Abstract Life‐history theory concerns the trade‐offs that mold the patterns of investment by animals between reproduction, growth, and survival. It is widely recognized that physiology plays a role in the mediation of life‐history trade‐offs, but the details remain obscure. As life‐history theory concerns aspects of investment in the soma that influence survival, understanding the physiological basis of life histories is related, but not identical, to understanding the process of aging. One idea from the field of aging that has gained considerable traction in the area of life histories is that life‐history trade‐offs may be mediated by free radical production and oxidative stress. We outline here developments in this field and summarize a number of important unresolved issues that may guide future research efforts. The issues are as follows. First, different tissues and macromolecular targets of oxidative stress respond differently during reproduction. The functional significance of these changes, however, remains uncertain. Consequently there is a need for studies that link oxidative stress measurements to functional outcomes, such as survival. Second, measurements of oxidative stress are often highly invasive or terminal. Terminal studies of oxidative stress in wild animals, where detailed life‐history information is available, cannot generally be performed without compromising the aims of the studies that generated the life‐history data. There is a need therefore for novel non‐invasive measurements of multi‐tissue oxidative stress. Third, laboratory studies provide unrivaled opportunities for experimental manipulation but may fail to expose the physiology underpinning life‐history effects, because of the benign laboratory environment. Fourth, the idea that oxidative stress might underlie life‐history trade‐offs does not make specific enough predictions that are amenable to testing. Moreover, there is a paucity of good alternative theoretical models on which contrasting predictions might be based. Fifth, there is an enormous diversity of life‐history variation to test the idea that oxidative stress may be a key mediator. So far we have only scratched the surface. Broadening the scope may reveal new strategies linked to the processes of oxidative damage and repair. Finally, understanding the trade‐offs in life histories and understanding the process of aging are related but not identical questions. Scientists inhabiting these two spheres of activity seldom collide, yet they have much to learn from each other.

Abstract Climate change is increasing both the average ambient temperature and the frequency and severity of heat waves. While direct mortality induced by heat waves is increasingly reported, sub-lethal effects are also likely to impact wild populations. We hypothesized that accelerated ageing could be a cost of being exposed to higher ambient temperature, especially in early-life when thermoregulatory capacities are not fully developed. We tested this hypothesis in wild great tit ( Parus major ) by experimentally increasing nest box temperature by ca . 2°C during postnatal growth and measuring telomere length, a biomarker of cellular ageing predictive of survival prospects in many bird species. While increasing early-life temperature does not affect growth or survival to fledging, it accelerates telomere shortening and reduces medium-term survival from 34% to 19%. Heat-induced telomere shortening was not explained by oxidative stress, but more likely by an increase in energy demand ( i . e . higher thyroid hormones levels, increased expression of glucocorticoid receptor, increased mitochondrial density) leading to a reduction in telomere maintenance mechanisms ( i . e . decrease in the gene expression of telomerase and protective shelterin). Our results thus suggest that climate warming can affect ageing rate in wild birds, with potential impact on population dynamics and persistence. Significance statement Stressful environmental conditions are known to accelerate cellular ageing, especially when experienced early in life. One unexplored avenue through which climate warming might affect wild animal populations is accelerated ageing. Here we show that increasing nest temperature by ca . 2°C during postnatal growth in a wild bird species can impact numerous physiological pathways and medium-term survival. Notably, artificially warming nests accelerates the shortening of telomeres, which are the protective end-caps of chromosomes considered as a hallmark of ageing. We thus suggest that warm ambient temperatures might accelerate ageing in wild animals, which can potentially impact population dynamics and extinction risk in the face of climate change.

Abstract Prenatal environmental conditions can have lifelong consequences on health and aging. The underlying mechanisms remain nonetheless little understood. Thyroid hormones (THs) are important regulators of embryogenesis transferred from the mother to the embryo. In an avian model, we manipulated embryo exposure to maternal THs through egg injection and investigated the consequences on postnatal growth and aging. We first report that mitochondrial DNA (mtDNA) copy number and telomere length significantly decrease from early-life to late adulthood, thus confirming that these two molecular markers are hallmarks of aging in our wild bird model. The experimental elevation of prenatal THs levels had a transient positive effect on postnatal growth. Elevated prenatal THs had no effect on mtDNA copy number but significantly increased telomere length both soon after birth and at the end of the growth period (equivalent to offsetting ca. 4 years of post-growth telomere shortening). These findings suggest that prenatal THs have a key role in setting the ‘biological’ age at birth, and thus might influence longevity.

Abstract It is increasingly being postulated that among-individual variation in mitochondrial function underlies variation in individual performance ( e . g . growth rate) and state of health. It has been suggested (but not adequately tested) that environmental conditions experienced before birth have been suggested to programme postnatal mitochondrial function, with persistent effects potentially lasting into adulthood. We tested this hypothesis in an avian model by experimentally manipulating prenatal conditions (incubation temperature and stability), then measuring mitochondrial aerobic metabolism in blood cells from the same individuals during the middle of the growth period and at adulthood. Mitochondrial aerobic metabolism changed markedly across life stages, and part of these age-related changes were influenced by the prenatal temperature conditions. A high incubation temperature induced a consistent and long-lasting increase in mitochondrial aerobic metabolism. Postnatal mitochondrial aerobic metabolism was positively associated with oxidative damage on DNA but not telomere length. While we detected significant within-individual consistency in mitochondrial aerobic metabolism across life-stages, the prenatal temperature regime only accounted for a relatively small proportion (<20%) of the consistent among-individual differences we observed. Our results demonstrate that prenatal conditions can program consistent and long-lasting differences in mitochondrial function, which could potentially underlie among-individual variation in performance and health state.

ABSTRACT Background The gut microbiome forms at an early stage, yet data on the environmental factors influencing the development of wild avian microbiomes is limited. As the gut microbiome is a vital part of organismal health, it is important to understand how it may connect to host performance. The early studies with wild gut microbiome have shown that the rearing environment may be of importance in gut microbiome formation, yet the results vary across taxa, and the effects of specific environmental factors have not been characterized. Here, wild great tit ( Parus major ) broods were manipulated to either reduce or enlarge the original brood soon after hatching. We investigated if brood size was associated with nestling bacterial gut microbiome, and whether gut microbiome diversity predicted survival. Fecal samples were collected at mid-nestling stage and sequenced with the 16S rRNA gene amplicon sequencing, and nestling growth and survival were measured. Results Gut microbiome diversity showed high variation between individuals, but this variation was not significantly explained by brood size or body mass. Additionally, we did not find a significant effect of brood size on body mass or gut microbiome composition. We also demonstrated that early handling had no impact on nestling performance or gut microbiome. Furthermore, we found no significant association between gut microbiome diversity and short-term (survival to fledging) or mid-term (apparent juvenile) survival. Conclusions We found no clear association between early-life environment, offspring condition and gut microbiome. This suggests that brood size is not a significantly contributing factor to great tit nestling condition, and that other environmental and genetic factors may be more strongly linked to offspring condition and gut microbiome. Future studies should expand into other early-life environmental factors e.g., diet composition and quality, and parental influences.

Once a year, penguins undergo a catastrophic moult, replacing their entire plumage during a fasting period on land or on sea-ice during which time individuals can lose 45% of their body mass. In penguins, new feather synthesis precedes the loss of old feathers, leading to an accumulation of two feather layers (double coat) before the old plumage is shed. We hypothesized that the combination of the high metabolism required for new feather synthesis and the potentially high thermal insulation linked to the double coat could lead to a thermal challenge requiring additional peripheral circulation to thermal windows to dissipate the extra heat. To test this hypothesis, we measured the surface temperature of different body regions of captive gentoo penguins (Pygoscelis papua) throughout the moult under constant environmental conditions. The surface temperature of the main body trunk decreased during the initial stages of the moult, suggesting greater thermal insulation. In contrast, the periorbital region, a potential proxy of core temperature in birds, increased during these same early moulting stages. The surface temperature of the bill, flipper and foot (thermal windows) tended to initially increase during the moult, highlighting the likely need for extra heat dissipation in moulting penguins. These results raise questions regarding the thermoregulatory capacities of penguins in the wild during the challenging period of moulting on land in the current context of global warming.

Offspring phenotype at birth is determined by its genotype and the prenatal environment including exposure to maternal hormones. Variation in both maternal glucocorticoids and thyroid hormones can affect offspring phenotype. However, the underlying molecular mechanisms shaping the offspring phenotype, especially those contributing to long-lasting effects, remain unclear. Epigenetic changes (such as DNA methylation) have been postulated as mediators of long-lasting effects of early-life environment. In this study, we determined the effects of elevated prenatal glucocorticoid and thyroid hormones on handling stress response (breath rate), DNA methylation and gene expression of glucocorticoid receptor (GCR) and thyroid hormone receptor (THR) in great tit ( Parus major ). Eggs were injected before incubation onset with corticosterone (main avian glucocorticoid) and/or thyroid hormones (thyroxine and triiodothyronine) to simulate variation in maternal hormone deposition. Breath rate during handling and gene expression of GCR and THR were evaluated 14 days after hatching. Methylation status of GCR and THR genes were analyzed from the longitudinal blood samples taken 7 and 14 days after hatching, as well as in the following autumn. Elevated prenatal corticosterone level significantly increased the breath rate during handling, indicating enhanced stress response and/or metabolism. Prenatal corticosterone manipulation had CpG-site-specific effects on DNA methylation at the GCR putative promoter region, while it did not significantly affect GCR gene expression. GCR expression was negatively associated with earlier hatching date and chick size. THR methylation or expression did not exhibit any significant relationship with the hormonal treatments or the examined covariates, suggesting that TH signaling may be more robust due to its crucial role in development. This study supports the view that maternal corticosterone may influence offspring metabolism and stress response via epigenetic alterations, yet their possible adaptive role in optimizing offspring phenotype to the prevailing conditions, context-dependency, and the underlying molecular interplay needs further research.

Abstract Maternal effects via hormonal transfer from the mother to the offspring provide a tool to translate environmental cues to the offspring. Experimental manipulations of maternally transferred hormones have yielded increasingly contradictory results, which may be explained by environment-dependent effects of hormones. Yet context-dependent effects have rarely been experimentally tested. We therefore studied whether maternally transferred thyroid hormones (THs) exert context-dependent effects on offspring survival and physiology by manipulating both egg TH levels and post-hatching nest temperature in wild pied flycatchers ( Ficedula hypoleuca ) using a full factorial design. We found no clear evidence for context-dependent effects of prenatal THs related to postnatal temperature on growth, survival and potential underlying physiological responses (plasma TH levels, oxidative stress and mitochondrial density). We conclude that future studies should test for other key environmental conditions, such as food availability, to understand potential context-dependent effects of maternally transmitted hormones on offspring, and their role in adapting to changing environments.

Abstract Telomere length and shortening rate are increasingly used as biomarkers for long-term costs in ecological and evolutionary studies because of their relationships with survival and fitness. Both early-life conditions and growth, and later-life stressors can create variation in telomere shortening rate. Studies on between- population telomere length and dynamics are scarce, despite the expectation that populations exposed to varying environmental constraints would present divergent telomere length patterns. The pied flycatcher ( Ficedula hypoleuca ) is a passerine bird breeding across Eurasia (from Spain to western Siberia) and migrating through the Iberian Peninsula to spend the non-breeding period in sub-Saharan Africa. Thus, different populations show marked differences in migration distance. We studied the large-scale variation of telomere length and early-life dynamics in the pied flycatcher by comparing six European populations across a north- south gradient (Finland, Estonia, England, and Spain) predicting negative effect of migration distance on adult telomere length, and of nestling growth on nestling telomere dynamics. There were clear population differences in telomere length, with English birds from mid-latitudes having the longest telomeres. Telomere length did not thus show consistent latitudinal variation and was not linearly linked to differences in migration distance. Early-life telomere shortening rate tended to vary between populations. Fast growth was associated with shorter telomeres in the early life, but faster nestling growth affected telomeres more negatively in northern than southern populations. While the sources of between-population differences in telomere-related biology remain to be more intensively studied, our study illustrates the need to expand telomere studies at the between-population level.