柳莺婚外父权与鸣唱特征

/关于柳莺的婚外父权与鸣唱特征研究摘要性别选择中鸣唱的复杂性是有优势的，许多的研究表明鸣唱特点与领地保卫或伴侣吸引上的成功率都有关系。很少的证据能表明鸣唱特征与父权之间的关系。我们测试了柳莺中婚外父权雄性与非婚外父权雄性鸣唱特征是否有区别。在对苏格兰群体研究发现，23.5％的雏鸟与名义父亲基因不相配，４7％巢中至少有一个婚外子代。年长的雄性不太可能遭受父权损失.虽然歌曲曲目大小并不与父权损失相关,但是曲目短的雄性比曲目长的雄性更易失去父权。尽管在群体中雄性到达时间与选择婚内雄性相关,但是与婚外父权无关。这个结果显示了，这个物种雌性通过鸣唱的长短或与此有关的某一个特性作为选择婚外伴侣的条件，而且鸣唱的可变性与雄性交配成功与否或是雌性胁迫有关。目前的观点认为性选择是鸟类鸣唱复杂性进化一个关键因素（CａtchpoleandSlater1995）。在过去的几十年积累了证据，显示了歌曲复杂性和歌输出与雄雄竞争模式和雌性的选择这两个主要性的选择过程之间的关系（Andersson19９4)。因此，更多技能已被证明是有利于领土防御（Kｒｅbsetａl．1９78），雌性优先（BuchananandCatchｐole19９７，Rｅｉｄeｔal．20０4）和婚外父权(Ｈasselｑｕｉstetal.199６,Forsｔmｅieretal.2０02)。这些模式可以解释是否鸣唱复杂性在生产、开发或维护方面是昂贵的(ｆｏｒareviewsee：GilandGahｒ2002),最近的证据表明这可能确实是这样的。因此，鸣唱复杂性或输出是负相关于寄生虫负载(Buchananｅtaｌ.1999，Garamszegｉetaｌ。2０05)，程度的纯合性（Marｓhaｌletａl。200３,Ｒeidetal.2005)，或雄性在婴儿阶段所经历过发展压力(Ｎoｗicｋｉetａｌ.2０00,Ｓpencereｔal．２0０3；ｂuｔseeGｉｌetal.2006）尽管上面所描述的模式、不少物种研究领域已经发现雄性的鸣唱的措施，并不总是与配偶选择或配对成功相关(Ｓeａrｃy1992，GｉlaｎdSｌatｅr２000a，ForsｔmeieｒandLｅislｅr２004）。可能奢华的雄性外形特征与配对成功无关,问题是，这个特性为何依然存在.一种可能是鸣唱特征被雌性用于寻找婚外配偶而不是婚内配偶。事实上，到目前为止的鸟类研究中发现了8６%的婚外父权（EPP）（Gｒiｆfitｈetａl。2０0２）,而且如果婚外父权被计算在内的话,生殖成功变异的评估会更高.许多研究表明婚外父权与雄性鸣唱的某些特征有关(Ｈaｓｓｅlqｕｉst等人，１9９６年，Forｓtmeier等人,2002年），但是最新的公共元分析表明鸣唱对婚外父权水平没有影响。鸣唱特征和配偶选择的研究主要集中在歌唱复杂性的单一层面上,如一个音节的大小和鸣唱的长短。这种方法是有问题的,因为鸣唱是复杂的多方面的特征,在不同方面、不同程度的选择可能变化（GilａndGahr2００2)。例如,一项过去2０年对德国的柳莺群体的研究发现了配偶目标选择的随着歌的长短到音节长短而变化Caｔchｐole1986，FｏrｓtmeｉｅｒandLeisler２0０4）.同样，一个关于斑姬鹟的研究，发现不同歌曲特点解释雄性交配成功不同方面（ＬａmpeａｎdＥspｍarｋ2003）在一次苏格兰种类的研究中，我们发现原来对柳莺的研究没有一整套可变的鸣唱特征，可以用来预测配对是否成功（GiｌanｄＳｌateｒ2０00a）在这项研究中,我们测试了一种假设,即鸣唱可变性是由中雌性对婚外雄性的选择所维持的，在同一个研究群体中我们还调查了鸣唱特征与婚外父权之间的关系.研究方法研究群体19９４—199６，我们在英国的KippoＷoｏｄ收集的200只雏鸟（３4个巢中)和他们各自的名义父母血液样本。在所有巢中，他们的名义父亲通过确定身份后，被指派喂养小鸟还是警戒。我们没有发现伴侣交换,所有的雄性都有领域,在那雌性筑巢。每年潜在的婚外雄性取样并不彻底，因此EPP的工作被限制为在这个区域捕获的雄性数量（总量Ｎ=4８）.为了避免对同一个体调查数据使用几年的重复现象,只有第一年数据是包含在ＥPP与雄性特征相关性的水平分析中。在我们调查之前,我们对这个地点进行了广泛的调查，了解了许多个体的年龄，没有查到的个体，我们假设他们的第一次育种期是春天(Gil等人，２０01年）.基因型分型在雏鸟长大５-１０天时,从臂肱静脉取出１0-5０µl的血液样本。样本中混合了20µl的50mMEDTA，在原地用液氮冰冻，并储存在－70度的实验室。DＮA提取使用Cｈeｌｅｘ（Biorad）提取方法（Elｌegｒen19９2).三个柳莺微卫星被用于父权排除和确定:PHＴR1，ＰHTＲ2，和ＰHTＲ3(Friｄｏlｆssｏｎetal。1997）。一个进一步的柳莺轨迹（ＰHTR4)不能被放大在这群体。然而,通过柳莺微卫星发现父母与雏鸟之间是不匹配的就有一条额外的轨迹PTC3(Ellegren1９９2）。PCR扩增是一个PTＣ—1００的热循环（MJ研究公司）。20µl的感应容量包括3µl的DＮA提取物（近似是基因组DNＡ20-4０ng）,Promega10xPCＲ缓冲液2µｌ，每种ｄNTP200µM,１.5ｍＭ的ＭgＣｌ2,每对引物10pmol和0．15单位的Tａg聚合酶（Ｐｒoｍega)。PHTR1，PHＴR2和PＨTR３循环条件是9４℃持续３mｉn,持续30个循环：９4℃达40s，5６℃达３0秒，7２℃达４0秒；再加上一个最后的步骤7２℃达5分钟.PTC3的条件是一样的,除了一个退火温度5４℃。可以在沾染了溴化乙锭的３％琼脂糖凝胶检查PCR产物是否成功.银染的6%聚丙烯酰胺凝胶的每个轨迹就是成年鸟基因碎片的大小.10ｂｐ跑6个轨迹是可以的大小。一个凝胶有一个孔里是代表每个等位基因的大小基因，电泳以便再次检查大小和图案下滑。假定的亲本和雏鸟用同一块凝胶电泳。排除概率以及哈代温伯格平衡测试是使用CERVUS这个程序计算（Marshalletaｌ。1９98）。没有一个轨迹是偏离哈代温伯格预期的。PHTＲ2分析显示杂合性的低水平，并显示可以解释杂合性发生赤字的概率为13%的无效等位基因的发生(表一）。PHＴR3是伴性在Z染色体上，所以雌性只有一个等位基因，但我们能够通过使用伴性基因鉴定雏鸟的性别，进而区分雄性纯合子和雌性(Ｇｒiffithsetaｌ.１9９8）.为了减少假阳性的数量，下列程序在分析之后使用：1）。对每个个体测试ＰＨＴR１,ＰＨTＲ2和PHTR3.2)如果对于任何等位基因亲子交配是错配的，那么额外的PTＣ３轨迹就是扩增给错配后代的。大多数家庭基因分型使用PHＴR１，PHＴR２和ＰHTR3，对于这些,通过ＣERVＵS计算联合排斥概率是0．97。在这样的家庭中，ＰHＴR2被PTC3补充,联合排斥概率能力为0。96。因为取样数量是不广泛的，只有五个婚外雄性的身份被确定.通过调查雄性基因型数据库发现，婚外父权的分配与婚外幼鸟从父亲继承的基因型相关。根据Ｊｅｆｆreys等人（19９2）计算出这个父权正确分配的概率。等位基因数无效等位基因频率估计杂合性P排斥观察值预期值ＰHTＲ１60。04０６0．6９２0。7５8０.5３５ＰHTＲ2140.1３１10.6340.8580.71ＰＨＴR315n/a0。880０.9０60。776PＴC3１1０。02５７０．８650．8３5０。６60表一研究中使用了四个微卫星位点的多态性数据(n＝５2个成年鸟).使用CERVＵＳ计算出排除概率（Mａrｓhalｌｅtal.1998)。假设雏鸟的性别已知的情况下,能计算出伴性轨迹PHTR3的排除概率。不能估计出这个轨迹的无效等位基因频率的原因是因为小样本的大小（由于伴性遗传的缘故，只有雄性可以适用）。鸣唱分析被记录下来的鸣唱来自大多数的雄性，并且按着吉尔和斯莱特（２０00b)方法论概述分析。我们认为一整套的鸣唱测量可以显示个体之间的高度可变性和高度可重复性。从这个鸣唱复杂性和鸣唱体制的对策的综合性清单中提取主要成分。我们按着导致他们最大程度的可变因素来标记这些成分:鸣唱曲目大小（PC1）、鸣唱长度（PＣ2）,鸣唱多功能性（PC3）、元素率(PＣ4)和固定曲目(PC5；程度划分为固定集群曲目）。详情见吉尔和斯莱特（200０b)。统计我们使用一个随机程序来测试频率分布和在巢的EPＹ多样性是否不符合二项分布.这是通过随机重新分配观察窝的雏鸟1０0０次，并使用重采样统计方法计算ＥＰP的产生比例完成的(西蒙1990）。我们使用逐步逻辑回归来确定能预测窝中EＰＹ发生的变量.我们检查在这些分析中获得的结果，在大小非常有限(n＝５)的可辨认的婚外雄性的样本中是否也能被检测到。整个过程采用正反统计。结果ＥＰP的频率我们在过去的三年中抽取来自34个窝的父母和所有的子代。其中,４7%的窝包含至少一个ＥPY（３４个中的16个)，和23。5％的雏鸟是EPY(2００只中的47只)。在三个窝（８。8％)有种内育雏寄生的情况，也就是后代与父母都无关，占雏鸟中的２％（2００只中的4只）。三年间的EＰＰ的频率没有差异(克鲁斯卡尔瓦里斯：x２=1.5４，df=2，P=0.46)。在87.5％的窝中有不止一个ＥPY，最少有一个婚外雄性的可以根据EPY的基因型推断，其余13％至少有两个婚外雄性成功受精.EPY在巢中的分配情况非常不同于通过重新采样获得的预期的随机分布（G测试：G=３2。06，ｄf=4，P＜0．001;图1A）。在一个巢中所观察到的的ＥPＹ变异频率方差大于预期（P〈0．０0１；图1B）。观察到EPY在巢中的分布接近双峰模式,一些有着高比例的EPＹ但是也有很多没有EＰＹ的巢.图一．A）观察值（白条）和预期值(阴影条）的ＥPY在窝中的分布研究。预期分布是用假设在窝中是随机分布的数据(１000份)重采样计算的。注意,在两种极端的分布中期望频率远小于观察到的。B)在窝ＥＰP的期望方差（阴影条：100０份假设随机分布）和观测方差（OBS)。注意,观察方差远远大于对随机分布的预期方差。Y轴表示观察百分比。婚内父权的雄性相关性亲子关系的变化与年龄有关。雄性在他们的第二个或更后面的繁殖季节比起那些处在第一个繁殖季节的雄性不容易失去父权（失败者/非失败者：年轻的鸟类是８／4,年长鸟类是2／８；确切概率法：ｎ=２2、P=0。０34).到达日期，这个物种最重要配对日期的预测方法(吉尔和斯莱特200０a)，与在巢中的EPＹ出现没有关系（F=0。13，ｄf＝１。18、Ｐ=0。71)。为了分析鸣唱在婚内父权的效果，我们运行一个有五种鸣唱特点及年龄的逐步多元回归模型。最终模型仅保留鸣唱长度（PＣ２；F=4.96，df=１、18、P=０．０39;R2=0。１7,slｏpe（ＳE）=－0.2１（0.０94）),表明有ＥPY在巢的概率与捍卫此巢的雄性的鸣唱长度呈负相关。(图２)（图２）雄性鸣唱长度（PＣ2)与父权丧失（在自己窝中发现ＥPＹ的比例)之间的联系。婚外父权和雄性特征在有EPY的巢中只有5个婚外雄性能被确定身份（atP〈0．０5），以至于我们分析的这些数据的统计功效很低（表2）,因此，我们限制分析那些已经被发现与父权丧失比较模式有关的变量。婚外配与婚内配雄性年龄上没有差别（Ｗilcｏxoｎ的符号秩检验：Z＝－1。00n=5、Ｐ＝０.３２)。然而,我们发现一个近乎显著趋势就是婚外配雄性比婚内配雄性的鸣唱长(Wilcｏｘon的符号秩检验：Z＝-1。75n=5、Ｐ=0.０8）,我们发现父权丧失与鸣唱长度之间存在一种协定式的关系。被认定为戴绿帽子的雄性在自己的巢内没有ＥPＰ,再有EP后代的领域没有邻居（领土的平均距离=3.2，SD=1。9)。一夫多妻和EＰＰ雄性的取样中，三只不同的雄性通过在第一只雌性产蛋期的某些时候吸引第二只雌性来形成一夫多妻制。一只雄性在连续的两年内是一夫多妻制的。当样本容量非常小,主巢和次级巢中EＰP的水平比较是很有趣的。在四分之三的情况下,主要的那只雌性是没有EPP的,而次要的那只往往有.该模式在第四例中是倒置的.在四个二级窝中的一个观察到一个第二位的雄性哺育幼鸟，其中有2/6是他亲生的.种内育雏寄生仅在三个窝中检测到种内育雏寄生,每个案例是在不同的年份发现的且涉及不同的成鸟。有趣的是要注意这些窝都位于研究站点的同一个区域(ca２00米)，这表明生境特征可能支持这种行为.有趣的是，这些窝相比于没有种内育雏寄生的窝也包含了高概率的

EPY(０.7２9±0．2８)vs0.1９９±0.10）:MａｎnWｈitnｅy：Z＝—２。68，n1=３,n2=31，Ｐ=0.007).。雄性的IＤ领域距离概率被带绿帽子的雄性婚外雄性鸣唱长短年龄鸣唱长短年龄１0-４20．0047—０.2０620。3０821－2110.0052—０.6911—０.８2６2２－2530.０00１—0．49３2１．374２８5—5３60。0１１4０。17２11.４4１179－８840。0001-０．70610。0081表２。一组关于被戴绿帽子的雄性和婚外雄性在鸣唱、年龄和领土范围方面的对照数据。Ｐ值代表婚外婚外幼鸟不被婚外恋父亲陪同的概率。讨论本研究发现我们研究的柳莺群体中有显著的婚外父权水平。婚外父权不是随机分布在巢:在很多的巢穴中，有一个非常高的频率或没有EPY。这典型的频率分布不同于其他物种(如.Ｌｉjfｅｌdetａl.１993年，如。

伯利eｔal。１99６），表明由于雌性的选择模式，雄性之间有精子竞争差异,雄性在配偶守护或强迫交配方面能力的不同.父权的损失不是随机的由于雄性特征。年长的雄性不易像年少的那样损失父权。这个结果符合ＥPP研究的一般模式

（Ｍøｌler和Ｎinｎi１９98）,是由gｏodgeneｓ预测假设，假设在生存加性遗传方差

(1９7２,1985,特里弗斯Kokko曼宁1９９8)。

婚内父权也与鸣唱长度有关:相对于与短歌雄性配对的雌性与长歌雄性配对的雌性在他们的巢里不太可能发现ＥPY.此外，被鉴定的婚外雄性往往比作为父亲的婚内雄性有较长的鸣唱时间。由于在这个物种鸣唱的平均长度不会随着年龄的增长而改变,这模式不是一个年轻雄性拥有较短的鸣唱长度的后果（吉尔eｔａl.2001)。像我们的相关结果有两个可能的解释:1）当和年轻雄性或短歌雄性交配时,雌性可能是在接受或寻找内皮祖细胞或2)年长雄性和长歌雄性可能更擅长配偶守护或强迫交配。虽然在一些物种有证据显示，雌性积极追求一个混合的生殖策略(DｏｕbleanｄＣｏckbｕrｎ20０0),

在许多其他的情况下不能排除雄性强迫

（审查看:Wesｔneａt和斯图尔特2003），因此我们不能确定带来了这些差异的机制.在先前的研究中，我们已经表明,鸣唱长度不能解释群体中配对速度或后代生存能力

（吉尔和斯莱特2０00a）.相反，抵达日期被发现是在这个物种中最好的配对速度预测方法，但是我们这里发现它与父权的损失无关。如果雄性抵达移民高竞争雌性会选择快速评估雄性和栖息地质量，婚内选择和婚外选择的雄性特征会发生矛盾。

因此,

雄性抵达日期和配对要求高相关性最保守地解释为雄性和雌性使用类似的栖息地选择标准定居在领地

(GｉlanｄSlatｅr2０00a，Doｌigezeｔａｌ.２０0２）。。假设目前研究中的EPＰ模式反映了配偶选择很可能是,一旦雌性配对后,

从婚外雄性的鸣唱中获得的额外信息可以使精子的选择基于鸣唱特点。瑟西(19９2认为鸣唱曲目是雄性在EPP环境中选择性优势。Hａssｅlｑuisteｔal．（19９6）的确发现，在大芦苇莺，比起那些蒙受父权损失的雄性，婚外雄性伴侣有更长的曲目.

我们没有发现任何鸣唱曲目和EPP之间的关系。这是令人惊讶的,因为年长者有着一个更大的确定性的父权，

在这个物种鸣唱曲目随着年龄的增加而增加（ａl．2001吉尔等），但我们的相对较小的样本大小不足以得出关于这个问题的坚定的结论。第一个关于柳树莺中的EPP在瑞典中部进行(Gyｌleｎｓｔenｅtaｌ.199０），在实例样本的19个家庭没有发现任何的EPP。然而，

在其他群体的进一步研究给一个不同的结果，其中２8％在哥特兰岛（Ｆridolfssoｎetaｌ。1９9７),33％在挪威南部（Bjørｎｓtad和Liｆjeld1９9７)。很难确定这些群体差异背后的原因。在育种密度和同步变化影响婚外雌性的选择范围（GowaｔyａnｄBｒidgeｓ199１，ＷｅsｔｎeatａndSherman199７，MølleraｎｄNinni1998，Thusiuｓetal.20