Lifestyle and environment affecting telomere dynamics in a long-distance migratory passerine - Kärkkäinen, Tiia (fi=Turun yliopisto|en=University of Turku|, 2021)
Telomeres cap the true ends of linear chromosomes and thus have a key role maintaining genomic and cellular integrity. Telomeres shorten with each cell division which can be accentuated by intrinsic (e.g. metabolic activities) and extrinsic (e.g. stress) factors. Critically short telomeres are unable to maintain the genomic integrity and thus are associated with a range of age-related diseases and overall mortality risk in a wide range of vertebrates. Consequently, telomere length is starting to be widely used as biomarker for future fitness and survival in ecological and evolutionary contexts. In this thesis, I studied the general appropriateness of telomere length as an indicator of long-term costs using published data on nonmammalian vertebrates, within-individual repeatability, and meta-analytical methods. I also investigated the effects of different environmental factors, namely predation pressure and interplays between pre- and post-natal conditions, on telomere dynamics using different experimental designs, and examined differences in telomere length among populations at a large geographical scale using the pied flycatcher (Ficedula hypoleuca) as a model species. First, I found telomere length to be reasonably repeatable within individuals to be used to estimate long-term costs. However, the repeatability estimates ranged from almost 0 to almost 1 implying that particular attention to the repeatability must be paid when making such inferences. Second, my studies revealed that (i) predator presence influences the preys’ telomere dynamics, (ii) a mismatch between pre-natal and realized post-natal conditions may impair future fitness, and (iii) telomere lengths can vary strikingly between populations of a same species. Predator presence seems to have a negative effect on adult, but positive effect on nestling telomere length. These differences may be explained by predator-induced stress, increased activity, and/or increased provisioning. A developmental mismatch resulted both in faster growth and telomere shortening in the early life in the first-hatched chicks, but in slow growth in the lasthatched chicks. Finally, there are marked differences in the telomere length of different pied flycatcher populations that could be due to the differences in genetics or in the breeding environment. These results add new dimensions to the knowledge of various factors that can deviate telomere length trajectories of closely related individuals and individuals within- and between-populations. Such knowledge could ultimately improve our understanding of life-history evolution and how organisms respond to environmental change.

Elämäntavan ja ympäristön vaikutukset telomeeridynamiikkaan pitkän matka muuttolinnulla Telomeerit suojaavat kromosomien päitä, joten niillä on tärkeä osa geenien ja solujen tasapainon ylläpidossa. Ne kuitenkin lyhenevät jokaisen solunjakautumisen yhteydessä ja erilaiset sisäiset (esim. aineenvaihdunnan toiminnat) ja ulkoiset (esim. stressi) tekijät voivat nopeuttaa lyhenemistä. Kriittisen lyhyet telomeerit eivät enää kykene ylläpitämään solutasapainoa, ja näin ollen ne on yhdistetty moniin vanhuuteen liitettyihin sairauksiin ja yleiseen kuolleisuuden riskiin monilla selkärankaisilla. Telomeerien pituutta onkin aloitettu käyttämään tulevan kelpoisuuden ja selviytymisen mittarina ekologian ja evoluutiobiologian aloilla. Väitöskirjassani tutkin ensin telomeerien pituuden soveltuvuutta tulevaisuuden kustannusten ennustamiseen analysoimalla telomeerimittausten toistettavuutta käyttäen jo julkaistuja selkärankaistutkimuksia ja meta-analyyttisia menetelmiä. Tutkin myös eri ympäristötekijöiden, eli saalistuspaineen ja kehitysaikaisten olosuhteiden vuorovaikutusten vaikutuksia telomeeridynamiikkaan käyttäen erilaisia koeasetelmia, sekä telomeerien pituuden maantieteellistä vaihtelua eri populaatioiden välillä käyttäen mallilajina kirjosieppoa (Ficedula hypoleuca). Havaitsin, että yksilön peräkkäiset telomeerimittaukset olivat riittävän toistettavia, jotta telomeerien pituudesta voisi arvioida tulevaisuuden kustannuksia. Toistettavuuden arviot kuitenkin vaihtelivat laajalti nollan ja yhden välillä, joten toistettavuus tulisi ottaa huomioon tällaisia arvioita tehtäessä. Muut tutkimukseni esittävät, että (i) pedon läsnäolo vaikuttaa saaliin telomeeridynamiikkaan, (ii) kehitysolosuhteiden välinen epätasapaino voi vaikuttaa kelpoisuuteen, ja (iii) saman lajin populaatioilla voi olla merkittävän eripituiset telomeerit. Pedon läsnäolo oli yhteydessä lyhyempiin telomeereihin aikuisilla, mutta pidempiin telomeereihin poikasilla. Näitä eroja voidaan mahdollisesti selittää pedosta johtuvalla stressillä ja lisääntyneellä aktiivisuudella, sekä poikasten ruokinnalla. Kehitysolosuhteiden epätasapaino kiihdytti sekä kasvua, että telomeerien lyhenemistä ensimmäisenä kuoriutuneilla poikasilla, mutta hidasti viimeisten poikasten kasvua. Telomeerien pituuksissa oli merkittäviä eroja kirjosieppopopulaatioiden välillä, jotka todennäköisesti selittyvät lisääntymisalueen elinympäristöjen tai geneettisillä eroilla. Nämä tutkimukset antavat lisätietoa tekijöistä, jotka voivat eriyttää lähisukulaisten, saman populaation yksilöiden, tai populaatioiden välisten yksilöiden telomeeridynamiikkaa toisistaan. Tällainen tieto voi lopulta edesauttaa elinkaarten evoluution ja eliöiden ympäristönmuutosvasteen ymmärtämistä.