The evolution of defence systems: theory and experiment

En organisme kan bruke mange typer forsvar til å beskytte seg mot sine naturlige fiender. De enkelte forsvarstrekkene kan ofte best forstås som deler av mer komplekse forsvarssystemer. Et sentralt fokus i prosjektet har vært å forstå hvordan kostnader tilknyttet produksjon og vedlikehold av forsvarstrekk kan begrense evnen til å uttrykke andre trekk og føre til evolusjonære kompromisser. I den teoretiske delen av prosjektet arbeidet vi med matematiske modeller av organismers forsvarssystemer med relevans for flere empiriske systemer. Mange dyre- og plante-studier beskriver hvordan forskjellige forsvarstrekk samvarierer på tvers av populasjoner og arter, men disse mønstrene er ikke godt forstått. Vi har utforsket selektive betingelser som får forsvarstrekk til å korrelere positivt og negativt. Vi har også modellert dyrs optimale responser i risikofylte situasjoner, som er relevant for å forstå organismers responser på økt predasjonsrisk, predatorers respons i møte med forsvarte byttedyr etc. Dette har vært basert på signaldeteksjonsteori-modeller brukt innen evolusjonær økologi, og arbeidet har ført til nye metodiske innsikter som har gjort at flere klassiske modeller fra litteraturen kan analyseres som varianter av den samme generelle modellen, noe som har gitt bedre innsikt i disse modellenes prediksjoner. Vi har videre modellert spesifikke systemer, inkludert reirparasittisme og aposematisme. Aposematisme er kombinasjonen av et sekundært forsvar som for eksempel et toksin og et primært forsvar (et varselsignal) som annonserer tilstedeværelsen av toksinet. Mange signaler som avskrekker fiender består av flere separate komponenter, og vi har studert de selektive betingelsene som fremmer slike flerkomponentssignaler. Vi har også gjennomført eksperimenter for å forstå egenskapene til forsvarssystemer og hvordan de evolverer under forskjellige selektive betingelser. Vannlopper (Daphnia) er små krepsdyr som lever i ferskvann og som kan gjennomgå visse endringer i morfologi, atferd og livshistoriestrategi i respons til kjemiske substanser (kairomoner) som skilles ut av predatorer. I et større eksperiment ble kloner av Daphnia magna eksponert for en gradient av kairomoner fra predatoren Chaoborus under utviklingen, og deretter for den bakterielle parasitten Pasteuria ramosa. Formålet var å se hvordan de responderer på multiple trusler.

Prosjektet har utviklet teori om hvordan organismer forsvarer seg og responderer på risiko, og om hvordan predatorer responderer på forsvarssignaler. I tillegg har metodikk blitt utviklet for bruk av signaldeteksjonsteori til modelleringsformål innen evolusjonær økologi. Metodikken gjør det enklere å modellere flere typer økologiske scenarioer innenfor signaldeteksjonsteoriens rammeverk. Flere artikler er under arbeid ved prosjektets slutt, og resultatene vil kunne øke innsikten i organismers forsvarssystemer og den naturlige seleksjonen som virker på dem.

The set of defensive mechanisms that protect organisms from their natural enemies is often very complex. In this project, we have developed mathematical models to study the evolution of organismal defence, and have conducted experiments with Daphnia as a model organism to test novel predictions from theory. A central focus in the project is to understand how costs associated with production and maintenance of defence traits might constrain the ability to express other traits. In the theoretical part, we also study defensive signals, including the selective conditions that favor multi-component signals. Moreover, we explore how information influences defence expression through phenotypic plasticity.