The rate of reproduction, age at maturity and longevity vary widely among species. Most of this life-history variation falls on a slow-fast continuum, with low reproductive rate, slow development and long life span at one end and the opposite traits at the other end. The absence of alternative combinations of these variables implies constraint on the diversification of life histories, but the nature of this constraint remains elusive. Here, we argue that individual and adaptive responses to different environments are limited by physiological mechanisms. Although energy and materials allocations are important results of physiological tradeoffs, endocrine control mechanisms can produce incompatible physiological states that restrict life histories to a single dominant axis of variation. To approach the problem of life-history variation properly, studies should integrate behavior and physiology within the environmental and demographic contexts of selection.

Animal migration surely ranks as one of nature's most visible and widespread phenomena. Every minute of every day, somewhere, some place, animals are on the move. The migrants span the animal kingdom, from whales and warblers to dragonflies and salamanders. But is migration an endangered phenomenon? Around the world, many of the most spectacular migrations have either disappeared due to human activities or are in steep decline. Those of us living in eastern North America can no longer experience the flocks of millions of passenger pigeons that temporarily obscured the sun as they migrated to and from their breeding grounds. Nor can residents of the Great Plains climb to the top of a hill and gaze down up hundreds of thousands of bison trekking across the prairies, as was possible less than two centuries ago. Even the less iconic migrations show signs of trouble. Birdwatchers in North America and Europe, for example, complain that fewer songbirds are returning each spring from their winter quarters in Latin America and Africa, respectively. Indeed, a recent continent-wide analysis of European breeding birds concluded that long-distance migrants (i.e., those species that breed in Europe but winter in sub-Saharan Africa) have suffered sustained and often severe population declines, more so than related nonmigratory species [1]. In central Asia, the number of saiga, a peculiar migratory antelope of the dry steppe grasslands and semi-desert, has dropped by over 95% in the past two decades, from over one million to fewer than 50,000 [2]. The causes of all these declines vary depending on the species and the locale, but in general, the threats to migrants fall into four nonexclusive categories: habitat destruction, the creation of obstacles and barriers such as dams and fences, overexploitation, and climate change. Most of the migrants are in little immediate danger of extinction; rather, they are becoming less and less common. Thus, birdwatchers can still see all of the species of migratory songbirds they seek each spring; they simply have to work harder to do so. Bison still roam national parks and private ranches in the American West, but today's herds number in the hundreds or low thousands, rather than the hundreds of thousands or millions. And there are still lots of salmon to catch off the coast of Norway or British Columbia—just not as many as there used to be. The question thus arises: Given the panoply of environmental problems we now face, is the fading glory of migration really a significant issue? We would argue that it is. Protecting the abundance of migrants is the key to protecting the ecological importance of migration. As the number of migrants declines, so too do many of the most important ecological properties and services associated with them. Consider the case of salmon in the Pacific Northwest. The seven species of salmon and seagoing trout in this region share a similar life history strategy: as young fish (smolt), they leave their natal rivers and head to the sea where, aided by the productivity of the ocean, they increase tremendously in size and weight. After a year or two at sea, they return to their natal rivers to spawn, whereupon they die. By migrating upstream, spawning, and dying, they transfer nutrients from the ocean to the rivers. A portion of the nutrients is delivered in the form of feces, sperm, and eggs from the living fish; much more comes from the decaying carcasses of the adults. Phosphorus and nitrogen from salmon carcasses enhance the growth of phytoplankton and zooplankton in the rivers, which provide food for smaller fish, including young salmon. Thus, salmon fry are literally sustained by their parents. Prior to European settlement, 160–226 million kilograms of salmon migrated each year up the rivers of Washington, Idaho, Oregon, and California. Today, after decades of dam construction, overfishing, water withdrawals for irrigation, logging, and streamside grazing by livestock, salmon populations have plummeted. The total biomass of spawning salmon in the Pacific Northwest is now estimated to be only 12–14 million kilograms. Gresh et al. [3] have calculated that the rivers of the Northwest receive just 6%–7% of the marine-derived nitrogen and phosphorus they once received from the abundant salmon population. How this shortfall may be affecting the ecology of the region's rivers or adjacent farmlands is largely unknown. We can imagine an analogous situation developing with respect to migratory birds. Each spring, more than 30,000 tons of migratory songbirds migrate from their wintering grounds in Latin America and the Caribbean to their breeding grounds in the United States and Canada. (This biomass value is derived by combining breeding population totals from the North American Landbird Conservation Plan with species-specific weights from various sources.) If we assume these birds consume 10%–35% of their body weight per day in insects (roughly matching the requirements of a 100-gram bird and a 10-gram bird, respectively), then they are eating anywhere from 3,000–10,500 tons of insects per day. (During the breeding season, when the birds are feeding offspring, these figures would be much higher.) Several studies have shown that birds reduce insect populations in temperate forests, thus raising the question of whether ongoing declines in migratory birds pose a threat to the health of our forests and farmlands. Similarly, one wonders how the ecology of the Serengeti would change if its migratory population of wildebeest (exceeding 1 million individuals) were to collapse, given the major role these animals surely play in terms of consuming herbaceous vegetation and redistributing nutrients via their urine and dung (Figure 1). Figure 1 Migratory Wildebeest in the Serengeti

Crows of a feather flock together Closely related species with overlapping ranges typically evolve genetic barriers to prevent crossbreeding. Poelstra et al. sequenced genes from two species of central European crows: gray-bodied hooded crows and black carrion crows (see the Perspective by de Knijff). Although most of the genomes shared genes between the two species, one region that affected coat color and color vision differed. The authors suggest that black and gray-coated crows prefer to mate with birds like themselves. Science , this issue p. 1410 ; see also p. 1345

Reduced human mobility during the pandemic will reveal critical aspects of our impact on animals, providing important guidance on how best to share space on this crowded planet.

The activation of an immune response is beneficial for organisms but may also have costs that affect fitness. Documented immune costs include those associated with acquisition of special nutrients, as well as immunopathology or autoimmunity. Here, we test whether an experimental induction of the immune system with a non–pathological stimulant can elevate energy turnover in passerine birds. We injected phytohaemagglutinin (PHA), a commonly used mitogen that activates the cell–mediated immune response, into the wing web of house sparrows, Passer domesticus. We then examined energetic costs resulting from this immune activity and related those costs to other physiological activities. We found that PHA injection significantly elevated resting metabolic rate (RMR) of challenged sparrows relative to saline controls. We calculated the total cost of this immune activity to be ca. 4.20 kJ per day (29% RMR), which is equivalent to the cost of production of half of an egg (8.23 kJ egg−1) in this species. We suggest that immune activity in wild passerines increases energy expenditure, which in turn may influence important life–history characteristics such as clutch size, timing of breeding or the scheduling of moult.

Plasma levels of corticosterone are often used as a measure of “stress” in wild animal populations. However, we lack conclusive evidence that different stress levels reflect different survival probabilities between populations. Galápagos marine iguanas offer an ideal test case because island populations are affected differently by recurring El Niño famine events, and population-level survival can be quantified by counting iguanas locally. We surveyed corticosterone levels in six populations during the 1998 El Niño famine and the 1999 La Niña feast period. Iguanas had higher baseline and handling stress-induced corticosterone concentrations during famine than feast conditions. Corticosterone levels differed between islands and predicted survival through an El Niño period. However, among individuals, baseline corticosterone was only elevated when body condition dropped below a critical threshold. Thus, the population-level corticosterone response was variable but nevertheless predicted overall population health. Our results lend support to the use of corticosterone as a rapid quantitative predictor of survival in wild animal populations.

Behavior is an important mechanism of evolution and it is paid for through energy expenditure. Nevertheless, field biologists can rarely observe animals for more than a fraction of their daily activities and attempts to quantify behavior for modeling ecological processes often exclude cryptic yet important behavioral events. Over the past few years, an explosion of research on remote monitoring of animal behavior using acceleration sensors has smashed the decades-old limits of observational studies. Animal-attached accelerometers measure the change in velocity of the body over time and can quantify fine-scale movements and body postures unlimited by visibility, observer bias, or the scale of space use. Pioneered more than a decade ago, application of accelerometers as a remote monitoring tool has recently surged thanks to the development of more accessible hardware and software. It has been applied to more than 120 species of animals to date. Accelerometer measurements are typically collected in three dimensions of movement at very high resolution (>10 Hz), and have so far been applied towards two main objectives. First, the patterns of accelerometer waveforms can be used to deduce specific behaviors through animal movement and body posture. Second, the variation in accelerometer waveform measurements has been shown to correlate with energy expenditure, opening up a suite of scientific questions in species notoriously difficult to observe in the wild. To date, studies of wild aquatic species outnumber wild terrestrial species and analyses of social behaviors are particularly few in number. Researchers of domestic and captive species also tend to report methodology more thoroughly than those studying species in the wild. There are substantial challenges to getting the most out of accelerometers, including validation, calibration, and the management and analysis of large quantities of data. In this review, we illustrate how accelerometers work, provide an overview of the ecological questions that have employed accelerometry, and highlight the emerging best practices for data acquisition and analysis. This tool offers a level of detail in behavioral studies of free-ranging wild animals that has previously been impossible to achieve and, across scientific disciplines, it improves understanding of the role of behavioral mechanisms in ecological and evolutionary processes. El comportamiento es un mecanismo importante de la evolución y que se paga a través del gasto de energía. Sin embargo, los biólogos de campo raramente observan los animales durante más de una fracción de sus actividades y los intentos de cuantificar el comportamiento para el modelado de los procesos ecológicos a menudo excluyen eventos crípticos pero importantes. En los últimos años se produjeron avances importantes en el monitoreo remoto del comportamiento de los animales, utilizando sensores de telemétro de aceleración (acelerómetros) que empujan los límites tradicionales de los estudios observacionales. Acelerómetros unidos a los animales miden el cambio de la velocidad del cuerpo en el tiempo y pueden cuantificar los movimientos a escala fina y posturas corporales ilimitadas por la visibilidad, el sesgo del observador, o la escala de la utilización del espacio. Como pionero hace más de una década, la aplicación de los acelerómetros como una herramienta de monitoreo remoto ha aumentado recientemente debido al desarrollo de hardware y software más accesibles. Se ha aplicado a más de 120 especies de animales hasta hoy. Medidas de los acelerómetros se recogen típicamente en tres dimensiones de movimiento a muy alta resolución (>10 Hz), y hasta ahora se han aplicado hacia dos objetivos principales. Primero, los patrones de las formas de los acelerómetros de onda se pueden utilizar para deducir comportamientos específicos a través de movimiento de los animales y la postura corporal. Segundo, se ha demonstrado que la variación en las medidas de forma de los acelerómetros de onda se ha demostrado que se correlaciona con el gasto de energía, abriendo una serie de preguntas de carácter científico sobre especies muy difíciles de observar en la naturaleza. Hasta la fecha, los estudios de las especies acuáticas silvestres superan a las especies terrestres silvestres, y los análisis de los comportamientos sociales son muy pocos en número. Los investigadores de las especies domésticas y en cautiverio tienden a reportar metodología más completa que los que estudian las especies silvestres. Hay retos importantes para conseguir el máximo rendimiento de los acelerómetros, incluyendo la validación, calibración y gestión y análisis de grandes cantidades de datos. En esta revisión se ilustra cómo funciona el acelerómetro, se proporciona una visión general de las investigaciones ecológicas que han empleado los acelerómetros y se destacan las mejores prácticas emergentes para la adquisición y análisis de datos. Esta herramienta ofrece un nivel de detalle en los estudios de comportamiento de los animales salvajes que han sido hasta ahora imposibles de alcanzar y, en todas las disciplinas científicas, que mejora la comprensión del papel de los mecanismos de comportamiento de los procesos ecológicos y evolutivos. Acelerómetro, actividad, bio-registro, comportamiento animal, gasto energético, etograma, navegación a estima, observación a distancia, telemetría.

Basic questions about the life histories of migratory birds have confounded scientists for generations, yet we are nearing an era of historic discovery as new tracking technologies make it possible to determine the timing and routes of an increasing number of bird migrations. Tracking small flying animals as they travel over continental-scale distances is a difficult logistical and engineering challenge. Although no tracking system works well with all species, improvements to traditional technologies, such as satellite tracking, along with innovations related to global positioning systems, cellular networks, solar geolocation, radar, and information technology are improving our understanding of when and where birds go during their annual cycles and informing numerous scientific disciplines, including evolutionary biology, population ecology, and global change. The recent developments described in this article will help us answer many long-standing questions about animal behavior and life histories.

Billions of songbirds migrate between continents twice each year, but the energy costs of this feat have never been measured for free-flying individuals. Here we follow New World Catharus thrushes during their nocturnal migratory flights1,2, recapturing individuals after journeys of up to 600 km and determining their energy expenditure by using doubly labelled water3,4. Although flight itself is costly, our results confirm the counterintuitive prediction that songbirds expend double the amount of energy during stopovers that they spend on flight over their entire migration5,6.

Globally, ecosystems and their constituent flora and fauna face the localized and broad-scale influence of human activities. Conservation practitioners and environmental managers struggle to identify and mitigate threats, reverse species declines, restore degraded ecosystems, and manage natural resources sustainably. Scientific research and evidence are increasingly regarded as the foundation for new regulations, conservation actions, and management interventions. Conservation biologists and managers have traditionally focused on the characteristics (e.g. abundance, structure, trends) of populations, species, communities, and ecosystems, and simple indicators of the responses to environmental perturbations and other human activities. However, an understanding of the specific mechanisms underlying conservation problems is becoming increasingly important for decision-making, in part because physiological tools and knowledge are especially useful for developing cause-and-effect relationships, and for identifying the optimal range of habitats and stressor thresholds for different organisms. When physiological knowledge is incorporated into ecological models, it can improve predictions of organism responses to environmental change and provide tools to support management decisions. Without such knowledge, we may be left with simple associations. ‘Conservation physiology’ has been defined previously with a focus on vertebrates, but here we redefine the concept universally, for application to the diversity of taxa from microbes to plants, to animals, and to natural resources. We also consider ‘physiology’ in the broadest possible terms; i.e. how an organism functions, and any associated mechanisms, from development to bioenergetics, to environmental interactions, through to fitness. Moreover, we consider conservation physiology to include a wide range of applications beyond assisting imperiled populations, and include, for example, the eradication of invasive species, refinement of resource management strategies to minimize impacts, and evaluation of restoration plans. This concept of conservation physiology emphasizes the basis, importance, and ecological relevance of physiological diversity at a variety of scales. Real advances in conservation and resource management require integration and inter-disciplinarity. Conservation physiology and its suite of tools and concepts is a key part of the evidence base needed to address pressing environmental challenges.