Rodents exhibit diverse biology, mating systems and diverse sperm morphology. Different levels of sperm competition have therefore been found in this group. Generally, it is accepted that sperm competition in animals causes the prolongation of sperm tails. However, what other sperm morphological adaptations in rodents are affected by sperm competition? Species-specific sexual selection likely optimizes sperm morphology. Sperm physiology, morphology and competition may be influenced, ultimately, by environmental factors. This Ph.D. thesis focuses on sperm competition in murine rodents. The thesis contains three research articles (including one as a submitted manuscript). In addition, another published article, partialy related to the topic of this thesis, is represented in the Appendix. The sperm morphology in rodents plays an important role in sperm competition. Longer tails and apical hooks are usually found in the species with relatively larger testes and with higher percentage of multiple paternity (i.e. rate of promiscuity), that is in species with the higher risk of sperm competition. The goal of the first study was to investigate the relationships between relative testis weight and sperm traits (apical hook and tail lengths and variance in this traits). The apical hook length was positively...

Tempestades acompanhadas por diferentes combinações de ventos, chuvas, variações bruscas de temperatura e de radiação solar são manifestações climáticas frequentemente associadas com queda na pressão atmosférica. Para os insetos, especialmente os pequenos insetos, estas condições de mau tempo são desfavoráveis e podem acarretar alta mortalidade na sua população. Neste trabalho foi demonstrado que as mudanças na pressão atmosférica influenciaram várias atividades do comportamento sexual nos insetos em ao menos três ordens, representados por Pseudaletia unipuncta (Haworth) (Lepidoptera: Noctuidae), Macrosiphum euphorbiae (Thomas) (Hemiptera: Aphididae) e Diabrotica speciosa (Germar) (Coleoptera: Chrysomelidae). Os parâmetros comportamentais observados foram: (i) Resposta de atração do macho ao feromônio sexual (para D. speciosa); (ii) comportamento de chamamento das fêmeas (para P. unipuncta e M. euphorbiae); e (iii) comportamento de cópula (para D. speciosa, P. unipuncta e M. euphorbiae). Estes parâmetros, por sua vez, foram analisados sob diferentes condições de pressão atmosférica no Brasil (Bra) e Canadá (Can). Levando-se em conta dados históricos nestes locais, foi definido como condições estáveis de pressão atmosférica variações de ±1,5mbar (Bra) e ±1,0mbar (Can); aumento de pressão variando de +2,0mbar (Bra) e +4,0mbar (Can); e queda de pressão variando de -2,0mbar (Bra) e -4,0mbar (Can), ao longo das seis horas anteriores a cada bioensaio. Os machos de D. speciosa responderam ativamente ao feromônio sexual em condições estáveis e de aumento da pressão atmosférica, porém permanecerem imóveis em condições de queda da pressão atmosférica. As fêmeas de P. unipuncta realizaram comportamento de chamamento sob condições estáveis e aumento da pressão atmosférica, reduzindo sensivelmente este comportamento quando houve queda da pressão atmosférica. As fêmeas de M. euphorbiae apresentaram comportamento de chamamento apenas em condições estáveis de pressão atmosférica, e permaneceram em repouso sob aumento e queda da pressão atmosférica. O comportamento de cópula em P. unipuncta e M. euphorbiae foi realizado preferencialmente sob condições estáveis de pressão atmosférica, e intensamente reduzidos em condições de queda e aumento de pressão atmosférica. Em D. speciosa, apesar dos casais terem realizado a cópula, independentemente das variações observadas de pressão atmosférica, o tempo investido e as sequências comportamentais durante essas cópulas foram encurtadas nas condições de queda da pressão atmosférica. Os resultados aqui apresentados demonstraram que o comportamento sexual dos insetos foi influenciado pelas variações da pressão atmosférica, e aparentemente, a percepção antecipada dessas variações teria um valor adaptativo importante, selecionando os indivíduos mais aptos, permitindo assim sua sobrevivência em razão das mudanças bruscas nas condições atmosféricas. / Storms accompanied by different combinations of wind, rain, sudden changes in temperature and solar radiation are climatic events often associated with decreasing atmospheric pressure. For insects, especially small insects, these weather conditions are unfavorable and can cause high mortality in a population. This study showed that changes in atmospheric pressure affected various activities of the sexual behavior in insects of at least three orders, represented by Pseudaletia unipuncta (Haworth) (Lepidoptera: Noctuidae), Macrosiphum euphorbiae (Thomas) (Hemiptera: Aphididae) and Diabrotica speciosa (Germar) (Coleoptera: Chrysomelidae). The behavior parameters observed were: (i) male response to sex pheromone (for D. speciosa), (ii) calling behavior of females (for P. unipuncta and M. euphorbiae) and mating behavior (for D. speciosa, P. unipuncta and M. euphorbiae). These parameters were analyzed under different atmospheric pressure conditions in Brazil (Bra) and Canada (Can). According to historic data in these locations, the variations in atmospheric pressure were determined as stable when varying ±1,5mbar (Bra) and ±1,0mbar (Can); increasing when varying +2,0mbar (Bra) and +4,0mbar (Can) and decreasing when varying -2,0mbar (Bra) and -4,0mbar (Can), throughout six hours preceding each bioassay. D. speciosa males responded to the sex pheromone in stable and increasing atmospheric pressures, but remained still in decreasing atmospheric pressure. P. unipuncta females called under stable and increasing atmospheric pressures, and reduced its behavior considerably when there was a decrease in atmospheric pressure. M. euphorbiae females called only under stable atmospheric pressure, and remained still under increasing and decreasing atmospheric pressures. The mating behavior in P. unipuncta and M. euphorbiae occurred preferably under stable conditions, and was reduced in increasing and decreasing atmospheric pressures. D. speciosa, despite mating under variations in atmospheric pressure, invested less time and shortened the behavioral sequences under decreasing pressure. The results presented here demonstrated that the sexual behavior of insects was influenced by variations in atmospheric pressure and, apparently, the early perception of these changes may add an important adaptive value to them, since it selects those who respond to these conditions, allowing their survival under changes in climatic conditions.

Territórios resultam de competição por interferência que leva ao uso exclusivo do espaço. A territorialidade então depende da variação espaço-temporal na disponibilidade de recursos e está, geralmente, associada ao sistema de acasalamento. A defesa de território deve ocorrer quando os benefícios superam os custos, e essa relação custo-benefício deve ser afetada por fatores ecológicos (disponibilidade de recursos e densidade populacional), assim como variações individuais (sexo e maturidade) e sazonais (época reprodutiva) que determinam quais e quando os recursos são importantes. Embora as estratégias territoriais dos indivíduos devam variar com as condições ambientais, potencialmente levando a diferentes sistemas territoriais⁄ de acasalamento em diferentes populações, estudos prévios sobre territorialidade geralmente avaliam somente uma população e⁄ou consideram condições ambientais relativamente homogêneas. Utilizando um banco de dados extenso de captura-marcação-recaptura em 9 populações de um roedor generalista (Akodon montensis), e usando a sobreposição da área de vida como proxy de não-territorialidade, pretendemos entender os determinantes ecológicos, individuais e sazonais das estratégias territoriais dos indivíduos, e avaliar se a variação nas estratégias individuais pode levar a uma transição entre sistemas territoriais⁄ de acasalamento. Como previsto, identificamos que a sobreposição das áreas de vida foi maior entre machos do que entre fêmeas e aumentou com a densidade populacional. Também aumentou de machos imaturos para machos maduros, mas diminuiu de fêmeas imaturas para fêmeas maduras, sugerindo que a diferença na territorialidade entre os sexos é definida após a maturidade sexual. O efeito negativo da disponibilidade de fêmeas na sobreposição da área de vida entre machos foi mais forte na época reprodutiva, como esperado. Mais importante, no entanto, o efeito da disponibilidade de fêmeas na sobreposição da área de vida foi fortemente dependente do sexo. À medida que a disponibilidade de fêmeas aumenta, a sobreposição da área de vida aumentou entre fêmeas, mas diminuiu entre machos, indicando que quando as fêmeas deixam de defender território (e ficam mais agregadas) devido ao aumento da competição entre elas, os machos passam a defender território. Nosso estudo ressalta que as estratégias territoriais são muito variáveis entre indivíduos, o que é consistente com a plasticidade ecológica e fisiológica em Akodon montensis reportada em outros trabalhos, e sugere que diferenças suficientes nas condições ambientais podem levar à transição entre sistemas territoriais⁄ de acasalamento / Territories result from interference competition that leads to exclusive use of space. Territoriality thus depends on the spatial and temporal variation in resource availability, and is usually associated with mating systems. Territorial defense should occur when benefits outweigh costs, and this balance should be determined by ecological factors (resource availability and population density), as well as individual (gender and sexual maturity) or seasonal (breeding season) variations that determine which and when resources are important. Although individual territorial strategies should vary with changing environmental conditions, possibly leading to multiple territorial⁄mating systems among populations, previous studies on territoriality focused mostly on single populations and/or on relatively homogeneous environmental conditions. Relying on an extensive capture-recapture dataset from 9 populations of a generalist rodent (Akodon montensis), and using home range overlap as a proxy of non-territoriality, we aim to understand the ecological, individual and seasonal determinants of individual territorial strategies, and investigate whether variation in individual strategies can lead to transitions between territorial⁄mating systems. We identified that home range overlap was larger between males than females and increased with population density, as expected. It also increased from immature to mature individuals among males, but the opposite was true among females, suggesting that differences in territoriality between genders is established after sexual maturity. The negative effect of female availability on home range overlap between males was stronger in the breeding season, as expected. More importantly, though, the effect of female availability on home range overlap was strongly gender dependent. As female availability increased, home range overlap increased between females but decreased between males, suggesting that when females become non-territorial (and thus more aggregated) because of increased competition with other females, males become territorial. Our study highlights territorial strategies are extremely variable among individuals, which is consistent with previously reported ecological and physiological plasticity in Akodon montensis, and suggests that sufficient changes in environmental conditions could lead to transitions between territorial⁄mating systems

O objetivo geral desta tese foi investigar como a distribuição espacial dos indivíduos influencia a organização dos sistemas de acasalamento e a intensidade da seleção sexual. A tese contém dois capítulos em que analisamos dados empíricos e dois capítulo em que abordamos questões mais teóricas mais gerais. No primeiro capítulo, avaliamos como a distribuição espacial de haréns defendidos por machos territoriais influencia a rede de competição espermática que existe entre machos do opilião Serracutisoma proximum. No segundo capítulo, propusemos um modelo probabilístico de escolha de parceiros que leva em consideração o fato de que as fêmeas estão restritas a amostrar apenas alguns machos da população, e que essa restrição é imposta principalmente pela distribuição espacial dos indivíduos. Nosso modelo foi mais acurado do que modelos alternativos que ignoram o espaço. No terceiro capítulo, investigamos os movimentos de busca de parceiros do besouro Leptinotarsa undecimlineata. Encontramos que tanto machos quanto fêmeas se movimentam estrategicamente, saindo de onde estão quando não obtém cópulas buscando áreas próximas e com muitos parceiros em potencial. Finalmente, no quarto capítulo, voltamos a explorar o efeito de restrições espaciais sobre a escolha de parceiros. Usamos simulações baseadas em indivíduos para investigar como a restrição espacial influencia a seleção sexual e a evolução de ornamentos sexualmente selecionados. Encontramos que quanto maior o número de parceiros que as fêmeas podem amostrar durante a escolha, mais intensa é a seleção sexual, o que permite a evolução de ornamentos mais exagerados nos machos. Além disso, analisamos um conjunto de dados publicados sobre a intensidade de seleção sexual e observamos que estes se ajustam às previsões do modelo teórico. Concluímos que o espaço é muito mais importante para a organização de sistemas de acasalamento e para a intensidade da seleção sexual do que se acreditava previamente. Esperamos que as idéias propostas aqui encontrem terreno fértil na mente do leitor e que gerem novos e estimulantes desdobramentos no campo teórico e empírico / The main goal of this thesis was to investigate how the spatial distribution of individuals influences the organization of the mating systems and the intensity of sexual selection. The thesis contains two empirical chapters and two chapters with a theoretical scope. In the first chapter, we investigate how the spatial distribution of harems defended by territorial males influences the sperm competition network among males of the harvestman Serracutisoma proximum. In the second chapter, we proposed a probabilistic model of mate choice that includes the spatial constraint in the analyses of mate choice. This model takes into account the fact that females are restricted to sample only some males available in the population, and that this restriction is imposed primarily by the spatial distribution of individuals. In the third chapter, we investigate the mate searching movements of the leaf beetle Leptinotarsa undecimlineata. We found that both males and females move strategically, leaving the host plant when they do not obtain copulations and seeking neighboring areas with many potential mates. Finally, in the fourth chapter, we explore the effect of spatial restrictions on mate choice. We used individual based simulations to investigate how spatial restrictions influence sexual selection and the evolution of sexually selected ornaments. We found that the higher the number of potential partners female can sample during mate choice, the more intense is sexual selection, which leads to the evolution of more exaggerated male ornaments. In addition, we analyzed a published dataset of intensity of sexual selection and found that the data adjust to the predictions made by our simulations. We conclude that the space is much more important than previously thought to mating systems organization and the intensity of sexual selection. We hope the ideas proposed here can flourish in the minds of the readers, stimulating both empirical and theoretical follow ups

Para avaliar a quantidade ótima de energia e recursos a ser investida em reprodução, um animal deve não só acessar informações sobre sua própria condição corporal, como acessar também informações sobre coespecíficos presentes no ambiente em que vive. Este trabalho investigou essas duas vias (endógena e exógena) de obtenção de informação. Utilizando como organismo modelo a aranha Paratrechalea ornata (Trechaleidae), uma espécie em que os machos produzem presentes nupciais, este estudo investigou: (a) se machos investem mais tempo de busca quando na presença de pistas químicas de fêmeas virgens; (b) se machos aumentam ou diminuem o investimento na produção do presente nupcial quando há pistas da presença de machos competidores; (c) se restrições alimentares impõem efeitos de curto e longo prazo sobre o comportamento de construção de presentes nupciais. Machos mostraram preferência por locais com pistas da presença de fêmeas, mas não diferenciaram pistas de fêmeas virgens e copuladas. Diante de pistas da presença de um macho competidor, machos produziram presentes de menor qualidade, com menos seda. Por fim, restrições alimentares provocam efeitos de curto e longo prazo no comportamento reprodutivo dos machos, diminuindo a frequência de produção do presente nupcial e o tamanho do presente construído. Conjuntamente, os três experimentos realizados mostram que machos de P. ornata utilizam tanto informações exógenas quanto endógenas para ajustar seu investimento em reprodução. A combinação das informações obtidas deve aumentar a eficiência no gasto de energia, maximizando o sucesso reprodutivo dos machos sem que isso prejudique a manutenção de seu organismo / To evaluate the optimal amount of energy and resources to be invested in reproduction, animals should not only obtain information about their own body condition, but they should also obtain information about conspecifics in the environment where they live. This study investigated these two ways (endogenous and exogenous) of acquiring information. Using as model organism the spider Paratrechalea ornata (Trechaleidae), a species in which males produce nuptial gifts, this study investigated: (a) if males invest more time searching for sexual partners in the presence of chemical cues of virgin females; (b) if males increase or decrease the investment in nuptial gift construction in the presence of chemical cues of competitor males; (c) if food deprivation imposes short- and long-term effects on nuptial gift construction. Males showed a preference for sites with cues of females, but they did not discriminate cues of virgin from cues of copulated females. When males detected cues of a male competitor, they produced lower quality gifts, with less silk. Finally, food deprivation imposed both short- and long-term negative effects on male reproductive behavior, decreasing the frequency of nuptial gift construction and also the size of the gift. Together, the three experiments show that males of P. ornata use both exogenous as endogenous information to adjust their investment in reproduction. The combination of information obtained may increase the efficiency in energy use, maximizing male reproductive success without compromising self maintenance

A seleção e produção de touros para o mercado pecuário tornam-se foco de muitos estudos, e um grande desafio para o segmento em se tratando da constante busca de melhorias nos desempenhos produtivos dessa categoria animal. A tese teve por objetivo simular o que poderá acontecer com a produção de reprodutores, em termos de quantidades produzidas e custos operacionais efetivos, sob a influência dos métodos de acasalamentos e das biotécnicas reprodutivas disponíveis no mercado nacional. A hipótese em questão é a de testar se acasalar matrizes, classificadas por genótipo, suas produções serão melhores do que quando comparada à produção de matrizes classificadas por fenótipo. Foram simulados 42 cenários produtivos, divididos em 21 cenários com acasalamento genotípico e 21 com acasalamento fenotípico. Em cada divisão constam simulações com uso de Monta Natural, Inseminação Artificial padrão e com sêmen sexado para machos, Transferência de Embriões padrão e com sêmen sexado para machos, Fecundação in vitro padrão e com sêmen sexado para machos, sendo que em todos os casos três níveis diferentes de taxas de concepção foram testados. Os resultados apontaram que o sistema de acasalamento teve influência direta na produção de tourinhos, sendo que o acasalamento por genótipo foi mais eficiente do que o acasalamento por fenótipo. As taxas de concepção influenciaram negativamente mais os resultados dos sistemas de acasalamento fenotípico. Há um grande aumento no custo operacional efetivo dos sistemas que utilizaram as biotécnicas reprodutivas de Transferência de Embriões e Fecundação in vitro, e consequentemente uma redução na lucratividade destes sistemas. As simulações com Monta Natural apresentaram as maiores Margens Brutas e as simulações com Inseminação Artificial com uso de sêmen sexado para machos apresentaram os maiores Lucros Brutos. / The selection and production of bulls for the cattle market have both become the goal of many studies, as well as a great challenge for the segment, providing the constant search for performance improvement of that sort of animal. The target of this thesis is to simulate what may happen to the production of stud, in terms of quantity and effective operational costs, under the influence of the mating methods and the available reproduction biotechniques in the national market. The hypothesis under analysis consists of testing if mating matrices, classed by their genotype, their produce will be better than when compared to the produce of phenotype-classed matrices. 42 productive-scenes, divided into 21 genotype mating and 21 phenotype mating were simulated. In each of the scene divisions there were the following simulations: Natural Breeding, standard Artificial Insemination, Artificial Insemination with male-gendered semen, standard Embryo Transference, Embryo Transference with male-gendered semen, standard In-vitro Fecundation and In-vitro Fecundation with male-gendered semen, so that in all the cases, three different conception rates were tested. The results displayed that the mating system directly influenced the young bull production, once the genotype mating was more efficient than the phenotype mating. The conception rates negatively influenced the results of the phenotype mating mainly. There was a dramatic increase in the effective operational cost of the systems that used the reproductive biotechniques of Embryo Transference and In-vitro Fecundation, and, consequently, profitability reduction of those systems. The Natural Breeding simulations presented the highest Gross Margin, and the simulations of Artificial Insemination with male-gendered semen showed the highest Gross Profit.

Após a inseminação artificial, as fêmeas apresentam reação inflamatória transitória e fisiológica, que pode resultar em alterações na vascularização uterina. A ultrassonografia Doppler colorido é uma técnica não invasiva, que vem sendo utilizada para estudar a hemodinâmica do trato reprodutivo de bovinos. Os objetivos deste trabalho foram verificar a resposta inflamatória uterina por ultrassonografia Doppler colorido e a taxa de fertilidade em bovinos após inseminação artificial (IA) com sêmen avaliado por sondas fluorescentes. Para isso foram delineados dois experimentos. O experimento 1 foi realizado para estudar a hemodinâmica uterina por ultrassonografia Doppler colorido em bovinos após a IA. Foram utilizadas 18 vacas da raça Nelore, submetidas a um protocolo para a inseminação artificial em tempo fixo (IATF) e divididas em dois grupos: Grupo não inseminado (controle, GC, n=9) e grupo submetido à inseminação artificial (GIA, n=9). Avaliações por ultrassonografia foram realizadas em cinco momentos em modo espectral (30 horas antes da IA, 4, 24, 48 e 168 horas após a IA) para avaliar o índice de resistência (RI) da artéria uterina e em quatro momentos em modo color Doppler (4, 24, 48 e 168 horas após a IA) para avaliar a vascularização dos cornos uterinos. O diagnóstico de gestação foi feito após 30 dias da IA. No experimento 2 objetivou-se verificar se o percentual de espermatozóides com integridade das membranas plasmática e acrossomal e função mitocondrial (PIAIC) avaliadas por sondas fluorescentes influencia a fertilidade e estudar a hemodinâmica uterina após a deposição do sêmen com diferentes percentuais de espermatozóides PIAIC. Foram utilizadas 182 vacas paridas da raça Nelore, submetidas a um protocolo para IATF e divididas em três grupos de acordo com a qualidade do sêmen: Bom (B) 44,5%, Médio (M) 23% e Regular (R) 8,5% de espermatozóides PIAIC/palheta. Uma amostra de 30% das fêmeas (54, sendo 18 de cada grupo) foram submetidas a avaliações com ultrassonografia Doppler colorido 30 horas antes da IA, 4 e 24 horas após a IA. Foram considerados os RI das artérias uterinas direita (AD) e esquerda (AE) e vascularização subjetiva dos cornos uterinos direito (CD) e esquerdo (CE). Posteriormente, foram separados levando em consideração o lado do ovário contendo o folículo dominante para comparar RI das artérias ipsi (AI) e contralateral (AC) e vascularização subjetiva dos cornos uterinos ipsi (CI) e contralateral (CC). O diagnóstico de gestação foi realizado 30 dias após a IA. Para a análise estatística foi utilizado o programa SAS versão 9.2 (SAS 2010). As variáveis foram analisadas pelo PROC MIXED, utilizando modelo linear misto para medidas repetidas no tempo. Foram considerados os efeitos fixos de grupo, tempo e interação grupo x tempo. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e ao teste de Duncan, pelo PROC GLM. A análise de Qui-Quadrado foi utilizada para determinar a taxa de prenhez, de acordo com a qualidade do sêmen pelo PROC FREQ. O nível de significância considerado foi de 5%. No experimento 1 não foram observadas diferenças dos parâmetros avaliados por ultrassom Doppler entre GIA e GC, mas foram notados efeitos do tempo para RI, sendo mais baixos 4 horas após a IA. Quando os dados foram avaliados de acordo com o lado do folículo dominante foi observado que 4 e 24 horas após a IA, RI da AC do GIA foi mais baixo do que o GC. No experimento 2 não houve diferença entre os animais inseminados com sêmen B, M ou R quanto a hemodinâmica uterina, mas houve efeito do tempo, sendo que 4 horas após a IA verificou-se menor valor de RI e maior fluxo sanguíneo. A taxa de prenhez dos animais inseminados com o sêmen B (64,7%) foi maior quando comparada ao sêmen R (36,2%), sendo que ambos não diferiram do sêmen M (50,0%). Pode-se concluir que não é possível detectar por ultrassonografia Doppler alterações na hemodinâmica uterina devido à IA em fêmeas bovinas. A deposição de sêmen com diferentes qualidades não altera a hemodinâmica uterina de forma detectável por ultrassonografia Doppler em bovinos. Por outro lado, é possível detectar por ultrassonografia Doppler mudanças na perfusão sanguínea do útero em relação ao tempo da IA, o que pode ser devido a alterações hormonais que ocorrem durante o ciclo estral. Por fim, a IA com sêmen contendo menor percentual de espermatozoides PIAIC causa redução na taxa de fertilidade em bovinos. / After insemination, females have physiological and transient inflammatory reaction, which can result in changes in the uterine vasculature. The color Doppler ultrasound is a noninvasive technique that has been used to study the hemodynamics of cattle reproductive tract.The purposes of this work were to verify uterine inflammatory response by color Doppler ultrasound and fertility rate in cattle after artificial insemination (IA) with semen evaluated by fluorescent probes. For this, two experiments were delineated. The first experiment was conducted to study the uterine hemodynamic by color Doppler ultrasound in cattle after AI. Were used 18 Nellore cows that were subjected to a protocol for fixed timed artificial insemination (IATF). The animals were divided in two groups: Not inseminated group (control, GC, n=9) and inseminated group (GIA, n=9). Ultrasonografic evaluation were done in five moments on spectral mode (30 hours before AI, 4, 24, 48 e 168 hours after IA) to evaluate the resistence index (RI) of uterine artery and in four moments in color Doppler mode to evaluate the uterine horns vascularization. The pregnancy diagnostic was done 30 days after IA. In the second experiment the objective was to evaluate whether the percentage of sperm with plasma membrane integrity and acrossomal and mitochondrial function (PIAIC) assessed by fluorescent probes influences fertility and study the uterine hemodynamic after the deposition of semen with different percentages of PIAIC sperm. Were used 182 caved Nellore cows submitted to a protocol for IATF and divided into three groups according to semen quality: Good (B) 44.5%, Medium (M) 23% and Regular (R) 8,5% of PIAIC sperm/blade. A sample of 30% of female (54, 18 in each group) were submitted to evaluation by color Doppler ultrasound 30 hours before IA, 4 and 24 hours after IA. Were considered RI of right (AD) and left (AE) uterine arteries and subjective vascularization of right (CD) and left (CE) uterine horns. Later, they were separated taking into account the side of the ovary containing the dominant follicle to compare RI of ipsi (AI) and contralateral (AC) arteries and subjective vascularization of ipsi (CI) and contralateral (CC) uterine horns. The pregnancy diagnostic was done 30 days after IA. Statistical analysis was performed using the program SAS version 9.2 (SAS 2010). The variables were analyzed by PROC MIXED, using mixed linear model for repeated measures in time. We considered effects of group, time and group x time interaction. The data obtained were submitted to ANOVA and Duncan test, using PROC GLM. The chi-square analysis was used to determine pregnancy rate, according to the quality of semen by PROC FREQ. the significance level was 5%. In experiment 1 there were no differences of the parameters evaluated by Doppler ultrasound between GIA and GC, but time effects were noted for RI, it was lower four hours after IA. When the data were evaluated according to the side of the dominant follicle was observed that 4 and 24 hours after IA, RI of AC of GIA was lower when it was compared with GC. In experiment 2 there was no difference between animals inseminated with semen B, M or R about uterine hemodynamics, but there were effects of time, so that 4 hours after IA showed lower value of RI and increased blood flow. The pregnancy rate of animals inseminated with semen B (64.7%) was higher when compared with semen R (36.2%), both of them did not differ of semen M (50.0%). It can be concluded that is not possible to detect uterine hemodynamic changes by Doppler ultrasound due to IA in cattle. The deposition of semen with different qualities does not change the uterine hemodynamics enough to be detectable by Doppler ultrasonography in cattle. On the other hand, is possible to detect changes in blood perfusion of the uterus in relation to the time of IA by Doppler ultrasound, which may be due to hormonal changes that occur during the estrous cycle. Finally, IA with semen containing a lower percentage of PIAIC sperm causes a reduction in fertility rate in cattle.

Ainda que existam diversos registros de formas extremas de dimorfismo sexual, a função do alongado quarto par de pernas nos machos de muitas espécies de opiliões permanece desconhecida. Neste estudo, testamos quatro previsões sobre a hipótese de que a seleção sexual está direcionando o alongamento do quarto par de pernas nos machos de Longiperna zonata e Promitobates ornatus: (1) o coeficiente alométrico do comprimento do fêmur IV em machos será maior do que o das fêmeas; (2) machos com pernas IV mais compridas vão residir próximos a grupos de fêmeas; (3) machos envolvidos em interações agressivas terão fêmures mais compridos do que o tamanho médio da população; (4) a diferença de tamanho de perna entre os oponentes será menor do que a diferença esperada entre pares de machos escolhidos ao acaso na população. Como o previsto, o coeficiente alométrico do fêmur IV foi significativamente maior em machos do que em fêmeas nas duas espécies. O comprimento do fêmur IV está positivamente relacionado à chance de um macho ser encontrado próximo a um grupo de fêmeas. Finalmente, a média do comprimento do fêmur IV dos machos envolvidos em brigas foi significativamente maior que a de machos selecionados ao acaso da população. Adicionalmente, a média da diferença de tamanho entre pares de machos que brigaram foi significativamente menor que a média da diferença de tamanho de perna entre pares de machos selecionados ao acaso na população. Assim, a seleção sexual na forma de competição entre machos parece estar direcionando o dimorfismo sexual extremo no comprimento do fêmur nessas duas espécies de opiliões. / Although there are many reports of extreme forms of sexual dimorphism in harvestmen, the function of the elongated fourth pair of legs in males of many species remains unknown. We tested four predictions to address the hypothesis that sexual selection is driving the enlargement of the fourth pair of legs in males of Longiperna zonata and Promitobates ornatus: (1) the allometric coefficient of femur IV length in males will be higher than in females; (2) males with longer legs IV will reside closer to groups of females; (3) males involved in aggressive interactions will have longer femur IV than the population average size; (4) the size difference between contenders will be smaller than the difference expected between randomly chosen pairs of males in the population. As predicted, the allometric coefficient of femur IV length was significantly higher in males than in females of both species. Femur IV length was positively related to the chance of a male being found close to a group of females. Finally, the mean femur IV length of the males involved in fights was significantly larger than the mean of random samples of males from the population, and the average difference between male contenders was smaller than the average random expected difference of the population. Therefore, sexual selection in the form of male-male competition seems to be driving the extreme sexual dimorphism in femur length in these species.

In dieser Arbeit identifizierte und quantifizierte ich zunächst mehrere Isolationsbarrieren zwischen den nah verwandten Feldheuschreckenarten Chorthippus biguttulus und C. mollis (Kapitel 2). Meine Ergebnisse deuten auf eine wichtige Rolle von chemischen Signalen bei der reproduktiven Isolation zwischen diesen Arten hin. Durch die Kombination von verschiedenen Ansätzen untersuchte ich die ultimaten und proximaten Ursachen von chemischen Signalen auf das Fortpflanzungsverhalten. Im dritten Kapitel zeigte ich, dass die kutikulären Kohlenwasserstoff Profile (CHC) von C. biguttulus und C. mollis art- und geschlechtsspezifisch sind. Mit Hilfe eines RNA-seq Ansatzes untersuchte ich transkriptionelle Unterschiede in Kandidatengenen, die für die Divergenz in den CHC Profilen zwischen den Arten und den Geschlechtern verantwortlich sein könnten. Ein solches Gen zeigte artspezifische Expression und trägt möglicherweise zur reproduktiven Isolation zwischen den Arten bei. Darüber hinaus fand ich Expressionsunterschiede zwischen den Geschlechtern in vier Kandidatengenen. Zwei von diesen Genen zeigten eine erhöhte Expression in Männchen, was eventuell in Verbindung mit dem höheren Anteil von dimethyl-verzweigten Kohlenwasserstoffen in Männchen steht. Ich fand keine Hinweise für positive Selektion in den Kandidatengenen, was vermuten lässt, dass die Unterschiede in CHC Profilen durch transkriptionelle Unterschiede entstehen. In Kapitel 4 erforschte ich mit Hilfe eines Bioassays, wie sich verschiedene CHC Signale auf das Balzverhalten von Männchen auswirkten. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass der Genfluss zwischen C. biguttulus und C. mollis durch verschiedene Barrieren unterbrochen ist und dass diese Feldheuschrecken multimodale Kanäle im Paarungsverhalten verwenden. Zusätzlich lassen meine Ergebnisse eine zentrale Rolle von kutikulären Kohlenwasserstoffen in der reproduktiven Isolation beider Arten und in der Artbildung vermuten. / In this thesis, I first conducted several experiments to identify and quantify reproductive isolation at multiple stages in the life history of the closely related species Chorthippus biguttulus and C. mollis (chapter 2). My results indicated a crucial role of chemical cues in the maintenance of species isolation. I combined multiple approaches to examine the ultimate and proximate causes of chemical cues on reproductive behavior in these species. In chapter 3, I demonstrated that the cuticular hydrocarbon (CHC) profiles of C. biguttulus and C. mollis provide species- and sex-specific cues. I used a RNA-seq approach to examine transcriptional differences of candidate genes, which might cause the divergence in CHC profiles between species and sex. One candidate gene showed species-specific transcriptional differences and may contribute to reproductive isolation. In addition, four candidate genes were differentially expressed between the sexes. Two of them exhibited a strong male-biased expression, which may be linked to higher proportions of dimethyl-branched CHCs in males. I found no evidence for positive selection acting on these genes, suggesting that differences in CHC profiles are presumably mediated at transcriptional level. In chapter 4, I developed a bioassay to determine if female CHCs act as chemical cues that induce courtship behavior in males. In summary, this thesis demonstrated that various reproductive isolating mechanisms reduce the gene flow between C. biguttulus and C. mollis and that in these species the courtship display consists of multimodal signals. In addition, my results suggest a key role of chemical cues in reproductive isolation and speciation.

Die vorliegende Dissertation verbindet Ergebnisse aus neuroethologischen, verhaltensbiologischen, quantitativ genetischen und genomischen Ansätzen bei Feldgrillen (Gryllus), um neue Erkenntnisse über die Rolle von sexueller Selektion bei Artbildung zu erlangen. Es wird gezeigt dass multivariate Gesangspräferenzen von Grillenweibchen von wenigen Merkmalen abhängen und zwischen Arten ähnlich sind, während sich Männchengesänge in allen Merkmalen unterschieden. Verschiedene Ebenen der Gesangserkennung sind durch unterschiedliche Präferenzfunktionen charakterisiert. Multivariate Präferenzen können also gleichzeitig verschiedene Indikatoren für Paarungspartnerqualität aus den Gesangsmerkmalen erkennen. Eine polygene genetische Architektur der Gesangsmerkmale und der Präferenz wurde beobachtet und weist auf eine eher langsamere Divergenz hin, obwohl gonosomale Vererbung mehrerer Gesangsmerkmale höhere Evolutionsraten zulässt. Starke Kovarianz zwischen den Merkmalen die direkt sexueller Selektion unterliegen und Merkmale, die nicht direkt von Weibchen gewählt werden, zeigen, dass indirekte Selektion teilweise für die markante Divergenz der Gesänge verantwortlich sein könnte, trotz begrenzter Divergenz der Präferenzen. Ferner zeigte ein Artvergleich der multivariaten Gesangsmerkmale, dass die Form der Präferenzfunktion die Ausrichtung der Kovarianzen und damit die erwartete Selektionsantwort der männlichen Gesänge beeinflussen kann. Simulationen ergaben starke Hinweise auf Genfluss zwischen zwei nahverwandten Arten über einen langen Zeitraum . Nur wenige Contigs zeigten hohe genetische Divergenz und hohe Raten nicht-synonymer Polymorphismen. Diese stimmten aber mit Genen überein, die experimentell nachgewiesene Funktionen in neuromuskulärer Entwicklung und im Paarungsverhalten haben. Zusammen zeigen die Ergebnisse das Potential von sexueller Selektion bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von reproduktiver Isolation zwischen Arten. / This thesis integrates insights from neuro-ethological, behavioural, quantitative genetics, and genomic approaches in field crickets to provide novel insights in the role of sexual selection in speciation, in particular focusing on speciation with gene flow. It was shown that song preferences depend on few traits and are similar across species while the male song has diverged strongly in all traits. Because the different levels of song recognition are characterized by different types of preference functions, it is conceivable that multivariate preferences can extract various cues for mate quality from different traits simultaneously. A polygenic genetic architecture was found for song traits and preferences, probably limiting divergence rates. However, sex-chromosomal inheritance of some song traits may have allowed for somewhat higher rates. Strong covariance was found between traits that are under sexual selection and traits that are not directly selected by females. This indicates that indirect selection may be responsible in part for striking multivariate divergence in the male calling song despite limited divergence in female preferences. Furthermore, comparing multivariate song traits among species showed that the shape of the preference function can affect the orientation of trait covariance and thereby the selection responses of the male song. Coalescent simulations revealed evidence for a long history of gene flow between two closely related cricket species. Only few contigs with high genetic divergence and high rates of non-synonymous SNPs were found, but many of those that were highly diverged matched genes with experimentally proven functions in neuromuscular development and courtship behavior. Together, these findings underline the potential for sexual selection to drive reproductive isolation.