Abstract Climate change has driven changes in breeding phenology. Identifying the magnitude of phenological shifts and whether selection in response to climate change drives these shifts is key for determining species’ reproductive success and persistence in a changing world. We investigated reproductive timing in a primarily sedentary population of the dark-eyed junco ( Junco hyemalis ) over 32 years. We predicted that juncos would breed earlier in warmer springs in response to selection favouring earlier breeding. To test this prediction, we compared the annual median date for reproductive onset (i.e., egg one date) to monthly spring temperatures and examined evidence for selection favouring earlier breeding and for plasticity in timing. Egg one dates occurred earlier over time, with the timing of breeding advancing up to 24 days over the 32-year period. Breeding timing also strongly covaried with maximum April temperature. We found significant overall selection favouring earlier breeding (i.e., higher relative fitness with earlier egg one dates) that became stronger over time, but strength of selection was not predicted by temperature. Lastly, individual females exhibited plastic responses to temperature across years. Our findings provide further evidence that phenotypic plasticity plays a crucial role in driving phenological shifts in response to climate change. For multi-brooded bird populations, a warming climate might extend the breeding season and provide more opportunities to re-nest rather than drive earlier breeding in response to potential phenological mismatches. However, as plasticity will likely be insufficient for long-term survival in the face of climate change, further research in understanding the mechanisms of female reproductive timing will be essential for forecasting the effects of climate change on population persistence.

Abstract Animals that engage in long-distance seasonal migration experience strong selective pressures on their metabolic performance and life history, with potential consequences for molecular evolution. Species with slow life histories typically show lower rates of synonymous substitution (dS) than “fast” species. Previous work has suggested that long-distance seasonal migrants have a slower life history strategy than short-distance migrants, raising the possibility that rates of molecular evolution may covary with migration distance. Additionally, long-distance migrants may face strong selection on metabolically important mitochondrial genes owing to their long-distance flights. Using over 1000 mitochondrial genomes, we assessed the relationship between migration distance and mitochondrial molecular evolution in 39 boreal-breeding migratory bird species. We show that migration distance correlates negatively with dS, suggesting that the slow life history associated with long-distance migration is reflected in rates of molecular evolution. Mitochondrial genes in every study species exhibited evidence of purifying selection, but the strength of selection was greater in short-distance migrants, contrary to our predictions. This result may indicate selection for cold tolerance on mitochondrial evolution among species overwintering at high latitudes. Our study demonstrates that the pervasive correlation between life history and molecular evolutionary rates exists in the context of differential adaptations to seasonality.

Many organisms time reproduction to photoperiod, a constant from year to year. Predicting how anthropogenic change will influence future timing demands greater knowledge of the current role of photoperiod. We held two closely related bird populations in a common environment. One population is resident; the other winters in sympatry with the resident population but migrates north prior to reproducing. We increased photoperiod gradually and measured preparation for migration and reproduction, using feather stable isotopes to estimate breeding latitude. We predicted population differences in the minimum stimulatory day length to elicit a response (CPP, critical photoperiod) and co-variation between CPP and distance migrated. We found clear population differences in CPP and greater CPP in longer distance migrants. We conclude that current geographic variation in reproductive timing has a genetic or early developmental basis and recommend that future research focus on how anthropogenic changes will interact with CPP to adjust timing of reproduction and migration.

Abstract Differences in life history can cause co-distributed species to display discordant population genetic patterns. In high-latitude animals, evolutionary processes may be especially influenced by long-distance seasonal migration, a widespread adaptation to seasonality. Although migratory movements are intuitively linked to dispersal, their evolutionary genetic consequences remain poorly understood. Using ∼1700 genomes from 35 co-distributed boreal-breeding bird species, we reveal that most long-distance migrants exhibit spatial genetic structure, revealing evolutionary effects of philopatry rather than dispersal. We further demonstrate that migration distance and genetic diversity are strongly positively correlated in our study species. This striking relationship suggests that the adaptive seasonal shifts in biogeography that long-distance migratory species undergo each year lends them enhanced population stability that preserves genetic diversity relative to shorter-distance migrants that winter at higher latitudes. Our results suggest that the major impact of long-distance seasonal migration on population genetic evolution occurs through promotion of demographic stability, rather than facilitation of dispersal.

Abstract Fine-scale resolution of spatial genetic structure is important for understanding a species’ evolutionary history and contemporary genetic diversity. For high-latitude species with high dispersal ability, such as long-distance migratory birds, populations typically exhibit little genetic structure due to high gene flow and recent postglacial expansion. Some migratory birds, however, show high breeding site fidelity, which might reduce gene flow such that population genetic structure could be detectable with sufficient genomic data. We sequenced over 120 low-coverage whole genomes from across the breeding range of a long-distance migratory bird, the Veery ( Catharus fuscescens ). As this species’ breeding range extends across both historically glaciated and unglaciated regions in North America, we evaluated whether contemporary patterns of structure and genetic diversity are consistent with historical population isolation in glacial refugia. We found strong evidence for isolation by distance across the breeding range, as well as significant population structure between southern Appalachian and northern populations. However, patterns of genetic diversity did not support southern Appalachia as a glacial refugium. Resolution of isolation by distance across the breeding range was sufficient to assign likely breeding origins of individuals sampled in this species’ poorly understood South American nonbreeding range, demonstrating the potential to assess migratory connectivity in this species using genomic data. Overall, our findings suggest that isolation by distance yields subtle associations between genetic structure and geography across the breeding range even in the absence of obvious historical vicariance or contemporary barriers to dispersal.