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Stable hydrogen isotope (D) values in songbird nestlings: effects of diet, temperature, and body size

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Abstract:

Stable hydrogen isotopes (D) can be a powerful tool for estimating the large-scale movements of animals, but the cause and extent of isotopic variation within animal tissues remain poorly understood. Here, we simultaneously examined three hypotheses to explain D variation in the blood (DB) of nestling Tree Swallows (Tachycineta bicolor (Vieillot, 1808)) from a single nest-box population in southern Ontario, Canada: (1) microgeographic and (or) temporal variation in D of local diet, (2) potential evaporation of protium resulting from variation in nest-box temperature, and (3) differences in body size resulting in higher rates of water loss and isotope fractionation in larger birds. DB ranged from -128‰ to -94‰, with a mean ± SD of -113‰ ± 7‰. Nest-box temperatures ranged from 21.5 to 38 °C immediately prior to blood collection. A general linear mixed-effects model explained 80% of the variation in DB and provided evidence that D values in prey, maximum temperature 1 day prior to blood collection, and body size were all significant predictors of DB. Our results suggest that isotopic variation in individuals and local populations arises from a combination of physiological factors and local environmental variation. To gain a complete understanding of how D values can be used to estimate animal movements, additional work is needed to determine how these factors influence other tissues, such as metabolically inert feathers, and animals of different age classes.

Les isotopes stables d’hydrogène (D) peuvent être de puissants outils pour estimer les déplacements à grande échelle des animaux, mais la cause et l’étendue de la variation isotopique dans les tissus animaux restent mal comprises. Nous examinons ici simultanément trois hypothèses pour expliquer la variation de D dans le sang (DB) d’hirondelles bicolores (Tachycineta bicolor (Vieillot, 1808)) au nid dans une seule population de pondoirs du sud de l’Ontario, Canada, soit (1) une variation micro-géographique et(ou) temporelle de D du régime alimentaire local, (2) une évaporation potentielle du protium due à la variation de la température dans le pondoir et (3) des différences de taille corporelle entraînant des taux plus élevés de perte d’eau et de fractionnation des isotopes chez les oiseaux plus grands. Les valeurs de DB varient de -128 ‰ à -94 ‰ avec une moyenne ± ET de -113 ‰ ± 7 ‰. Les températures des pondoirs variaient de 21,5 à 38 °C immédiatement avant le prélèvement sanguin. Un modèle linéaire général d’effets mixtes explique 80 % de la variation de DB et donne des indications que la valeur de D des proies, la température maximale un jour avant le prélèvement sanguin et la taille corporelle sont toutes des variables explicatives significatives de DB. Nos résultats indiquent que la variation isotopique chez les individus et les populations locales est causée par une combinaison de facteurs physiologiques et de variation locale de l’environnement. Afin d’obtenir une compréhension globale de la manière dont les valeurs de D peuvent servir à estimer les déplacements des animaux, il faudra faire des travaux additionnels pour déterminer comment ces facteurs influencent les autres tissus, tels que les plumes qui sont métaboliquement inertes, ainsi que les animaux des différentes classes d’âge.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2009

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  • Published since 1929, this monthly journal reports on primary research contributed by respected international scientists in the broad field of zoology, including behaviour, biochemistry and physiology, developmental biology, ecology, genetics, morphology and ultrastructure, parasitology and pathology, and systematics and evolution. It also invites experts to submit review articles on topics of current interest.
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