Abstract Theory maintains that when future environment is predictable, parents should adjust the phenotype of their offspring to match the anticipated environment. The plausibility of positive anticipatory parental effects is hotly debated and the experimental evidence for the evolution of such effects is currently lacking. We experimentally investigated the evolution of anticipatory maternal effects in a range of environments that differ drastically in how predictable they are. Populations of the nematode Caenorhabditis remanei , adapted to 20°C, were exposed to a novel temperature (25°C) for 30 generations with either positive or zero correlation between parent and offspring environment. We found that populations evolving in novel environments that were predictable across generations evolved a positive anticipatory maternal effect, since they required maternal exposure to 25°C to achieve maximum reproduction in that temperature. In contrast, populations evolving under zero environmental correlation had lost this anticipatory maternal effect. Similar but weaker patterns were found if instead rate-sensitive population growth was used as a fitness measure. These findings demonstrate that anticipatory parental effects evolve in response to environmental change so that ill-fitting parental effects can be rapidly lost. Evolution of positive anticipatory parental effects can aid population viability in rapidly changing but predictable environments. Impact summary Parents can help their offspring by adjusting offspring’s phenotype to match their environment. Such anticipatory parental effects would be beneficial, but only if parents can accurately predict the environment in which their offspring will develop and live. The plausibility of such anticipatory parental effects is hotly debated. The theory is clear that the predictability of the environment should play a defining role. We used an “experimental evolution” approach in a fast reproducing nematode worm Caenorhabditis remanei to tackle this question and follow the evolution of parental effects in different environments in real-time. We found that populations evolving in a novel but predictable environment indeed had anticipatory parental effects that increased fitness of their offspring in that environment. In contrast, when evolving in an unpredictable environment where such parental effects would be disadvantageous, the parental effect was rapidly lost in evolution. Our novel experimental environments were constructed by exposing worms to increased temperature. Anticipatory parental effects play an important role in adaptation to novel environments and will affect the viability of populations under climate heating.

ABSTRACT Climates are changing rapidly, demanding equally rapid adaptation of natural populations. Whether sexual selection can aid such adaptation is under debate; while sexual selection should promote adaptation when individuals with high mating success are also best adapted to their local surroundings, the expression of sexually selected traits can incur costs. Here we asked what the demographic consequences of such costs may be once climates change to become harsher and the strength of natural selection increases. We investigated how an evolutionary history of strong postcopulatory sexual selection (sperm competition) affects male fertility under acute adult heat stress. Harnessing the empirical potential of long-term experimental evolution in the seed beetle Callosobruchus maculatus , we assessed the thermal sensitivity of fertility (TSF) in replicated lines maintained for 68 generations under three alternative mating regimes manipulating the opportunity for sexual and natural selection. We find that males evolving under strong sexual selection suffer from increased TSF, and that male success in sperm competition (P2: sperm offense) is genetically correlated to increased TSF. Interestingly, females from the regime under strong sexual selection, who experienced relaxed selection on their own reproductive effort, had high fertility in benign settings but suffered increased TSF, like their brothers. This implies that female fertility and TSF evolved through genetic correlation with reproductive traits sexually selected in males. Paternal but not maternal heat stress reduced offspring fertility with no evidence for adaptive transgenerational plasticity among heat-exposed offspring, indicating that the observed effects may compound over generations. Our results suggest that trade-offs between fertility and traits increasing success in postcopulatory sexual selection can be revealed in harsh environments. This can put polyandrous species under increased risk during extreme heat waves expected under future climate change. IMPACT STATEMENT How will populations respond to a warming world? Of increasing concern are negative effects of elevated temperatures on fertility, which in many species are observed for temperatures substantially lower than the ones causing death. Incorporating knowledge on species-specific thermal fertility limits has improved estimates of current species’ ranges but renders a more pessimistic view of the potential for adaptive responses under climate change. Sexual selection is a process that can interact with thermal sensitivity of fertility and is strongest in males of polyandrous species, in which females mate multiply and sperm of multiple males compete for fertilization of female eggs. Therefore, males of polyandrous species often invest heavily in sperm competition. However, given finite resources, increased investment in sperm competition can come at an expense of other processes needed to maintain the integrity of the male germline, which when compromised can reduce fertility and offspring quality. How may such male investment, fuelled by sexual selection, affect species responses to climate warming? To address this question, we first evolved populations under different laboratory settings that independently manipulated the levels of natural and sexual selection. We exposed adults from these populations to acute heat stress and measured the fertility of males and females. We find that sexual selection on males leads to a fertility debt that is revealed under heat stress. This debt was also apparent in females, who themselves were not selected for increased reproductive investment. Thus, genes under sexual selection in males seems to have impaired fertility in both sexes under heat stress. Forecasts of species response to climate change that do not incorporate thermal fertility limits and sexual selection may therefore underestimate species vulnerability to increasing temperatures.