Altitudinal variation in haemosporidian parasite distribution in great tit populations.

BACKGROUND: One of the major issues concerning disease ecology and conservation is knowledge of the factors that influence the distribution of parasites and consequently disease outbreaks. This study aimed to investigate avian haemosporidian composition and the distribution of these parasites in three altitudinally separated great tit (Parus major) populations in western Switzerland over a three-year period. The objectives were to determine the lineage diversity of parasites occuring across the study populations and to investigate whether altitudinal gradients govern the distribution of haemosporidian parasites by lineage. METHODS: In this study molecular approaches (PCR and sequencing) were used to detect avian blood parasites (Plasmodium sp., Haemoproteus sp. and Leucocytozoon sp.) in populations of adult great tits caught on their nests during three consecutive breeding seasons. RESULTS: High levels of parasite prevalence (88-96%) were found across all of the study populations with no significant altitude effect. Altitude did, however, govern the distribution of parasites belonging to different genera, with Plasmodium parasites being more prevalent at lower altitudes, Leucocytozoon parasites more at high altitude and Haemoproteus parasite prevalence increasing with altitude. A total of 27 haemosporidian parasite lineages were recorded across all study sites, with diversity showing a positive correlation to altitude. Parasites belonging to lineage SGS1 (P. relictum) and PARUS4 and PARUS19 (Leucocytozoon sp.) dominated lower altitudes. SW2 (P. polare) was the second most prevalent lineage of parasite detected overall and these parasites were responsible for 68% of infections at intermediate altitude, but were only documented at this one study site. CONCLUSIONS: Avian haemosporidian parasites are not homogeneously distributed across host populations, but differ by altitude. This difference is most probably brought about by environmental factors influencing vector prevalence and distribution. The high occurrence of co-infection by different genera of parasites might have pronounced effects on host fitness and should consequently be investigated more rigorously.

Characterising avian haemosporidian communities : ecological factors, parasite persistence and co-infection

Les parasites jouent un rôle clef dans l'évolution des comportements et des traits d'histoire de vie de leurs hôtes. Le parasitisme s'avère parfois dévastateur à l'échelle de population d'hôtes, et peut également altérer certains traits associés à la valeur sélective d'un individu infecté, tels que son succès reproducteur ou encore son taux de mortalité. La coévolution hôte/parasite, qui représente l'une des forces sélectives les plus puissantes dans l'évolution des organismes, peut également conduire les partenaires de l'association parasitaire à s'adapter localement à des environnements hétérogènes. Cette thèse porte sur l'étude de parasites aviaires, du genre Plasmodium, Haemopro- teus et Leucocytozoon (Haemosporidae), naturellement associés à différentes populations de mésanges charbonnières (Parus major) et d'hirondelles des fenêtres (Delichon ur- bicum). Dans un premier temps, nous avons cherché à déterminer comment se distribuent ces parasites au sein de différentes populations hôtes et si ces communautés de parasites sont structurées. Par la suite, la principale question à laquelle nous voulions répondre était de savoir comment ces parasites, et notamment après coexistence de plusieurs lignées génétiques d'Haemosporidae au sein dun même-individu (i.e. co-infection), affectent la physiologie et le succès de reproducteur des hôtes. Nos résultats suggèrent que la distribution des Haemosporidae est principalement gouvernée par la présence d'insectes vecteurs et que la persistance de l'infection chez les hôtes varie en fonction du genre d'Haemosporidae (Chapitre 1-2). Par ailleurs, nous avons trouvé que des lignées de parasite génétiquement distinctes peuvent avoir des effets contrastés sur leurs hôtes. Par exemple, les hôtes exhibent des différences de parasitémie marquées en fonction des lignées de parasites responsable de l'infection. De plus, le succès reproducteur ainsi que la charge parasitaire des mésanges infectées par Plasmodium ou Haemoproteus n'étaient pas affecté par l'infection simultanée avec Leucocytozoon (Chapitre 2-3). Dans le Chapitre 4, j'ai examiné la capacité immunitaire de mésanges charbonnières infectées par des hémosporidies. Les résultats n'ont pas été concluant, et je suggère fortement une réévaluation de ceux-ci dans de futures études. Les mésanges charbonnières ne semblent pas signaler leur statut infectieux par la coloration de leur plumage (Chapitre 5); toutefois, la coloration noire des plumes reflète l'état de stress oxydatif des mésanges, qui dépend lui-même de l'infection parasitaire. La coloration verte pourrait également indiquer la qualité des soins paxentaux délivrés par les mésanges adultes femelles à leurs petits, comme le suggère la corrélation que nous avons observée entre la masse des jeunes d'une nichée et la coloration de leur mère. Les hirondelles capturées en Algérie souffrent plus de l'infection que celles échantillon¬nées en Europe (Chapitre 6). Les similitudes observées entre les communautés de par¬asites affectant les populations européennes et celles des populations nord-africaines suggèrent que la transmission des parasites a lieu lors de la migration vers le sud. A l'instar de nos observations sur les mésanges dans les chapitres 2 et 3, les hirondelles co-infectées ne montrent pas d'altérations de leur condition physique. Cette thèse démontre qu'il existe, au sein des populations de mésanges charbonnières, des interactions antagonistes entre, d'une part, les parasites et leurs hôtes et d'autre part, entre différent parasites. Le résultat de ces interactions antagonistes varie en fonction des espèces et de la zone géographique considérée. Nous avons démontré que les interactions ne suivent pas toujours la théorie, puisque la coevolution qui, en suivant le concept de la virulence, devrait augmenter la charge parasitaire et diminuer la condition physique des hôtes, ne montre pourtant pas d'impact négatif sur les populations de mésanges. Nous pouvons maintenant concentrer nos efforts à la caractérisation des interactions antagonistes. De plus, grâce aux avancées des méthodes moléculaires, nous pouvons suivre et étudier en détails comment ces interactions se manifestent et quels sont leurs effets sur la condition physique des hôtes. - Parasites are key in shaping various behavioural and life-history traits of their hosts. The influence of parasitism on host populations varies from slight to devastating and might influence such parameters as mortality rates or reproductive success. Host-parasite coevolution is one of the most powerful selective forces in evolution and can lead to local adaptation of parasites and hosts in spatially structured environments. In this thesis, I studied haemosporidian parasites in different populations of great tits (Parus major) and house martins (Delichon urbicum). Firstly, I wanted to determine how parasites are distributed and if parasite communities are structured. The main question I wanted to address hereafter was how parasites, and specifically infection with multiple genera of parasites (i.e. co-infection) influenced host physiology and reproductive success. I found that parasite distribution is environmentally driven and could therefore be closely linked to vector prevalence; and that the stability of parasite infection over time is genus-dependent (Chapter 1 - 2). I further found that different haemosporidian lineages might interact differently with their hosts as parasitaemia was strongly lineage-specific and that the presence of Leucocytozoon parasites showed no correlation to Plasmodium or Haemoproteus parasitaemia, nor to great tit reproductive success (Chapter 2-3). In Chapter 4 I examined immune capacity of haemosporidian-infected great tits. The results proved inconclusive, and I strongly suggest re-evaluation hereof in future work. Great tits do not appear to signal parasite infection through plumage colouration (Chapter 5); however, infection did have a link to oxidative stress resistance which is strongly signalled through the black breast stripe, with darker males being more resistant and darker females less resistant. Females might incur different costs associated with darker stripes. This would allow reversal of signaling function. Green colouration could also serve as a cue for female provisioning quality as indicated by the strong correlation between colouration and chick body mass. Breeding house martins caught in Algeria suffer greater haemosporidian infection than European populations (Chapter 6). Similar parasite communities in European and North-African populations suggest transmission of parasites may occur during southward migration. Similarly to what was observed in great tits in Chapter 2 and 3, no relationship was found between parasite co-infection and Swiss house martin body condition. This thesis demonstrates that host-parasite and inter-parasite antagonistic interac¬tions exist in great tit populations. How these interactions play out is species dependent and varies geographically. I have demonstrated that interactions do not always follow the theory, as co-infection - which under the concept of virulence should increase parasitaemia and decrease body condition - showed no negative impact on great tit populations. We can now concentrate our efforts on characterising these antagonistic interactions, and with the advance in molecular methods, track and investigate how these interactions play out and what the effect on host fitness is.

Avian haemosporidian persistence and co-infection in great tits at the individual level.

BACKGROUND: Many studies have tracked the distribution and persistence of avian haemosporidian communities across space and time at the population level, but few studies have investigated these aspects of infection at the individual level over time. Important aspects of parasite infection at the individual level can be missed if only trends at the population level are studied. This study aimed to determine how persistent Haemosporida are in great tit individuals recaptured over several years, whether parasitaemia differed by parasite lineage (mitochondrial cytochrome b haplotype) and how co-infection (i.e. concurrent infection with multiple genera of parasites) affects parasitaemia and body mass. METHODS: Parasite prevalence was determined by polymerase chain reaction (PCR), quantitative PCR were used to assess parasitaemia and sequencing was employed to determine the identity of the lineages using the MalAvi database. RESULTS: Haemosporidian prevalence was high over sampled years with 98% of 55 recaptured individuals showing infection in at least one year of capture. Eighty-two percent of all positive individuals suffered co-infection, with an overall haemosporidian lineage diversity of seventeen. Plasmodium and Haemoproteus parasites were found to be highly persistent, with lineages from these genera consistently found in individuals across years and with no differences in individual parasitaemia being recorded at subsequent captures. Conversely, Leucocytozoon parasites showed higher turnover with regard to lineage changes or transitions in infection status (infected vs non-infected) across years. Parasitaemia was found to be lineage specific and there was no relationship between Plasmodium parasitaemia or host body condition and the presence of Leucocytozoon parasites. CONCLUSIONS: The findings of this study suggest that different genera of haemosporidian parasites interact differently with their host and other co-infecting parasites, influencing parasite persistence most likely through inter-parasite competition or host-parasite immune interactions. Even-though co-infections do not seem to result in increased virulence (higher parasitaemia or poorer host body condition), further investigation into infection potential of these parasites, both individually and as co-infections, is necessary.

Habitat fragmentation, ecology and sexual selection in forest bird species in Monteverde, Costa Rica

Abstract Forest fragmentation is often associated with local extinction and changes in species abundance patterns. The main topic of this thesis is the effect of forest fragmentation on birds in Monteverde, Costa Rica. This thesis also studies aspects of sexual selection and ecology of Long-tailed Manakins, Chiroxiphia Linearis. Chapter 1 investigates bird species assemblages in two degrees of forest fragmentation. It is shown that the distribution, abundance and diversity of forest bird species are strongly influenced by the amount of forest in the landscape matrix. Presence of cattle within the forest influences the presence of some bird species. The prevalence and intensity of ticks and blood parasites on birds in relation to fragmentation is described in Chapter 2. Overall tick prevalence is 3%. Understory birds are significantly more infested with ticks than species at intermediate heights. Tick prevalence on birds does not differ significantly between two degrees of forest fragmentation and individual tick loads tend to be higher in High- than in Low-fragmentation sites. Infestations by the blood parasites Haemoproteus sp. was low except in white-eared ground sparrow, Melozone leucotis, that is 28% and is significantly higher in High- than in Low-fragmentation sites. In chapter 3 results on the ecology and habitat movements of the Bare-necked Umbrellabird, Cephalopterus glabricollis, are presented. The abundance of umbrellabirds at high elevations during the breeding season coincides with the highest peak of fruit abundance. Birds leave the protected area during the non-breeding season moving to unprotected forest fragments. In chapter 4 ontogenetic changes in feather morphology through sexual maturity in Long-tailed Manakins are described. In adult males, rectrices length is positively correlated to testis volume. Changes in male morphology during ontogeny in the long-tailed manakin appear to be associated with their specific-display behaviours. Significant interpopulation differences in the morphology of Long-tailed Manakins are shown in chapter 5. These differences are more accentuated in morphological traits related to flight displays. A field experiment demonstrates that long rectrices impose flying costs for males and females. A reduction in flying ability was found to be strongest in males from a population presenting the highest degree of sexual dimorphism. Résumé La fragmentation des forêts est souvent associée avec des modifications dans l'abondance des espèces et des extinctions locales. Le thème principale de cette thèse est l'étude de l'effet de la fragmentation des forêts sur les oiseaux de Monteverde, Costa Rica. Elle décrit par ailleurs certains aspects de la sélection sexuelle et l'écologie du manakin à longue queue, Chiroxiphia linearis. Dans le Chapitre 1 je montre que la distribution, l'abondance et la diversité des assemblages d'oiseaux vivant dans la forêt sont fortement influencées pas le degré de fragmentation de celle ci. Par ailleurs, la présence ou l'absence de bétail dans les forêts influence la présence de certaines espèces d'oiseaux. Dans le chapitre 2 j'ai étudié la prévalence et l'intensité d'infestation par des tiques ainsi que la présence de parasites sanguins chez les oiseaux en relation avec la fragmentation des forêts. La prévalence globale de tiques est de 3 %, les oiseaux vivant au niveau du sol étaient plus souvent infectés par des tiques que les espèces se déplaçant à un niveau plus élevé. La prévalence de tiques sur les oiseaux n'était pas significativement différente entre les paysages avec différentes fragmentations. Les parasites sanguins du genre Haemoproteus sp. étaient présents à très basse fréquence à l'exception chez Melozone leucotis ou la prevalence était de 28% et significativement plus élevée chez les oiseaux vivant dans les forêts à forte fragmentation. Dans le Chapitre 3 je présente des résultats sur l'écologie et les mouvements entre habitats chez le "Bare-necked umbrellabird", Cephalopterus glabricollis. Cette espèce endémique du Costa Rica niche à haute altitude durant la période d'abondance des fruits et réalise une migration altitudinale vers des zones basses durant la saison de non reproduction. Dans le chapitre 4 je présente les changements ontogénétiques dans la morphologie du plumage des manakins à longue queue. Chez les mâles, les changements de morphologie semblent être associés avec leurs comportements de parade spécifiques. Dans le chapitre 5 je présente des différences morphologiques significative entre deux populations chez le manakin à longue queue et je montre que la capacité de vols chez les mâles est plus fortement influencée dans la population avec le degré de dimorphisme sexuel le plus prononcé.