The biotic and abiotic drivers of timing of breeding and the consequences of breeding early in changing world

Abstract

Abstract The decision of when to breed is an important determinant of individual fitness. However, despite a multitude of studies investigating the intraspecific relationship between timing of breeding and reproductive performance, less is known about why the strength of this relationship varies between species. Furthermore, environmental change has the potential to alter the relationship between lay date and fitness, but there is still a limited understanding of what mechanisms drive these differential responses to change environmental conditions. We propose that the potential effects of environmental change on the relationship between timing of breeding and fitness are dependent on 2 primary factors: (1) the potential constraints imposed by breeding early and (2) the drivers of higher fitness of early breeders. We first summarize multiple hypotheses proposed to explain why breeding early, either based on absolute date or relative to conspecifics, increases fitness. We then summarize the factors that may constrain when individuals initiate breeding, including limits on the ability to advance their lay date or extend the length of their breeding season under favorable conditions. Understanding constraints on the timing of breeding allows for the identification of obligate (single-brooded species that do not attempt to breed after a specific date) and facultative (predominantly multi-brooding species that have long breeding seasons) early breeding species that are likely differently affected by climate change. Finally, we propose a simple mathematical formula that incorporates the costs and benefits associated with early breeding to quantify how climate change could influence the benefits of early breeding and either mitigate or exacerbate the costs. Our cost-benefit approach provides a clear framework to predict how species may shift the timing of their breeding to maximize fitness in a changing world. LAY SUMMARY When individuals breed has important impact on reproductive performance and individual fitness. We synthesize the literature on why breeding early is beneficial and why not all individuals can breed early. Environmental change will alter the benefits of breeding early and may impact some species more than others. We propose a cost-benefit framework to determine how environmental change influences fitness and to predict future responses to a changing world. We also provide guidance on how data could be extracted from existing datasets to apply our cost-benefit framework to bird species in the wild. La decisión de cuándo reproducirse es un importante determinante de la aptitud biológica individual. Sin embargo, a pesar de una multitud de estudios que investigan la relación intraespecífica entre el momento de la reproducción y el desempeño reproductivo, se sabe menos sobre por qué la fuerza de esta relación varía entre especies. Además, el cambio ambiental tiene el potencial de alterar la relación entre la fecha de puesta y la aptitud biológica, pero todavía hay una comprensión limitada de qué mecanismos impulsan estas respuestas diferenciales a las condiciones ambientales cambiantes. Proponemos que los efectos potenciales del cambio ambiental en la relación entre el momento de la reproducción y la aptitud biológica dependen de dos factores principales: (1) las limitaciones potenciales impuestas por reproducirse temprano, y (2) los impulsores de una mayor aptitud biológica por reproducirse temprano. Primero resumimos múltiples hipótesis propuestas para explicar por qué reproducirse temprano, ya sea en función de la fecha absoluta o en relación con los congéneres, aumenta la aptitud biológica. Luego resumimos los factores que pueden limitar cuándo los individuos inician la reproducción, incluyendo límites en la capacidad para adelantar la fecha de puesta o en extender la duración de la temporada reproductiva bajo condiciones favorables. Entender las limitaciones en el momento de la reproducción permite identificar especies que se reproducen temprano de modo obligado (especies de una sola puesta que no intentan reproducirse después de una fecha específica) y facultativo (especies que tienen predominantemente varias puestas anuales y largas temporadas reproductivas), y que probablemente se vean afectadas de manera diferente por el cambio climático. Finalmente, proponemos una fórmula matemática simple que incorpora los costos y beneficios asociados con reproducirse temprano para cuantificar cómo el cambio climático podría influir en los beneficios de reproducirse temprano y mitigar o exacerbar los costos. Nuestro enfoque de costo-beneficio brinda un marco de trabajo claro para predecir cómo las especies pueden cambiar el momento de la reproducción para maximizar la aptitud biológica en un mundo cambiante.