Quennessen V, Fuentes MMBP, Komoroske L, White JW. · PeerJ · 2025

Power analyses to inform clutch sampling design to determine the breeding sex ratio in populations with multiple paternity.

Resumo em português

Em muitas espécies, avaliações demográficas da viabilidade populacional requerem uma estimativa do número ou proporção de adultos reprodutores do sexo masculino em uma população (a relação sexual reprodutiva). Entretanto, essa estimativa é frequentemente difícil de obter diretamente em espécies com paternidade múltipla quando os machos são difíceis de amostrar. A análise de parentesco de fêmeas reprodutoras e suas crias pode produzir essa estimativa ao identificar o número de machos únicos que contribuem geneticamente (isto é, que sagram) para uma determinada coorte. Existe o desafio adicional de escolher um desenho amostral com o nível desejado de confiança para identificar todos os pais que contribuem para uma coorte, seja na escala de posturas individuais ou de uma temporada inteira de nidificação, dado o limite de recursos. O esforço amostral pode ser definido como o número de crias amostradas por postura, ou o número de posturas amostradas por temporada reprodutiva, dependendo da análise. O número mínimo de amostras requerido pode depender das proporções de ovos fertilizados por diferentes pais em uma postura (o modo de contribuição paterna), do número total de pais que fertilizam uma postura, da proporção de adultos disponíveis para reprodução que são machos (a relação sexual operacional) e do tamanho populacional. Realizamos análises de poder para quantificar a confiança na identificação de todos os pais em populações animais com paternidade múltipla. Simulamos a amostragem de uma população teórica de tartarugas marinhas com uma variedade de demografias populacionais, sistemas de acasalamento e esforço amostral, e usamos a proporção de 10.000 simulações nas quais todos os pais foram identificados como um proxy para confiança. Na escala da postura, a confiança dependia fortemente do modo de contribuição paterna e, quando este era enviesado, também dependia do número total de pais contribuindo e do número de crias amostradas. No entanto, amostrar cerca de um terço de uma postura foi suficiente para identificar todos os pais com alta confiança na maioria dos cenários, exceto quando o modo de contribuição paterna era extremamente enviesado e havia muitos pais contribuindo, de modo que alguns pais fertilizavam poucos ovos e eram difíceis de detectar. Na escala de uma temporada inteira de nidificação, a confiança foi mais fortemente afetada pela relação sexual operacional, pela proporção de posturas amostradas e pela presença ou ausência de poliginia do que pelos efeitos menores do modo de contribuição paterna e do tamanho da amostra dentro da postura. Amostrar menos crias de mais posturas aumentou a confiança em comparação com amostrar mais crias de menos posturas. Relaxar a proporção mínima requerida de pais identificados de 100% para 90% levou a alta confiança ao amostrar de 50% até um máximo de 75% das posturas, dependendo do sistema de acasalamento, mesmo com aumento da população em uma ordem de magnitude. Nossa abordagem e resultados podem ser amplamente informativos para o desenho amostral, bem como para a quantificação da incerteza em estimativas existentes e futuras do número de machos reprodutores em populações com paternidade múltipla.

Resumo original em inglês

In many species, demographic assessments of population viability require an estimate of the number or proportion of breeding adults in a population that are male (the breeding sex ratio). However, this estimate is often difficult to obtain directly in species with multiple paternity when males are difficult to sample. Parentage analysis of breeding females and offspring can produce this estimate by identifying the number of unique males that contribute genetic information to ( i.e. , sired) a given cohort. There is an added challenge of choosing a sample design with the desired level of confidence to identify all the fathers contributing to a cohort, either at the scale of individual clutches or an entire nesting season, given limited resources. Sampling effort can be defined as the number of offspring sampled per clutch, or the number of clutches sampled per breeding season, depending on the analysis. The minimum number of samples required may depend on the proportions of eggs that different fathers fertilize in a clutch (the paternal contribution mode), the total number of fathers fertilizing a clutch, the proportion of adults available for breeding that are male (the operational sex ratio), and population size. We conducted power analyses to quantify the confidence in identifying all fathers in animal populations with multiple paternity. We simulated sampling a theoretical sea turtle population with a range of population demographics, mating systems, and sampling effort, and used the proportion of 10,000 simulations in which all fathers were identified as a proxy for confidence. At the clutch level, confidence was strongly dependent on the paternal contribution mode, and when it was skewed, it also depended on the total number of fathers contributing and the number of offspring sampled. However, sampling about one third of a clutch was sufficient to identify all fathers with high confidence for most scenarios, unless the paternal contribution mode was extremely skewed and there were many contributing fathers, such that some fathers fertilized very few eggs and were difficult to detect. At the scale of an entire nesting season, confidence was more strongly affected by the operational sex ratio, the proportion of clutches sampled, and the presence or absence of polygyny than by the lesser effects of paternal contribution mode and within-clutch sample size. Sampling fewer offspring from more clutches increased confidence compared to sampling more offspring from fewer clutches. Relaxing the minimum required proportion of fathers identified from 100% to 90% led to high confidence while sampling 50% to a maximum of 75% of clutches, depending on the mating system, even as the population size increased by an order of magnitude. Our approach and results can be widely informative for sample design as well as quantifying uncertainty in existing and future estimates of the number of breeding males in populations with multiple paternity.