How can cellular-level energy production explain how wild birds cope with environmental stress?

Abstract

All animals rely on energy in order to grow, reproduce and thrive. The conversion of nutrients into energy happens in mitochondria, which are crucial components of the cells. The efficiency with which mitochondria produce energy varies within species and is increasingly thought to play a fundamental role in explaining individual heterogeneity in growth, reproduction and survival. Indeed, mitochondrial metabolism and efficiency can vary through phenotypic plasticity in response to environmental factors such as temperature, food availability or any stressful stimulus. However, despite the importance of environmental determinants in metabolism, we still lack key information about wild species within their natural habitat. As a result, physiological capacities and potential responses to environmental changes are underappreciated, especially in birds. With this doctoral project, I explore how red blood cell mitochondrial metabolism and its efficiency vary in response to different environmental challenges in two distinct wild bird species (the Great tit and the King penguin) within their ecosystem and at various life stages (both during growth and adulthood). Here, I investigate the impact of early-life environmental adversity, nutritive stress and maternal effects on mitochondrial metabolism, and, in turn, its impact on individual growth and survival, in order to provide much-needed information for understanding how mechanistic constraints at a cellular level may shape the ecology and adaptability in two different avian species in natura.

<b>Solutason energiantuotanto ja ympäristöstresseihin sopeutuminen luonnonvaraisilla linnuilla</b>

Kaikki eläimet tarvitsevat energiaa kasvaakseen, lisääntyäkseen ja menestyäkseen. Solutasolla ravinteiden muuntaminen energiaksi tapahtuu mitokondrioissa. Mitokondrioiden energiantuoton tehokkuus vaihtelee lajinsisäisesti ja sen on todettu selittävän yksilöidenvälisiä eroja kasvussa, lisääntymisessä ja selviytymisessä. Yksilöiden mitokondrioiden aineenvaihdunta ja tehokkuus voivat myös vaihdella fenotyyppisen plastisuuden kautta suhteessa ympäristötekijöihin, kuten lämpötilaan, ravinnonsaatavuuteen tai erilaisiin stressitekijöihin. Vaikka ympäristötekijöiden tiedetään vaikuttavan eläinten aineenvaihduntaan, tällä hetkellä on yhä puutteellisesti tietoa mitokondrioiden toiminnasta luonnonpopulaatioilla, ja erityisesti linnuilla siitä, miten solujen aineenvaihdunta reagoi ympäristönmuutoksiin. Tutkin väitöskirjassani, miten veren punasolujen mitokondriaalinen aineenvaihdunta ja sen tehokkuus vaihtelevat suhteessa erilaisiin ympäristöhaasteisiin kahdella luonnonvaraisella lintulajilla (talitiaisella ja kuningaspingviinillä) eri elinkierron vaiheissa (sekä kasvun että aikuisuuden aikana). Tutkin etenkin varhaiskehityksen ympäristön, erityisesti ravinnonpuutteen ja äitivaikutusten, merkitystä mitokondriaaliseen aineenvaihduntaan, ja sitä kautta miten ne ovat mahdollisesti yhteydessä yksilön kasvuun ja selviytymiseen. Väistökirjatutkimukseni antaa erityisesti tietoa siitä, miten luonnonvaraisilla linnuilla muutokset aineenvaihdunnassa solutasolla voivat muokata lajien ekologiaa ja sopeutumista.