás, a költés időzítése, a fészek védelme és a szülői befektetés mértéke módosítja az utódok fenotípusát, illetve rátermettségét. Szülői genotípus Utód genotípusa Környezeti hatások Utód fenotípusa Utód rátermettsége (biotikus és abiotikus) Anyai fenotípus Anyai hatások (indirekt genetikai és környezeti hatások) 1. ábra Az utód fenotípusát befolyásoló genetikai és környezeti tényezők hagyományos kvantitatív genetikai felbontása, illetve az anyai hatások speciális esete. 4
Proximális kényszerek Korábbi vizsgálatok alapján ismert, hogy a szaporodás komoly energiakiadással járó folyamat. A reprodukcióra fordított energiát és tápanyagokat saját életfenntartásához többé nem használhatja fel a szülő, és ezáltal saját túlélési valószínűsége csökken. Madaraknál tojásrakás idején a napi energiafelvétel 35-60%-a is a tojásformálásra fordítódik, és a fehérjefelvétel ebben az időszakban 86-230%-kal is megnő (Ojanen 1983a, Robbins 1983). Bizonyos fajoknál a tojó a tojásrakási időszakban nagyobb arányban fogyaszt rovarokat és más, fehérjében gazdag táplálékot, illetve a testében lévő fehérje egy részét (pl. mellizom) is mozgósítja (Ojanen 1983a, Monaghan et al. 1998). A kotlás szintén energiaigényes, az inkubáló tojó napi energiakiadása 20-30%-kal magasabb, mint a nem inkubáló tojóé (Williams 1996). Fiókanevelés idején a szülők alapanyagcsere rátája négyszeresére növekszik (Drent és Daan 1980), ez az időszak tehát komoly fizikai megterhelést jelent a szülők számára. Az energiakiadástól függetlenül a szaporodás további proximális költsége lehet a megnövekedett oxidatív stressz (von Schantz et al. 1999, Alonso-Alvarez et al. 2004), mely a tojásképzés, kotlás és fiókaetetés során kialakuló fokozottabb anyagcsere ráta következtében alakulhat ki. Madaraknál a tojás képzése egy fontos útvonal, melyen keresztül az anyai hatások megjelenhetnek. A tojás formálása alatt a tojót ért környezeti hatások befolyásolhatják, mennyi energiát, makro- és mikrotápanyagot juttat a tojásokba. Mivel a fejlődő embrió teljes mértékben ezekre a forrásokra van utalva, a tojás minősége nagyfokú hatással lehet az utódok rátermettségére. A tojás képzése meglehetősen költséges folyamat, ezért ez egy proximális energetikai kényszert jelenthet a tojó számára (Martin 1987, Nager és van Noordwijk 1992, Monaghan és Nager 1997, Visser és Lessells 2001). A jó kondíciójú nőstények általában nagyobb tojásokat raknak, a tojás mérete pedig pozitív korrelációban áll a kelési sikerrel és az utódok túlélési valószínűségével (Williams 1994, Bernardo 1996b). A tojó a lipidek és fehérjék mellett különböző kisebb konentrációban előforduló biológiailag aktív anyagokat ( biomolekulákat ), például hormonokat, karotinoidokat, vitaminokat és immunglobulinokat is juttat a petesejtbe, melyek mind növelhetik a fiókák életképességét. Ezeknek az anyagoknak a tojásba juttatását szintén befolyásolhatják az aktuális környezeti körülmények, illetve a tojó kondíciója, egészségi állapota. 5
Ultimális stratégiák A különböző kényszerek mellett adaptív mechanizmusok is befolyásolhatják a tojások minőségét. A tojó szaporodási befektetését aszerint módosíthatja, hogy az adott szaporodási eseményből származó utódainak milyen a reproduktív értéke a jövőbeli utódok várható reproduktív értékéhez viszonyítva (Stearns 1992). A differenciális allokáció elmélet szerint a vonzó vagy jó genetikai minőségű hímmel párba állt nőstények többet fektetnek be a szaporodásba, mivel hím utódaik vonzereje, és ennek következtében várható szaporodási sikere nagyobb lesz, vagy pedig, mivel az utódok öröklik apjuk jó génjeit, és így jobb túlélési valószínűségűek lesznek (Burley 1986, 1988, Sheldon 2000). A hímtől származó genetikai előnyök, amelyek által az utódok (és a tojó) fitnesze megnő, valószínűleg ellensúlyozzák a tojó nagyobb szaporodási ráfordításának hátrányait. A szülői ráfordítás költségei közé tartozhat a megnövekedett mortalitás és a jövőbeli csökkent szaporodási siker (Gustafsson és Sutherland 1988, Clutton-Brock 1991). Azok a tojók tehát, amelyek többet fektetnek be a reprodukcióba, szelektív hátrányba kerülnek a többi tojóval szemben, hacsak nem kompenzálja valamilyen előny a nagyobb ráfordítást. Ilyen előny lehet többek között az utódok nagyobb életképessége, és az ebből származó fitnesz nyereség. Másrészről, a vonzó hímek fiainak feltehetően nagyobb lesz a szaporodási sikerük, ennél fogva a nősténynek megéri többet befektetnie a szaporodásba, ha vonzó hím a párja. A differenciális allokáció elmélet jóslatának megfelelően tőkés récénél (Anas platyrhynchos) és zebrapintynél (Taeniopygia guttata) kimutatták, hogy a preferált hímmel párba állt tojók nagyobb méretű tojásokat raktak, mint a kevésbé vonzó hímmel párba állt madarak (Cunningham és Russell 2000, Rutstein et al. 2004). Ennek megfelelően a tojók jobb életképességű utódokat produkáltak, ha vonzó volt a párjuk. Gil és munkatársai (1999, 2004, 2006) azt találták, hogy a zebrapinty, kanári (Serinus canaria) és füsti fecske (Hirundo rustica) tojók több tesztoszteront juttattak a vonzó hímtől származó tojásokba. A hím minősége füsti fecskénél ezenkívül a tojások immunglobulin koncentrációját is pozitívan befolyásolta (Saino et al. 2002a). Egy alternatív elmélet szerint a tojók inkább a gyengébb minőségű, például fiatal és tapasztalatlan, vagy kevésbé vonzó hím utódaiba fektetnek több tápanyagot, és így próbálják fokozni a hátrányba került utódok rátermettségét. Ezt a feltételezést eddig csak néhány vizsgálatban sikerült alátámasztani (Saino et al. 2002b, Michl et al. 2005). 6
A differenciális allokáció jóslatait többnyire a hím minőségét manipuláló kísérletekben tesztelik, mivel a hím minőségével együtt változhat például a territóriumának minősége is, amely szintén befolyásolhatja a tojó szaporodási befektetését (Sheldon 2000). Ezenkívül az asszortatív párosodás következtében előfordulhat, hogy a jó minőségű hímek olyan tojókkal állnak párba, melyek jobb szülői gondozást képesek nyújtani, és ez ugyancsak téves következtetésekhez vezethet. A kísérletes megközelítés azonban nem alkalmazható abban az esetben, ha nem ismert, mely hím jellegzetességet preferálják a nőstények. Ebben az esetben ugyanis elképzelhető, hogy a differenciális allokáció hiánya annak a következménye, hogy nem a megfelelő tulajdonság lett manipulálva. Kiindulási vizsgálatként tehát érdemes először fenotípusos korrelációkkal elemezni, van-e összefüggés a hím különböző fenotípusos bélyegei és a tojó szaporodási befektetése között. Fészekaljon belüli mintázatok Egy másik mechanizmus, amelyen keresztül a nőstény növelheti szaporodási sikerét, a tojások minőségének fészekaljon belüli variálása. Korábbi munkák kimutatták, hogy a tojó fészekaljon belül differenciális módon változtathatja a tojások méretét (Howe 1976, Slagsvold et al. 1984, Nilsson és Svensson 1993, Blair Bollinger 1994, Royle et al. 1999), illetve a sárgája szteroid hormon (Schwabl 1993, Lipar és Ketterson 2000, Groothuis és Schwabl 2002, Pilz et al. 2003), karotinoid (Royle et al. 2001, Hõrak et al. 2002, Saino et al. 2002b) és immunglobulin (Blount et al. 2002a, Saino et al. 2002a, Müller et al. 2004) koncentrációját, és ily módon javíthatja vagy leronthatja a fiókák életképességét a tojásrakási sorrend függvényében. A tojások minőségének fészekaljon belüli változatosságát egyrészt proximális kényszerek, másrészt adaptív anyai stratégia is okozhatja. Proximális kényszert jelenthet a naponta változó (növekvő vagy csökkenő) táplálékellátottság (Perrins 1970), az ingadozó hőmérséklet a tojásképzés időszakában (Magrath 1992), illetve a tojó belső készleteinek kimerülése (Pierotti és Bellrose 1986). Mindezek a hatások különböző fészekaljon belüli mintázatot eredményezhetnek a tojások makro- és mikrotápanyag tartalmában. A legtöbb fészeklakó madárfajnál a fiókák aszinkron kelnek annak következtében, hogy a tojó még az utolsó tojás lerakása előtt megkezdi a kotlást (Stoleson és Beissinger 1995, Stenning 1996). Mivel a kikelő fiókákat a szülők azonnal elkezdik etetni, az utódok között egy 7
méretbeli hierarchia alakul ki, amelyben a legfiatalabb, egyben legkisebb fióka kompetíciós hátrányba kerül testvéreihez képest (Blair Bollinger 1994, Price és Ydenberg 1995, Cotton et al. 1999, Viñuela 2000). A fészekalj redukció elmélet szerint a szülő a tojásrakáskor nem tudja megjósolni, milyen lesz a környezetnek a fiókanevelés időszakában várható minősége, így nem képes optimális fészekalj nagyságot produkálni. Abban az esetben, ha a táplálékkészlet nem elegendő ahhoz, hogy a teljes fészekaljat fel tudják nevelni, a legkisebb, utolsónak kelt fióka elpusztul, és ez testvérei túlélési valószínűségét növeli (Lack 1954). A tojó az utolsó fióka hátrányát tovább fokozhatja azzal, hogy kevesebb tápanyagot juttat az utolsó tojásba (Slagsvold et al. 1984, Williams et al. 1993, Schwabl et al. 1997, Hõrak et al. 2002). A hipotézis azt feltételezi, hogy az aszinkron kelés adaptív, ugyanis a méret rangsor hiányában a teljes fészekalj éhezne, és ezáltal a fiókák nagyobb hányada pusztulna el, illetve a túlélő utódok rosszabb kondícióban repülnének ki. Abban az esetben viszont, ha kedvezőbbek a körülmények, az utolsóként kelő fiókát is fel tudják nevelni a szülők, és így növelhetik szaporodási sikerüket. Ezzel ellentétben, amennyiben az aszinkron kelés nem egy adaptív stratégia, hanem valamilyen élettani vagy környezeti kényszer következménye (Stoleson és Beissinger 1995), a tojó megpróbálhatja enyhíteni a később kelő fiókák kompetitív hátrányát azáltal, hogy viszonylag több mikro- és makrotápanyagot juttat ezekbe a tojásokba ( fészekalj túlélés hipotézis, Howe 1976, Clark és Wilson 1981, Slagsvold et al. 1984, Lipar et al. 1999). Ez az elmélet azt feltételezi, hogy a környezeti körülmények általában lehetővé teszik a teljes fészekalj felnevelését. Tojásméret Madaraknál a tojás mérete egy fontos életmenet komponens, mellyel az anya utódai fenotípusát befolyásolhatja (Bernardo 1996b, Mousseau és Fox 1998). A tojások méretében fajon belül rendkívül nagy változatosságot lehet tapasztalni, mely egyrészt genetikai, másrészt környezeti tényezőkre vezethető vissza, ezen belül is leggyakrabban a táplálékellátottság különbségeire. Általánosságban elmondható, hogy a nagyobb méretű tojások energiatartalma magasabb (Williams 1994), ezáltal a tojás mérete jól jelezheti a tojás minőségét. Számos vizsgálat kimutatta, hogy a tojások mérete és az utódok rátermettsége között pozitív összefüggés van (Clutton-Brock 1991, Williams 1994). A nagyobb tojásból származó fiókák 8
többnyire nagyobb méretűek vagy több tartalék tápanyaggal rendelkeznek, gyorsabban növekednek, valamint túlélési valószínűségük is jobb (pl. Parsons 1970, Galbraith 1988, Blomquist et al. 1997, Smith és Bruun 1998). Korábbi kutatások alapján úgy tűnik, hogy a tojásméret nagymértékben repetabilis egyeden belül, és a jelleg heritabilitása, vagyis a fenotípusos varianciának az a hányada, amely az additív genetikai varianciára vezethető vissza, szintén magas (Lessells et al. 1989, Potti 1999). A magas repetabilitás és heritabilitás hátterében azonban örökletes vagy konzisztens környezeti tényezők (pl. táplálékszerző képesség, territórium minősége, dominanciarang) is állhatnak, ezért fontos megvizsgálni, vajon a környezeti változók befolyásolják-e a tojásméretet. A tojó tömege vagy kondíciója számos tanulmányban pozitív kapcsolatban állt a tojások méretével (Galbraith 1988, Potti 1993, Smith et al. 1993). Ezenkívül kimutatták, hogy a tojó korával vagy tapasztaltságával is növekedhet a tojások mérete (Järvinen 1991, Hõrak et al. 1995). A környezeti tényezők közül a táplálékkészlet nagysága (Otto 1979, Galbraith 1988), a csapadékmennyiség (Ludvig 1993), illetve a hőmérséklet (Ojanen 1983b, Haftorn 1986, Järvinen 1991, Magrath 1992) bizonyos fajoknál hatással volt a tojásméretre. A kísérletes vizsgálatok kimenetelét azonban befolyásolhatja a kiegészítő táplálék típusa (Arnold 1994, Houston et al. 1995, Nager et al. 1997). Karotinoidok Elérhetőségük Az anyai hatások a tojássárgájába juttatott karotinoidokon keresztül is megjelenhetnek. A karotinoidok izoprénegységekből felépülő természetes pigmentek, melyeknek több mint 600 formájuk ismert (Britton 1995a). Többségük oxigén funkciós-csoporttal rendelkező oxikarotinoid (xantofillok), kisebb hányaduk egyszerű szénhidrogén (karotinok). Konjugált kettőskötésrendszerük gerjeszthetősége következtében a fényt 400-500 nm közötti hullámhosszon elnyelik (sárga, narancssárga, piros szín), így az állatok gyakran használják őket a kültakaró színezésére, szociális és szexuális jelzésekre (pl. Hill 1990, Milinski és Bakker 1990, Houde és Torio 1992, Møller et al. 2000). A karotinoidok elsődleges forrásai a növények, melyekben az α- és β-karotin és a lutein a leggyakoribb karotinoid vegyület. A különböző herbivor rovarokat tekinthetjük a karotinoidok másodlagos forrásainak, a bennük 9
megtalálható pigmentek összetételét elsősorban a tápnövényük határozza meg (Goodwin 1984). A tengeri és édesvízi állatokban a kantaxantin és az echinenon nagy arányú előfordulása jellemző (Rodriguez et al. 1976). A karotinoidok hidrofób vegyületek, az állatok leginkább a májban, bőrben, izmokban és más zsírtartalmú szövetekben raktározzák őket (Furr és Clark 1997, Surai és Speake 1998, Negro et al. 2001). A tojássárgája jellegzetes narancssárga színéért is a karotinoidok a felelősek. A petesejt érése során nagymennyiségű karotinoid szabadul fel a májból és más raktárakból a véráramba, valószínűleg a megemelkedett ösztrogén szint következtében (Common és Bolton 1946). A karotinoidokat lipoproteinek szállítják a petefészekbe (Surai et al. 2001a), ahol a vérből a granulózasejtek közvetítésével jutnak át az ooplazmába. A sárga szik beépülése az FSH (follikulus stimuláló hormon) szint növekedésének a hatására következik be, az FSHreceptorok száma az ovulációt megelőző 2-3 napban lecsökken, a szik beépülése lelassul, majd megszűnik (Péczely 1987). A fejlődő embrió a szikzacskó membránon keresztül veszi fel a lipideket és más anyagokat a szikből, ahonnan ezután lipoprotein formában jutnak az embrionális keringésbe (Noble és Cocchi 1990). Házityúkon (Gallus gallus domesticus) kimutatták, hogy a kelést megelőző 2-3 napban történik az embrió legjelentősebb karotinoid felvétele (Surai et al. 1996, Surai és Speake 1998). A véráramból a lipoprotein lipáz enzimatikus lebontó tevékenysége után az embrió különböző szöveteibe, főképp az embrionális májba kerülnek a karotinoidok és a szállított zsíroldékony vitaminok (Surai és Speake 1998, Karadas et al. 2005a). Az állatok nem képesek de novo előállítani a karotinoid pigmenteket, hanem a táplálékukból veszik fel őket (Goodwin 1984). Következésképpen a tojássárgájában lévő karotinoid típusok összetétele és koncentrációja nagymértékben függ attól, hogy a nőstény milyen típusú és mennyiségű pigmentet vett fel a táplálékból (Blount et al. 2002b, Bortolotti et al. 2003, Royle et al. 2003, Biard et al. 2005, Karadas et al. 2005b). A különböző madárfajok eltérő táplálkozási módja és élőhelye tehát más karotinoid összetételű tojásokat eredményezhet. Ezenkívül a karotinoidok felszívásának, szállításának, átalakításának, illetve a szikbe juttatásának hatékonyságában megtalálható fajspecifikus különbségek is okozhatják a fajok között megjelenő eltéréseket a tojások karotinoid összetételében (Surai et al. 1998a, Surai et al. 2001b,c). Fontos tényező lehet az is, hogy a karotinoidok hányad része alakul át A- vitaminná (Surai et al. 2001a). A madarak a leghatékonyabban a xantofillokat tudják a táplálékból felszívni, ezen belül házityúknál - és valószínűleg több más fajnál is a zeaxantin 10
és a lutein felszívódása és a tojásba való átjutása a leghatékonyabb (Goodwin 1984, Surai et al. 2001a). A karotinoidok a vékonybélből történő felszívódás után a portomikronnak nevezett lipoproteinek részeiként a portális keringésen keresztül a májba jutnak, majd onnan a különböző szövetekbe (Surai et al. 2001a). A felszívott karotinoidok egy része a nőstény szervezetében specifikus enzimek segítségével átalakul, módosul (Schiedt et al. 1985, Brush 1990), más részük változatlan formában jut át a tojássárgájába. Elképzelhető, hogy a sárgájában lévő karotinoidok típusait és mennyiségét az is befolyásolja, hogy az embriónak milyen mértékű antioxidáns védelemre van szüksége fejlődése során. A legtöbb ismerettel (érthető módon) a házityúk tojássárgájának pigment összetételéről rendelkezünk, vadmadár fajokkal kapcsolatban még elég korlátozott a tudásunk. A házityúk tojásában a lutein és a zeaxantin a domináns pigment, ezenkívül nagy mennyiségű kantaxantint és β-kriptoxantint tudtak kimutatni (Matsuno et al. 1986, Schaeffer et al. 1988). A β-karotin bár a házityúk táplálékában nagy mennyiségben fordul elő szinte teljesen hiányzik a tojássárgájából, egyrészt a gyenge felszívódási hatékonyság miatt, másrészt, mivel nagy része még a bélben átalakul A-vitaminná. Ezzel ellentétben más fajoknál (elsősorban vízimadaraknál) meglehetősen magas β-karotin szintet mutattak ki (Rodriguez et al. 1976, Surai et al. 2001b,c, Blount et al. 2002b). Énekesmadarak közül négy faj tojássárgájának karotinoid összetételéről rendelkezünk adatokkal: széncinege (Parus major, Partali et al. 1987, Hõrak et al. 2002), kék cinege (Parus caeruleus, Biard et al. 2005), fogságban tartott zebrapinty (McGraw et al. 2002, Royle et al. 2003), valamint füsti fecske (Saino et al. 2002b). Mindazonáltal ezekből az eredményből nem lehet minden madárfajra vonatkozó általánosítást levonni, hiszen a sárgájában lévő pigmentek összetételében és koncentrációjában jelentős különbségek lehetnek még közeli rokon fajok között is (Surai et al. 2001 b,c). A karotinoidok feltételezhetően limitált források a természetben (Olson és Owens 1998, Møller et al. 2000), ezért a tojó számára költséggel jár, hogy a tojásokba juttatja ezeket a komponenseket, és így meggyengíti a saját antioxidáns védelmét és immunrendszerét. A tojó szaporodási befektetésének mértékét egyrészt saját minősége, másrészt a környezeti tényezők is alakíthatják. A tojássárgája karotinoid szintje változhat a táplálékelérhetőségnek (Blount et al. 2002a,b), a tojásrakás előtti környezeti hőmérsékletnek (Saino et al. 2004), és a költő terület minőségének (Hõrak et al. 2002) függvényében. A karotinoidok elérhetőségét nemcsak a környezet korlátozhatja, hanem a limitáció a fogyasztás után is felléphet. Ezt megszabhatja az egyed egészségi állapotától függő antioxidáns szükséglet (Thompson et al. 1997, Figuerola 11
et al. 1999, Saino et al. 2002b), illetve az élőlény genotípusa (Hill 1991, McGraw et al. 2003) és kondíciója (Hill és Montgomerie 1994, Hill 2000). Ezenkívül az anyai szociális környezet is hatást gyakorolhat a tojássárgája karotinoid tartalmára (Verboven et al. 2005). Magas denzitáson a költő territóriumra több madár is betolakodhat, ez pedig agresszív interakcióhoz vezethet a tojók között, amely megemelheti a vérplazma tesztoszteron szintjét (Wingfield 1994, Mazuc et al. 2003). A szteroidokról ismert, hogy gátolják az antioxidáns enzimek működését, és közvetlenül is okozhatnak oxidatív stresszt (Grossman 1984, Råberg et al. 1998, von Schantz et al. 1999). Ennek következtében lecsökkenhet a tojóban a tojásba juttatható antioxidánsok mennyisége. Másrészt az is elképzelhető, hogy egy nagy egyedsűrűségű területen a karotinoidokban gazdag táplálékért folytatott versengés felerősödik, és így az egyes tojók kevesebb karotinoid pigmenthez jutnak hozzá. Lehetséges azonban az is, hogy a tesztoszteron és az antioxidánsok depozíciója pozitív kapcsolatban áll egymással, mivel az utóbbiak ellensúlyozhatják a szteroid hormonok lehetséges káros hatásait. Amennyiben a karotinoidokat az állatok számára limitált forrásnak tekintjük, várhatóan a sárgája karotinoid koncentrációja fajon belül is változni fog a különböző szaporodási időszakok és eltérő minőségű költőhelyek között. Azonban ez idáig a sárgája karotinoid koncentrációjának fajon belüli variabilitását csak egy vizsgálatban tanulmányozták (Hõrak et al. 2002). A legtöbb esetben egy adott madárfaj tojássárgájának karotinoid összetételére és koncentrációjára vonatkozó adatok egy évből és egy populációból származnak. Vizsgálatom azért is egyedülálló, mivel ugyanabban a vadmadár populációban a tojássárgája karotinoid összetételének időbeli variabilitását határoztam meg. Eredményeim képet adhatnak arról, hogy egy vadmadár fajnál a sárgája karotinoid összetétele mennyire rögzített vagy flexibilis különböző környezeti körülmények között. Ezek az eredményekből pedig következtethetünk arra, hogy a karotinoid elérhetősége a természetben limitált-e. Funkcióik A fejlődő madárembrió az energiaigényét főként a lipidekben gazdag szikből felvett zsírsavak oxidációjából fedezi (Noble és Cocchi 1990). A többszörösen telítetlen zsírsavak jelenléte az embrionális szöveteket különösen érzékennyé teszi a lipid peroxidációra (Surai et al. 1996). A madárembriók és a fiókák gyorsan növekvő szervezetek, a gyors anyagcsere melléktermékeként pedig nagy mennyiségű szabad gyök és más reaktív oxigén származék 12
keletkezik, melyek károsíthatják a DNS-t, a zsírokat és a fehérjéket (Chapple 1997, von Schantz et al. 1999). Az oxidatív roncsolás következtében a sejtmembrán tulajdonságai (fluiditás, flexibilitás) és a sejt funkciói károsodhatnak, ezenkívül a DNS-törések következtében mutációk is kialakulhatnak. Az antioxidáns rendszer feladata, hogy a madár sérülékeny szöveteit megvédje az oxidatív roncsolástól, főként a kelés és korai fejlődés érzékeny időszakában. Az antioxidánsok első csoportjába azok a komponensek tartoznak, melyeket az embrió maga állít elő: ilyenek az antioxidáns enzimek (szuperoxid-dizmutáz, glutation-peroxidáz, kataláz), és az aszkorbinsav (Surai et al. 1996, Surai 1999). A második csoportba azokat sorolhatjuk, melyek a tojásképzés során az anya vérkeringéséből kerülnek át a szikanyagba: ilyenek a zsíroldékony karotinoidok, az A-vitamin és az E-vitamin (Gaál et al. 1995, Surai et al. 1996). Keléskor a fiókák áttérnek tüdőlégzésre, ezáltal jelentős mennyiségű oxigént vesznek fel, illetve az anyagcsere rátájuk is megnő (Starck és Ricklefs 1998), mindezek pedig hatékony antioxidáns védelmet tesznek szükségessé. A karotinoidok hatékonyan távolítják el a reaktív oxigén molekulákat a szövetekből, semlegesítik a szabad gyököket, illetve megakadályozzák a megindult szabad gyökös láncreakciók terjedését, így a peroxidatív károsodás ellen védelmet nyújtanak (Krinsky 1993, Edge et al. 1997). A különböző karotinoid típusok antioxidációs hatékonyságában azonban különbség lehet, amelyet leginkább a kettős kötések száma, a funkciós csoport jellege (keto vagy hidroxil), és a kromofór lánc hossza befolyásol, amely a fényelnyelés hullámhosszát is megszabja (Britton 1995a, Miller et al. 1996, Edge et al. 1997, Mortensen és Skibsted 1997). A karotinoidoknak az immunválasz szabályozásában és stimulálásában is fontos szerepük van. Serkentik a lymphocyták proliferációját, a citotoxikus T-sejtek és a macrophagok aktivitását, ezenkívül különböző cytokinek és interleukinek termelődését is fokozzák (Bendich 1989, Haq et al. 1996, Blount et al. 2003, Chew és Park 2004). Az antigének elleni védekezés során bizonyos fehérvérsejtek oxidatív gyököket termelnek, amelyeknek a feleslegét eltávolítva a karotinoidok biztosítják a fehérvérsejtek védelmét, ezáltal az immunrendszer hatékony működését (Bendich 1989). A karotinoid típusok immunválasz-serkentő aktivitásában szintén lehetnek különbségek, a β-karotin tűnik az egyik leghatékonyabb immunstimulánsnak (Haq et al. 1996). Saino és munkatársai (2003) kísérletének eredményei azt mutatták, hogy a magasabb karotinoid tartalmú tojásból kikelt füsti fecske fiókák celluláris immunválasza intenzívebb volt, ezenkívül kék cinegénél megfigyelték, hogy a magasabb tojás 13
karotinoid szint elősegíti az immunrendszer gyorsabb érését (Biard et al. 2005). A karotinoid pigmentek egyéb feladataik közé tartozik a sejtdifferenciáció, proliferáció és morfogenezis szabályozása (Bertram 2004), bizonyos típusok pedig az A-vitamin előanyagaként is szolgálnak (Surai et al. 2001a). Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy az egyes karotinoid típusok eloszlása a különböző embrionális szövetek között eltér (Surai és Speake 1998, Surai et al. 2001c, Koutsos et al. 2003). Ez az eredmény azt sugallja, hogy az egyes karotinoidok élettani funkciója eltérő lehet. Koutsos és munkatársai (2003) házityúknál azt találták, hogy azok az egyedek melyeknek az embrionális fejlődés során nagy mennyiségű karotinoid került a szervezetébe, később hatékonyabban tudták felszívni és a szöveteikbe (pl. bőr, csőr, tollak) juttatni ezeket a pigmenteket, mely mind a fióka túléléséhez (Lyon et al. 1994, Saino et al. 2000), mind a jövőbeli szaporodás sikeréhez fontos lehet (Hamilton és Zuk 1982, Møller et al. 2000). Zebrapintynél kimutatták, hogy a magasabb karotinoid szintű tojásból származó fiókák kelési és kirepülési sikere jobb volt (McGraw et al. 2005), bár kék cinegénél ilyen összefüggést nem tudtak megfigyelni (Biard et al. 2005). A magasabb karotinoid koncentráció elősegítheti a fiókák gyorsabb növekedését azáltal, hogy a gyors anyagcsere következtében kialakuló oxidatív stresszt csökkenti, és így megvédi a sejteket. Azonban mind ez idáig egy vizsgálatban sem sikerült kimutatni, hogy a tojássárgájában lévő karotinoidok mennyisége befolyásolná a fióka tömegét (Saino et al. 2003, Biard et al. 2005, McGraw et al. 2005), bár a karotinoidok testméretre gyakorolt hatását kék cinegénél kimutatták (Biard et al. 2005). A korai fiókakorban adagolt karotinoid kiegészítő táplálék szintén nem befolyásolta a fiókák kondícióját, csüd- és evezőtollhosszát (Fitze et al. 2003). Vitaminok A tojássárgája egyéb fontos komponensei közé tartoznak a zsírban oldódó vitaminok. Az E- vitamin (α-tokoferol) hatékony antioxidáns (Chew 1995, Woodall et al. 1996, Surai et al. 1999), ezenkívül az immunvédelemben, az immunválasz serkentésében is fontos szerepe van (Haq et al. 1996, Meydani és Beharka 1996). Úgy tűnik, hogy a β-karotinnal együttesen hatékonyabb védelmet biztosítanak a káros lipid-peroxidáció ellen (Palozza és Krinsky 1992, Böhm et al. 1997). A két antioxidáns interakciója fontos lehet, mivel elképzelhető, hogy kis koncentrációjuknál fogva, külön-külön egyikük sem képes megfelelően ellátni a sejtek 14
védelmét. Szinergista kapcsolatuk a fertőzések elleni védekezésben, az immunválasz serkentésében is kimutatható (Tengerdy et al. 1990, Haq et al. 1996). A szikben lévő E- vitamin legnagyobb részt az embrionális májba kerül át, illetve kis mennyisége az agyba jut (Surai et al. 1996, 1999), ahol az antioxidáns védelem ellátásában van fontos szerepe (itt karotinoidok nem fordulnak elő). Hiánya következtében csökkent kelési siker, illetve embriópusztulás is előfordulhat (Marsh et al. 1986, Wilson 1997). A tojásokba kerülő E- vitamin sokszor meghaladja a nőstény raktáraiban (elsősorban a májban) lévő mennyiséget (Surai et al. 1998b), ennek alapján fontos, hogy a tojó folyamatos E-vitamin utánpótláshoz tudjon hozzáférni. A tojássárgájában lévő másik fontos zsírban oldódó vitamin az A-vitamin (retinol), amely nagyrészt a β-karotin átalakulásával képződik (Surai et al. 2001a). Az A-vitamin antioxidánsként is működik (Olson 1993), emellett fontos szerepe van a látás, a szaporodás és a keratinizáció megfelelő működésének biztosításában (Gerster 1997). Ezenkívül a sejtdifferenciáció és proliferáció szabályozásában, illetve az immunfunkciók serkentésében is részt vesz (Gerster 1997, Semba 1998, Zile 2004). Házityúkon végzett vizsgálatokban kimutatták, hogy a tojó mája (az E-vitamintól eltérően) akár 100 tojáshoz elegendő A-vitamint is képes raktározni (Surai et al. 1998b). Ennek megfelelően nem valószínű, hogy a tojásképzés során limitált forrásnak számítana. A túl magas A-vitamin szint viszont mérgezéshez, csökkent immunvédelemhez, és embriópusztuláshoz is vezethet (March et al. 1972, Friedman és Sklan 1997, Wilson 1997). Kimutatták, hogy nagy mennyiségű A-vitamin hatására az E-vitamin és a karotinoidok abszorpciója csökken, és mind a tojó májában, mind a tojássárgájában kisebb koncentrációban jelennek meg (Surai et al. 1998b). Ezenkívül az aszkorbinsav és az antioxidáns enzimek szintézisében és aktivitásában is csökkenést lehetett kimutatni (Surai et al. 1998b, 2000). Nagy mennyiségű A-vitamin hatására tehát az embrió antioxidáns védelme számottevően gyengülhet. Immunglobulinok Az immunglobulinok ellenanyag aktivitással rendelkező fehérjék (ellenanyagok, antitestek), melyek négy polipeptid alegységből épülnek fel. Az immunglobulin-molekula Y- alakú, a négy polipeptid közül kettő rövidebb és könnyebb, ezeket L-láncnak (könnyű lánc, light chain) nevezzük, a másik kettő hosszabb és nehezebb, ezek a H-láncok (nehéz lánc, 15
heavy chain). A láncokat diszulfid hidak tartják össze. Az Y ágainak végeit Fab-résznek (fragment antigen binding) hívják, amely a nehéz és könnyű lánc egy-egy variabilis és konstans doménjéből áll és együttesen alkotja egy idegen molekula (antigén) kötő helyét. A két variabilis domén a neki megfelelő antigént ismeri fel. Az Y alapját képező Fc-rész (fragment crystallizable) két nehéz láncból áll, e rész variációi alapján az immunglobulinok osztályokba (izotípusok) sorolhatók (IgG, IgA, IgE, IgM, IgD). A szervezetben található immunglobulinok az antigének rendkívül széles körét képesek megkötni. A variabilis régió diverzitását az ún. szomatikus rekombináció hozza létre, amelynek során bizonyos gének szinte végtelen kombináció révén kapcsolódnak. Az immunglobulinok a B-lymphocyták sejtmembránján helyezkednek el mint felszíni receptorok, majd antigén stimulus hatására a megfelelő specificitású immunglobulinokat képző B- lymphocyták plazmasejtekké alakulnak, felszaporodnak, és szabad formában a véráramba ürítik az immunglobulinokat (humorális immunválasz). A szervezet számtalan egymástól eltérő B-lymphocytát állít elő, melyek közül minden egyes sejtvonalnak egyedi antigén felismerő receptora van, amely egyfajta epitópot (antigén speciális részét) ismer fel. Az IgG a legnagyobb mennyiségben előforduló immunglobulin, mely fontos szerepet játszik a kórokozók (főként vírusok és fehérje antigének) semlegesítésében azáltal, hogy az antigénhez kötődve különböző mechanizmusokat indít el, így többek között a falósejtek (macrophagok és heterophil granulocyták) által végzett fagocitózist, a komplement rendszer aktiválásával kiváltott lízist, valamint a citotoxikus T-sejtek közvetítette citotoxikus reakciót (Pastoret et al. 1998). A madarak immunrendszerével kapcsolatban sokkal kevesebb ismerettel rendelkezünk, mint az ember, vagy más emlősök (pl. egér, patkány) immunrendszeréről. Fontos különbség, hogy az emlősöktől eltérően a madaraknál a B-lymphocyták nem a csontvelőben, hanem a kloáka közelében található Bursa Fabriciiben érnek. A madár IgG eltér az emlősök IgG-jétől, mivel eggyel több polipeptid egységgel rendelkezik, így a nehéz lánc nagyobb molekulasúlyú (Apanius 1998). Mivel valószínűsíthető, hogy a madarak és emlősök IgG-je nem homológ egymással, ezért a madár immunoglobulin G-t IgY-nak is szokták nevezni. A harmadik jelentős különbség, hogy míg az emlősöknél a variabilis régió diverzitását szomatikus hipermutációk és a gének átrendeződése hozza létre, addig madaraknál elsősorban gén konverzió (intrakromoszomális rekombináció) felelős ezért (Apanius 1998). 16
A tojásból kikelt madarak immunrendszere még fejletlen, és eleinte nem képesek antitesteket termelni (Apanius 1998, Pastoret et al. 1998), ezért a fiókák különösen ki vannak téve a fertőzés veszélyének. A tojó a tojásfehérjébe lizozimet, a veleszületett immunitás egyik fontos antibakteriális komponensét (Triszka 1994, Saino et al. 2002c), a petesejt szikanyagába pedig immunglobulinokat juttat a keringéséből (Kowalczyk et al. 1985), melyek passzív immunvédelmet biztosítanak a fiókák számára. Ezeknek az anyagoknak a tojásba juttatásával az anya nem-genetikai úton adaptív módon befolyásolhatja utódai fenotípusát (Grindstaff et al. 2003). A tojássárgájába szinte kizárólag IgG jut át, míg a tojásfehérjébe kis mennyiségben IgA és IgM kerül (Rose et al. 1974). Házityúknál kimutatták, hogy a csibék plazma IgG szintje kelés után gyorsan csökken, azonban nagyjából 6 napos kortól kezdve az utód endogén immunglobulin termelése megindul, és 14 naposan már döntő többségben saját IgG található a véráramban (Patterson et al. 1962, Lawrence et al. 1981). Fészeklakó madarak immunrendszerének fejlődését kevéssé vizsgálták eddig, azonban feltehetően itt is 7-10 napos kor körül indul meg a saját ellenanyag termelés (Apanius 1998). Szarkánál (Pica pica) kimutatták, hogy a 8-10 napos fióka vérplazma immunglobulin szintje 30-szorosa volt a keléskori értéknek, majd kirepülésre (20. nap) 80-szorosára nőtt ez az érték, ami arra utal, hogy számottevő antitest termelés tapasztalható a fiókáknál (Pihlaja et al. 2006). Feltehetően az anyai eredetű antitestek átadása az utódoknak meglehetősen előnyös folyamat, hiszen ezáltal csökkenhet az utódok érzékenysége az adott élőhelyen előforduló kórokozókkal szemben. A fiókák védekező képessége számottevően megnő, ugyanis az immunrendszerük már a kórokozóval való első találkozáskor képes a hatékony és antigénspecifikus szerzett immunválaszt alkalmazni (Fadly és Nazerian 1989, Graczyk et al. 1994, Smith et al. 1994, Gasparini et al. 2001). Az anyai antitestek azután is kifejthetik hatásukat a fióka rátermettségére, miután eltűntek a keringésből, azáltal, hogy befolyásolják a fejlődési rátát, illetve az utód immunrendszerének hatékonyságát (Carlier és Truyens 1995, Lemke és Lange 1999, Buechler et al. 2002, Lozano és Ydenberg 2002). Másrészről, nagyon magas koncentrációban az anyai immunglobulinoknak blokkoló hatásuk is lehet oly módon, hogy az antigének kötőhelyeihez kapcsolódnak, és így gátolják a fióka saját immunsejtjeinek aktiválódását (Carlier és Truyens 1995). Következésképpen fontos, hogy az anyai antitestek egyrészt védelmet nyújtsanak, másrészt lehetővé tegyék az utód immunsejtjeinek differenciálódását is. 17
Mindazonáltal ez az anyai befektetés valószínűleg energetikai költséget is rejt magában, ugyanis tojásképzés során a tojónak az antitest termelését meg kell emelnie (Klasing 1998, Saino et al. 2001a), és az immunválasz kialakulása jelentős mennyiségű fehérjét és egyéb tápanyagot igényel (Sklan et al. 1994, Sheldon és Verhulst 1996, Klasing 1998, Lochmiller és Deerenberg 2000). Ennek következtében a gyenge kondíciójú madarak a tápanyagok limitáltsága miatt csak korlátozott mennyiségű immunglobulint juttathatnak a tojásokba (Grindstaff et al. 2003). Ezenkívül számos más tényező is befolyásolhatja a tojásba kerülő antitestek mennyiségét, például az anya kora (Barua et al. 1998), egészségi állapota (Smith et al. 1994, Gasparini et al. 2001, Blount et al. 2002a, Buechler et al. 2002), a környezeti tényezők (Müller et al. 2004), a tojó párjának minősége vagy vonzereje (Saino et al. 2002a), illetve a tojások lerakási sorrendje (Blount et al. 2002a, Saino et al. 2002a, Müller et al. 2004). CÉLKITŰZÉSEK Az életmenet változók evolúcióját egyrészt fenotípusos korrelációkkal, másrészt kísérletes megközelítéssel lehet vizsgálni. Dolgozatomban a korrelatív megközelítést alkalmaztam, melynek hátránya, hogy a forráskészlet eloszlása nem random az egyedek között, így az egyedi optimalizáció következtében trade-off -ok mérésére nem megfelelő a módszer (van Noordwijk és de Jong 1986). Vizsgálatom célja ezért inkább egy leíró jellegű munka elkészítése volt, annak a felderítése, hogy a szülők tulajdonságai, a környezeti körülmények, illetve a tojások lerakási sorrendjének ismeretében megjósolható-e a tojások minősége (tojásméret, sárgája karotinoid, vitamin és immunglobulin koncentrációja) egy vadon élő énekesmadárnál, az örvös légykapónál (Ficedula albicollis Temm.), valamint a kapott összefüggések hátterében milyen proximális kényszerek, illetve adaptív stratégiák állhatnak. Három főbb elmélet predikcióinak érvényesülését vizsgáltam korrelatív eszközökkel: 1) proximális kényszerek (táplálékellátottság, átlaghőmérséklet, költéskezdés időpontja, költési denzitás, tojó kondíciója és egészségi állapota), 2) differenciális allokáció a hím minőségétől (tollazati bélyegek, kor, testméret) függően, és 3) a fiókák aszinkron kelésének következtében kialakuló kompetitív különbségek felerősítése vagy enyhítése fészekaljon belül. Ezenkívül vizsgáltam az egyes tojáskomponensek közötti lehetséges kapcsolatokat is. Feltételezésem szerint amennyiben a környezeti viszonyok kedvezőbbek, illetve a tojó jobb kondíciójú, akkor a lerakott tojások nagyobb méretűek, illetve magasabb karotinoid és 18
immunglobulin koncentrációjúak lesznek. Mivel az idősebb madarak táplálékszerző képessége általában jobb (Nur 1984, Nol és Smith 1987), illetve várhatóan fokozzák szaporodási befektetésüket a csökkenő túlélési esély következtében ( végső befektetés elmélet, Pianka és Parker 1975, Curio 1983, Pärt et al. 1992), azt vártam, hogy az idősebb tojók többet fektetnek be a szaporodásba. Továbbá valószínűnek tartottam, hogy a magasabb plazma karotinoid szinttel rendelkező madarak nagyobb immunglobulin koncentrációjú tojást raknak majd, ugyanis a karotinoidok megvédik a fehérvérsejteket a szabad gyökök káros hatásaitól, és az immunválasz serkentésében is fontos szerepük van (lásd Bevezetés). Ezenkívül, a differenciális allokáció elméletével összhangban feltételeztem, hogy a tojó a hím minőségének (kor, testméret, homlokfolt- és szárnyfoltméret) függvényében módosítja majd a befektetését a tojásokba oly módon, hogy a jobb minőségű vagy vonzóbb hím utódait több tápanyaggal, illetve karotinoiddal és immunglobulinnal látja el, vagy éppen a gyengébb minőségű hím utódait segíti jobban, hasonlóan a tojás szteroidokra kapott eredményekhez (Michl et al. 2005). Az egyes karotinoid típusok közötti élettani diszkrimináció jelenlétének megállapításához a különböző típusok közötti kapcsolatokat elemeztem. A negatív korreláció diszkriminációra utalhat, bár a pozitív kapcsolat jelenléte sem zárja ki a felszívott karotinoidok szelektív anyagcseréjét. Végül azt jósoltam, hogy a tojások minősége fészekaljon belül növekedni fog, összhangban korábbi eredményeinkkel, melyek szerint az örvös légykapó az utolsónak kelő fiókát segítő anyai stratégiát folytat (Rosivall et al. 2005a). MÓDSZEREK Kutatási terület és vizsgált faj A kutatási terület a Duna-Ipoly Nemzeti Park területén, a Pilis-Visegrádi-hegység keleti részén, Budapesttől 40 km-re található (47 43 É, 19 01 K). A terület vegetációja kezelt gyertyános-tölgyes (Querco petraeae-carpinetum), a fák átlagos életkora 70-80 év. Az uralkodó fafaj a kocsánytalan tölgy (Quercus petraea) és a csertölgy (Quercus cerris), a korábbi ritkítások miatt a gyertyán (Carpinus betulus) állománya nem számottevő. A mintegy 100 hektárnyi területen, mely nagy részén 1990-től nem végeznek erdőgazdálkodási tevékenységet, a nyolcvanas évek eleje óta történik költési adatgyűjtés. A területen közel 800 fészekodú lett kihelyezve nagyjából négyzethálós elrendezésben, egymástól 20-30 m 19
távolságra (Török és Tóth 1988). Az odúk 80-90%-ában rendszeresen költ három énekesmadárfaj: a leggyakoribb az örvös légykapó, kisebb számban telepszik meg a széncinege és a kék cinege. Néha előfordul még csuszka (Sitta europea) és barátcinege (Parus palustris) is. Az örvös légykapó Közép-, Kelet- és Dél-Európa lomberdeinek és fenyveseinek egyik leggyakoribb odúban költő, kisméretű, rovarevő énekesmadara (Muscicapidae család). A faj a közeli rokon kormos légykapóval (Ficedula hypoleuca) együtt a viselkedésökológiai kutatásokban legintenzívebben vizsgált madárfajok közé tartozik. Ennek részben az az oka, hogy a mesterséges költőodúkat preferálja a természetessel szemben (Gustafsson 1988), és így fészkei könnyen megtalálhatók, ellenőrizhetők, illetve a viszonylag nagy költéssűrűség következtében sok adat gyűjthető. Másrészt, a faj költési területhűsége nagy (Könczey et al. 1992), ezért az egyedek több éven át nyomon követhetők, így az élettartam alatti szaporodási sikerük jól becsülhető. A hímek hátoldala fekete, hasoldaluk és nyakörvük fehér, ezenkívül feltűnő fehér homlokés szárnyfolttal rendelkeznek. A tojók barnásszürkék, hasoldaluk világos, nincs homlokfoltjuk, de a szubadult hímekével megegyező méretű szárnyfolt náluk is megtalálható. Táplálékuk nagy részét a pókok (pl. Aranidae, Thomisidae), hernyók (pl. Noctuidae, Geometridae) és poloskák (pl. Miridae) teszik ki, ezenkívül gyorsan mozgó kétszárnyúakra (Diptera) is vadásznak (Török 1986). Telepeinkre április közepén érkeznek meg közép-, illetve dél-afrikai telelőterületükről. Az adult (legalább 2 éves) hímek jelennek meg elsőként, azonnal territóriumot foglalnak (amely ennél a fajnál az odú és közvetlen környezete), majd a később érkező tojók odút (hímet) választanak, és hozzákezdenek a fészeképítéshez. A szubadult (1 éves) hímek rendszerint később érkeznek meg, általában a szaporodási időszak második felében költenek (Hegyi et al. 2006a), és gyengébb minőségű odút sikerül csak elfoglalniuk. A párkapcsolat tipikus monogámia, bár az esetek 6-10%-ában poligínia is előfordul (Török et al. 1998, Garamszegi et al. 2004a). Ezenkívül gyakori jelenség a páron kívüli párosodás is: a hazai populációban körülbelül a fészkek 30%-ában található idegen hímtől származó fióka (Garamszegi et al. 2004b). Áprilistól júniusig folyamatosan kezdenek költeni a párok, a tojó 5-7 tojást rak, melyekből 12-14 napos inkubáció után kelnek ki a fiókák. A fiókák etetésében mindkét szülő részt vesz, de a szerepek az utódok korával változnak (Michl et al. 2000), mivel az első napokban csak a tojó melegíti az ektotherm fiókákat. A fiatalok 14-15 naposan repülnek ki, a szülők ezután elhagyják a területet, másodköltés gyakorlatilag nincs. 20
Az örvös légykapó hímek fehér homlokfoltja a téli szálláshelyen lezajló részleges vedlés során alakul ki. Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy a nagyobb homlokfoltú hímek nagyobb valószínűséggel lesznek poligámok (Gustafsson et al. 1995, Török et al. 1999), és a saját fészkükön belüli apaságuk mértéke is nagyobb (Sheldon és Ellegren 1999, Michl et al. 2002). Ezenkívül korábbi eredményeink alapján úgy tűnik, hogy azoknak a hímeknek, melyeknek több utódjuk tér vissza szaporodni, vagyis nagyobb az élettartam alatti szaporodási sikerük, nagyobb területű a homlokfoltjuk (Herényi et al. 2004). Egy svédországi populációban elvégzett kutatások arra utalnak, hogy a homlokfolt mérete kondíciófüggő, és mind a fiókakori környezet (Gustafsson et al. 1995), mind a hím előző évi szaporodási ráfordítása (Gustafsson et al. 1995, Sheldon et al. 1997, Qvarnström 1999) befolyásolja. Ezzel ellentétben, a hazai populációban a homlokfolt mérete és a hím kondíciója között nem lehetett kapcsolatot találni (Hegyi et al. 2002, 2006a). A homlokfolt méretét meghatározó tényezőkön túl eltérés mutatkozik a két populáció között a folt szerepében is. Míg a svéd populációban azt találták, hogy a tojó nagyobb arányban produkál hím utódokat, ha nagyobb homlokfoltú és egyben jobb kondíciójú - a párja (Ellegren et al. 1996), a pilisi populációban nem lehetett kimutatni ivararány manipulációt a homlokfolt függvényében (Rosivall et al. 2004). Egy másik fontos, szexuálisan szelektált jelleg az elsőrendű evezőkön lévő fehér foltokból kialakult szárnyfolt, mely a költés utáni nyári teljes vedlés során alakul ki. Mérete korfüggő: az egy éves hímeknél nagyjából feleakkora, mint az idősebbeknél (Svensson 1992). A kompetíciós képesség és a szárnyfolt mérete között nem találtak összefüggést a svéd populációban (Pärt és Qvarnström 1997), azonban a hazai vizsgálatok alapján úgy tűnik, hogy a nagyobb szárnyfoltú egyedek sikeresebbek a költőhelyekért folytatott versengésben a kisebb szárnyfoltúakkal szemben (Garamszegi et al. 2006). A svéd kutatások azt mutatták, hogy a kísérletesen megnövelt szülői ráfordítás hatására a szárnyfolt mérete a homlokfoltétól eltérően a következő évben nem változott (Sheldon és Ellegren 1999), illetve a táplálékellátottság sem hatott rá (Garant et al. 2004), ami arra utal, hogy a madár kondíciója valószínűleg nem befolyásolja a szárnyfolt méretét. A mi populációnkban ezzel ellentétben azt találták, hogy a fehér szárnyfolt mérete kondíciófüggő, és a hím túlélési valószínűségét megbízhatóan jósolja (Török et al. 2003). A hímek minőségét az egyed kora is jelezheti. Számos fajnál kimutatták, hogy a tojók az idősebb hímeket preferálják a fiatalokkal szemben (Brooks és Kemp 2001). Az egyik lehetséges magyarázat szerint az idősebb madarak hosszabb túlélésük alapján valószínűleg jó 21