TY - GEN A1 - Weyrich, Alexandra A1 - Jeschek, Marie A1 - Schrapers, Katharina T. A1 - Lenz, Dorina A1 - Chung, Tzu Hung A1 - Ruebensam, Kathrin A1 - Yasar, Sermin A1 - Schneemann, Markus A1 - Ortmann, Sylvia A1 - Jewgenow, Katarina A1 - Fickel, Jörns T1 - Diet changes alter paternally inherited epigenetic pattern in male Wild guinea pigs T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Epigenetic modifications, of which DNA methylation is the most stable, are a mechanism conveying environmental information to subsequent generations via parental germ lines. The paternal contribution to adaptive processes in the offspring might be crucial, but has been widely neglected in comparison to the maternal one. To address the paternal impact on the offspring's adaptability to changes in diet composition, we investigated if low protein diet (LPD) in F0 males caused epigenetic alterations in their subsequently sired sons. We therefore fed F0 male Wild guinea pigs with a diet lowered in protein content (LPD) and investigated DNA methylation in sons sired before and after their father's LPD treatment in both, liver and testis tissues. Our results point to a 'heritable epigenetic response' of the sons to the fathers' dietary change. Because we detected methylation changes also in the testis tissue, they are likely to be transmitted to the F2 generation. Gene-network analyses of differentially methylated genes in liver identified main metabolic pathways indicating a metabolic reprogramming ('metabolic shift'). Epigenetic mechanisms, allowing an immediate and inherited adaptation may thus be important for the survival of species in the context of a persistently changing environment, such as climate change. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1065 KW - DNA methylation KW - exposure KW - wild mammal species KW - inheritance KW - plasticity KW - adaptation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-460031 SN - 1866-8372 IS - 1065 ER - TY - THES A1 - Romero Mujalli, Daniel T1 - Ecological modeling of adaptive evolutionary responses to rapid climate change T1 - Ökologische Modellierung anpassungsfähiger evolutionärer Reaktionen auf schnellen Klimawandel N2 - A contemporary challenge in Ecology and Evolutionary Biology is to anticipate the fate of populations of organisms in the context of a changing world. Climate change and landscape changes due to anthropic activities have been of major concern in the contemporary history. Organisms facing these threats are expected to respond by local adaptation (i.e., genetic changes or phenotypic plasticity) or by shifting their distributional range (migration). However, there are limits to their responses. For example, isolated populations will have more difficulties in developing adaptive innovations by means of genetic changes than interconnected metapopulations. Similarly, the topography of the environment can limit dispersal opportunities for crawling organisms as compared to those that rely on wind. Thus, populations of species with different life history strategy may differ in their ability to cope with changing environmental conditions. However, depending on the taxon, empirical studies investigating organisms’ responses to environmental change may become too complex, long and expensive; plus, complications arising from dealing with endangered species. In consequence, eco-evolutionary modeling offers an opportunity to overcome these limitations and complement empirical studies, understand the action and limitations of underlying mechanisms, and project into possible future scenarios. In this work I take a modeling approach and investigate the effect and relative importance of evolutionary mechanisms (including phenotypic plasticity) on the ability for local adaptation of populations with different life strategy experiencing climate change scenarios. For this, I performed a review on the state of the art of eco-evolutionary Individual-Based Models (IBMs) and identify gaps for future research. Then, I used the results from the review to develop an eco-evolutionary individual-based modeling tool to study the role of genetic and plastic mechanisms in promoting local adaption of populations of organisms with different life strategies experiencing scenarios of climate change and environmental stochasticity. The environment was simulated through a climate variable (e.g., temperature) defining a phenotypic optimum moving at a given rate of change. The rate of change was changed to simulate different scenarios of climate change (no change, slow, medium, rapid climate change). Several scenarios of stochastic noise color resembling different climatic conditions were explored. Results show that populations of sexual species will rely mainly on standing genetic variation and phenotypic plasticity for local adaptation. Population of species with relatively slow growth rate (e.g., large mammals) – especially those of small size – are the most vulnerable, particularly if their plasticity is limited (i.e., specialist species). In addition, whenever organisms from these populations are capable of adaptive plasticity, they can buffer fitness losses in reddish climatic conditions. Likewise, whenever they can adjust their plastic response (e.g., bed-hedging strategy) they will cope with bluish environmental conditions as well. In contrast, life strategies of high fecundity can rely on non-adaptive plasticity for their local adaptation to novel environmental conditions, unless the rate of change is too rapid. A recommended management measure is to guarantee interconnection of isolated populations into metapopulations, such that the supply of useful genetic variation can be increased, and, at the same time, provide them with movement opportunities to follow their preferred niche, when local adaptation becomes problematic. This is particularly important for bluish and reddish climatic conditions, when the rate of change is slow, or for any climatic condition when the level of stress (rate of change) is relatively high. N2 - Eine aktuelle Herausforderung in der Ökologie und Evolutionsbiologie besteht darin, das Schicksal von Populationen verschiedener Lebewesen im Kontext einer sich verändernden Welt zu antizipieren. Der Klimawandel und die durch anthropologische Aktivitäten verursachten Landschaftsveränderungen sind im Laufe der Geschichte von großer Bedeutung geworden. Von den Organismen, die sich diesen Veränderungen stellen, wird erwartet, dass sie durch lokale Anpassung (d.h. genetische Veränderungen oder phänotypische Plastizität) oder durch Verschiebung ihres Verbreitungsgebietes (Migration) darauf reagieren. Allerdings sind diese Reaktionen begrenzt. So werden beispielsweise isolierte Populationen mehr Schwierigkeiten bei der Entwicklung adaptiver Neuheiten mittels genetischer Variation haben als vernetzte Metapopulationen. Ebenso kann die Topographie der Umgebung die Ausbreitungsmöglichkeiten für zum Beispiel kriechende Organismen im Vergleich zu denen, die auf Wind angewiesen sind, einschränken. So können Populationen von Arten mit unterschiedlichen Lebensstrategien verschiedene Fähigkeiten haben, mit den sich ändernden Umweltbedingungen umzugehen. Empirische Studien, die die Reaktionen von Organismen auf Umweltveränderungen untersuchen, können jedoch, je nach Taxon, zu komplex, langwierig und teuer werden. Ebenso sollten Komplikationen im Umgang mit gefährdeten Arten nicht außer Acht gelassen werden. Die ökoevolutionäre Modellierung bietet jedoch die Möglichkeit, diese Einschränkungen zu überwinden und empirische Studien zu ergänzen, die Wirkung und Grenzen der zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen und mögliche Zukunftsszenarien zu erstellen. In dieser Arbeit untersuche ich mittels einer Modellierungsmethode die Wirkung und relative Bedeutung evolutionärer Mechanismen (einschließlich phänotypischer Plastizität) auf die Fähigkeit zur lokalen Anpassung von Populationen mit unterschiedlichen Lebensstrategien, die Szenarien des Klimawandels durchleben. Dazu habe ich in einem Review den Stand der Technik ökoevolutionärer individuenbasierender Modelle (Individual-Based Models; IBMs) zusammengefasst und Ansätze für eine zukünftige Forschung identifiziert. Die Erkenntnisse des Reviews nutzte ich, um ein ökoevolutionäres, individuelles Modellierungsprogramm zu entwickeln. Dieses analysiert die Rolle genetischer und plastischer Mechanismen zur Förderung der lokalen Anpassung organismischer Populationen mit unterschiedlichen Lebensstrategien, welche Szenarien des Klimawandels und der ökologischen Stochastik erfahren. Die Umweltbedingungen wurden durch eine klimatische Variable (z.B. Temperatur) simuliert, die ein phänotypisches Optimum definiert, das sich mit einer bestimmten Änderungsrate bewegt. Verschiedene Änderungsraten wurden angewandt, um unterschiedliche Szenarien des Klimawandels darzustellen (keine Veränderung, langsamer, mittlerer, schneller Klimawandel). Es wurden mehrere Szenarien stochastischen Farbrauschens untersucht, die verschiedene klimatische Bedingungen widerspiegeln. Die Ergebnisse zeigen, dass Populationen sexueller Arten hauptsächlich auf genetische Variation und phänotypische Plastizität hinsichtlich lokalen Anpassung angewiesen sind. Populationen von Arten mit relativ langsamer Wachstumsrate (z.B. große Säugetiere), und insbesondere die mit kleiner Populationsgröße, sind am anfälligsten, vor allem wenn ihre Plastizität begrenzt ist (d.h. spezialisierte Arten). Wenn Individuen dieser Populationen zu adaptiver Plastizität fähig sind, können sie Fitnessverluste unter „rötlichen“ Klimabedingungen ausgleichen. Zugleich können diese Populationen durch Anpassung der Plastizität auch unter bläulichen Umweltbedingungen zurecht kommen (z.B. Bed-Hedging-Strategie). Im Gegensatz dazu können sich Lebensstrategen mit hoher Reproduktionszahl auf nicht-adaptive Plastizität zur lokalen Anpassung an neue Umweltbedingungen verlassen, es sei denn, die Änderungsrate ist zu schnell. Eine empfohlene Handlungsmaßnahme ist es, die Eingliederung von isolierten Populationen in Metapopulationen zu gewährleisten, so dass die genetische Variation erhöht werden kann. Wenn eine lokale Anpassung problematisch wird, sollte ihnen gleichzeitig Migrationsfreiraum gegeben werden, um ihrer bevorzugten Nische zu folgen. Dies ist besonders wichtig für „bläuliche“ und „rötliche“ Klimabedingungen, bei denen die Änderungsrate langsam ist, oder für jede klimatische Bedingung, wenn die Belastung (Änderungsrate) relativ hoch ist. KW - climate change KW - local adaptation KW - plasticity KW - evolution KW - individual-based model KW - Klimawandel KW - lokale Anpassung KW - Plastizität KW - Evolution KW - Individuen-basierende Modelle Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-430627 ER - TY - GEN A1 - Herde, Antje A1 - Eccard, Jana T1 - Consistency in boldness, activity and exploration at different stages of life N2 - Background: Animals show consistent individual behavioural patterns over time and over situations. This phenomenon has been referred to as animal personality or behavioural syndromes. Little is known about consistency of animal personalities over entire life times. We investigated the repeatability of behaviour in common voles (Microtus arvalis) at different life stages, with different time intervals, and in different situations. Animals were tested using four behavioural tests in three experimental groups: 1. before and after maturation over three months, 2. twice as adults during one week, and 3. twice as adult animals over three months, which resembles a substantial part of their entire adult life span of several months. Results: Different behaviours were correlated within and between tests and a cluster analysis showed three possible behavioural syndrome-axes, which we name boldness, exploration and activity. Activity and exploration behaviour in all tests was highly repeatable in adult animals tested over one week. In animals tested over maturation, exploration behaviour was consistent whereas activity was not. Voles that were tested as adults with a three-month interval showed the opposite pattern with stable activity but unstable exploration behaviour. Conclusions: The consistency in behaviour over time suggests that common voles do express stable personality over short time. Over longer periods however, behaviour is more flexible and depending on life stage (i.e. tested before/after maturation or as adults) of the tested individual. Level of boldness or activity does not differ between tested groups and maintenance of variation in behavioural traits can therefore not be explained by expected future assets as reported in other studies. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 376 KW - animal personality KW - behavioural type KW - Microtus arvalis KW - common vole KW - plasticity KW - consistency KW - repeatability Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-401395 ER - TY - GEN A1 - Kliegl, Reinhold T1 - Kognitive Plastizität und altersbedingte Grenzen am Beispiel des Erwerbs einer Gedächtnistechnik T1 - Cognitive plasticity and age-related limits illustrated for the acquisition of a mnemonic skill N2 - Die Bedeutung kognitiver Entwicklungskapazität (Plastizität) und ihrer altersabhängigen Grenzen für Theorien kognitiven Alters wird thematisiert. Für kognitive Basisprozesse wird erwartet, daß die durch Training umgesetzte Entwicklungskapazität älterer Menschen zwar ausreicht, die Ausgangsleistung junger Erwachsener zu übertreffen, daß aber aufgrund altersbedingter Grenzen der Entwicklungskapazität nur sehr wenige ältere Erwachsene das Leistungsniveau trainierter junger Erwachsener erreichen werden. Am Beispiel eines Gedächtnistrainingsprogrammes zur Erhöhung der Merkfähigkeit für Wortlisten werden zwei Forschungsstrategien vorgestellt: (a) das Training von sehr leistungsfähigen älteren Erwachsenen und (b) Längsschnitt-Einzelfall-Studien. Die experimentellen Befunde bestätigten die theoretischen Erwartungen. Zwar waren die Leistungen der besten älteren Erwachsenen etwa doppelt so hoch wie die untrainierter junger Erwachsener, aber die durch das Training aufgedeckten Altersverluste konnten auch in bis zu 75 weiteren Übungsstunden nicht behoben werden. N2 - The relevance of developmental reserve capacity (plasticity) and associated age-related limits for theories of cognitive aging is discussed. For basic cognitive mechanisms, older adults' developmental reserve capacity is expected to be sufficient to surpass young adults' baseline performance. Aging-related limits of this reserve, however, will allow only very few older adults to achieve levels of performance characteristic of trained young adults. Two research strategies (designed to engineer a mnemonic skill for serial recall of words) are described: (a) training of positively selected, mentally very fit older adults and (b) longitudinal single case studies. Experimental results were in agreement with the theoretical expectations. The best older adults scored about twice as high as untrained young adults but even with up to 75 additional experimental sessions the age difference generated by the cognitive intervention was not overcome. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - paper 154 KW - plasticity KW - reserve capacity KW - testing-the-limits KW - adult age differences KW - mnemonic skill KW - memory Y1 - 1989 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-40321 ER - TY - GEN A1 - Baltes, Paul B. A1 - Kliegl, Reinhold T1 - Lernen und Gedächtnis im Alter : über Plastizität und deren Grenzen T1 - Learning and memory in old age N2 - Gedächtnishöchstleistungen sind auch im Alter möglich. Dies konnte am Beispiel der »Methode der Orte« experimentell bestätigt werden. Hierbei hat sich gezeigt, daß das Gehirn über große kognitive Kapazitätsreserven verfügt. In einer speziellen Testmethode (»testing the limits«) zeigt sich aber im Hochleistungsbereich, trotz der grundsätzlichen Plastizität, ein altersbezogenes Nachlassen der Gedächtnismechanik. Offenbar gibt es biologische Grenzen in der Schnelligkeit der menschlichen Vorstellungskraft. Vielleicht gelingt es auf der Grundlage dieser Erkentnnis, einen zuverlässigen Markierungsindikator für das hirnphysiologische Altern zu finden. Daraus könnten sich auch neue Methoden zur Früherkennung von Demenzen ableiten lassen. N2 - A very high level of performance in memory is also possible in old age. This could be confirmed, for example, by experiments using the »method of loci«. It was shown that the human brain has available a large cognitive developmental reserve capacity. Nevertheless, a special method of assessment (»testing the limits«) revealed a robust age related decrease of memory mechanics at the high performance level despite this basic plasticity. Obviously, there are biologic limits of the speed of human imagination. Perhaps it will be possible to find a reliable marker of brainphysiologic aging based on this knowledge. Furthermore, new methods in early detection of dementias might be derived from the approach described. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Humanwissenschaftliche Reihe - paper 150 KW - Lernen KW - Gedächtnis KW - Alter KW - Plastizität KW - Methode der Orte KW - Testing the limits KW - Demenz KW - Learning KW - memory KW - old age KW - plasticity KW - method of places KW - testing the limits KW - dementia Y1 - 1988 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-40277 ER -