INDIVIDUAL VARIATION IN EYE MORPHOLOGY PREDICTS MIGRATION PROBABILITY IN PARTIALLY MIGRATORY RUTILUS RUTILUS

Abstract

Animal migration is a widespread phenomenon that has evolved repeatedly in a diverse set of taxa. To cope with migration, individuals express a large variety of specialized behavioural adaptations, that rely on efficient sensory systems for extraction of relevant external information. Many behaviours are visually guided, such as foraging and predator avoidance, and most migratory animals possess eyes that are capable of high spatial resolution. Moreover, migrants are known to possess larger brain visual processing centres than residents, suggesting that visual adaptations may play a key role in a migratory lifestyle. Visual performance is positively correlated with eye size, but enlarged visual structures comes with an energetic cost, as neural tissues are among the most energetically costly tissues to develop and maintain. Because migratory individuals are often energy constrained, one might predict that energetically costly structures should be selected against, and migrants should thus exhibit smaller eyes than non-migratory individuals. On the other hand, because migration is condition-dependent and constrained by food availability, enhanced vision could be of key importance for foraging performance and migrants could thus exhibit larger eyes than residents. Here, I utilize intraspecific studies to test these predictions on partially migratory roach (Rutilus rutilus), in a multi-year field study from two Scandinavian lakes. Individual eye and pupil size was quantified, and migratory propensity in the wild was monitored using electronic tags. I show that the relative size of key visual structures in these populations has diverged across migratory and non-migratory individuals. Across years and study lakes, migrants generally possessed relatively larger pupils as compared to residents, whereas consistent divergence in eye size was only evident in one of my study lakes. Hence, my results suggests that visual specialisations may evolve in tandem with a migratory lifestyle, and that migration associated selection is stronger on pupils than overall eye size.

Popular Abstract (Swedish)

Ögonen speglar om du flyttar eller stannar

Migration är vanligt förekommande inom många olika djurgrupper. Att migrera kan ha många fördelar, som att undvika säsongsenliga utmaningar, men det finns också många nackdelar. Det tar på krafterna att förflytta sig och en migrant behöver dessutom olika anpassningar för att optimera resan. Här utgör synen ett viktigt sinnesorgan då många basbehov, som att upptäcka faror och hitta föda, är visuellt orienterade. Större ögon betyder i de flesta fall bättre synförmåga, men stora ögon kostar, då nervvävnad är en av de mest energikrävande vävnaderna i en djurkropp.

Mörten är en vanligt förekommande sötvattensfisk som i Skandinavien har visat sig utföra partiell migration, dvs. en del av populationen migrerar medan resten stannar kvar året runt i samma miljö. Migrerande mört simmar på hösten från sjön de lever i till anslutande vattendrag för att övervintra, medan individer som inte migrerar (residenter) stannar kvar i sjön. Valet att migrera tros bero på en avvägning mellan predationsrisk och tillväxtpotential. Sjön har många predatorer men också mer födoresurser, jämfört med vattendragen som är relativt fattiga på mat, men å andra sidan också har betydligt lägre predationsrisk. Stora ögon är troligtvis en fördel när det kommer till att upptäcka faror. Eftersom migranter, som redan har en energikostsam livsstil, har en lägre predationsrisk i vattendragen kan man kanske tro att de utvecklar mindre ögon än residenter för att spara energi. Å andra sidan utgör synen också ett viktigt sinne för att söka föda och orientera sig, och migranter kan därför också tänkas utveckla större ögon än residenter. Då samma population består av både migranter och residenter som lever i samma miljö under stora delar av året, utgör mörten en bra möjlighet att studera skillnader i det visuella systemet mellan de två och därmed svara på dessa frågor.

För att undersöka hur ögonmorfologi influerar tendensen att migrera använde jag mig av två studiesjöar belägna i Danmark, Loldrup sø och Søgård sø. Mellan åren 2010 och 2013 fångades mört från båda sjöarna. Fisken bedövades, fotograferades, mättes och vägdes. Slutligen opererades en sändare med ett unikt ID-nummer in under huden, och sedan släpptes fiskarna tillbaka där de fångats. I varje anslutet vattendrag satt antenner som kontinuerligt registrerade det unika ID-numret när en fisk med en sändare simmade förbi. På så sätt kunde jag övervaka vilka fiskar som migrerade och vilka som stannade i sjön. Från fotografierna mätte jag sedan ögon- och pupillstorlek och tillsammans med migrationsdatan kunde jag således jämföra storleken mellan migranter och residenter.

Jag fann att individer från Søgård sø hade signifikant högre benägenhet att migrera om de hade relativt stora ögon. Detsamma gällde för pupillstorlek. Individer från Loldrup sø hade signifikant högre tendens att migrera om de hade relativt stora pupiller, men ingen signifikans fanns för ögon. Detta indikerar att individer med framför allt större pupiller har en högre tendens till att migrera och att ögonstorlek har en viss influens, men inte av samma styrka som pupillstorlek. Den större effekten av pupillstorlek kan förklaras av det faktum att pupillarean är vad som bestämmer ögats ljusintag och därmed spelar mycket stor roll för synförmågan. En högre synförmåga kan tillåta ett mer effektivt födosök och därmed kan en individ samla på sig de energireserver som krävs för att kunna migrera. Små ögon kan även vara fördelaktigt för residenter då stora ögon har föreslagits kunna avslöja en individs position för eventuella predatorer. Denna teori har ett visst stöd ifrån experiment som visat att predatorer främst attackerar byten med större ögon, men vidare studier krävs för att förklara effekten på just migration.




Masterexamensprojekt i Biologi 45 hp 2022 Handledare: Kaj Hulthén
Biologiska institutionen, Lunds universitet Biologiska institutionen, Akvatisk Ekologi

• author: Martel, Cornelia
• supervisor: Kaj Hulthén
• organization: Degree Projects in Biology
• course: BION02 20212
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 9078655
• date added to LUP: 2022-04-22 15:58:31
• date last changed: 2022-04-22 15:58:31