[va-bird] Reflections on the Spotted Sandpiper

  • From: maineusa@xxxxxxxxxxx
  • To: VA-bird@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Fri, 09 Mar 2007 14:03:52 +0000

Fellow birders,
 
            The Spotted Sandpiper will soon be arriving on the shores of 
Virginia’s lakes, rivers and streams, and while it is very difficult to 
definitively identify the sex of these birds in the field, you can be very 
confident that the first birds which you see are females. This is because the 
Spotted Sandpiper is one of only a few species of bird or any other animal in 
which the parental roles are reversed and the primary mating system is classic 
polyandry, in which each female has several mates and no male mates with more 
than one female. Unlike most species of birds, female Spotted Sandpipers arrive 
on the breeding grounds earlier than the males and establish breeding 
territories which they defend vigorously from intrusions by other females, 
occasionally by physical combat. If a female successfully attracts a male to 
her territory, she will lay a clutch of four eggs. After the clutch is 
complete, the male, not the female, incubates the eggs and raises the young, 
aided b
 y high
 levels of a pituitary hormone, prolactin, known for its promotion of parental 
care and commonly found in high levels in females. The female is thus freed 
from the burden of incubating eggs and caring for offspring, and may then 
proceed to attract one or more additional males, each of which will incubate 
and tend a clutch on the female’s territory. A polyandrous female Spotted 
Sandpiper may mate with up to four males, each of which hatches and raises a 
brood. 
 
            The Spotted Sandpiper’s highly-unusual breeding system is not 
shared by its cogener, the closely-related and very similar Common Sandpiper of 
Eurasia, which typically forms monogamous pair bonds.
 
            As a group shorebirds evidence a wide variety of mating systems, 
many of which include a high degree of paternal care, and a high degree of 
sexual dimorphism in favor of the female, particularly with respect to size and 
in some cases plumage. Perhaps the best known examples in this regard are the 
phalaropes, which are perhaps better known than the Spotted Sandpiper for their 
reversed parental roles because of their more conspicuous reversed sexual 
dimorphism. (Like the Spotted Sandpiper, female phalaropes are appreciably 
larger than males, but unlike the Spotted Sandpiper female phalaropes are 
noticeably more colorful than males in breeding plumage, a reversal which 
confused early biologists and led Audubon to mislabel males and females in all 
of his phalarope plates). Like the Spotted Sandpiper, m ales and females of the 
three phalarope species reverse the normal parenting roles. Unlike the Spotted 
Sandpiper, however, the phalaropes are generally monogamous, with
  no mo
re than 5-10% of females practicing polyandry. Certain other birds which 
exhibit paternal care are strictly monogamous, which further indicates that 
male parental care does not necessarily result in the practice of classic 
polyandry. 
 
            No one really knows why the parental roles of the Spotted Sandpiper 
are reversed and the female Spotted Sandpiper typically practices classic 
polyandry when most species of birds reproduce with biparental care and social 
monogamy, presumably because this is the most successful system for raising 
young. Nor is it known why in the case of birds classic polyandry as a primary 
breeding system is restricted to a few species in a few major groups, which 
consist primarily of the very primitive and flightless tinamous and ratites 
(rheas, emu and cassowaries), certain shorebirds (including the Spotted 
Sandpiper and to a lesser extent the phalaropes in the family Scolopacidae, 
jacanas, painted-snipes and the Plains Wanderer, all of which are members of 
the order Charadriiformes), the Buttonquail, a small, Ol d World family of 
birds which resemble quail, and the Black Coucal, an Old World species of 
cuckoo. Two members of the plover family also sometimes exhibit polyandry, t
 he Eur
asian Dotterel and Kentish Plover (which is known as the Snowy Plover in North 
America). With the exception of the Black Coucal, all of these species have 
precocial chicks which can be cared for by one parent. Classic polyandry also 
recently has been found in certain woodpecker species, such as the 
Greater-spotted and Lesser-spotted Woodpeckers of Eurasia, which, like the 
Black Coucal, have altricial chicks. 
 
            In some birds it is likely that exclusive paternal care is the 
“ancestral” parenting system and that it has been preserved in some lineages.  
This appears to be most strongly the case for the tinamous and ratites and 
unlikely in the case of all other birds except possibly the shorebirds.  Some 
authorities believe that paternal care is ancestral in certain shorebirds, 
while others believe that biparental care is ancestral in shorebirds and that 
paternal care developed early in the Scolopacida (sandpipers and their allies), 
with subsequent transitions from male care to female care or biparental care 
and even back to male care. In any event, because female Spotted Sandpipers are 
hormonally and behaviorally equipped to competently perform all parental 
duties, which suggests a history of biparental care, it is believed that 
paternal care evolved from biparental care in the Spotted Sandpiper. 
 
            One factor which must be considered in evaluating the cause of 
paternal care and classic polyandry in a given population of birds is the ratio 
of males to females in that population.  In The Birder’s Handbook – A Field 
Guide to the Natural History of North American Birds (1988) by Ehrlich, Dobkin 
and Wheye, the authors describe a long-term study of a breeding population of 
Spotted Sandpipers on Little Pelican Island, Leech Lake, Minnesota and note 
that a chronic shortage of available males developed as females first arrived 
on the breeding grounds and, after their subsequent arrival, males were taken 
out of the breeding pool because they were sitting on nests. Although this 
account emphasizes the chronic shortage of breeding adult males in the stud y 
and how such a shortage limited the production of additional clutches by 
females, it appears that a shortage of breeding adult males is an effect, not a 
cause, of classic polyandry in the Spotted Sandpiper. This is be
 cause 
female Spotted Sandpipers likely would not be able to commonly engage in 
polyandrous matings unless there actually was some surplus of breeding adult 
males in any given population, which generally appears to be the case across 
the range of the Spotted Sandpiper according to the account of the Spotted 
Sandpiper in the Cornell Lab’s The Birds of North America Online (Poole and 
Gill, editors) (“multiple indicators point to a moderate, not chronic, local 
surplus of males on breeding grounds”) (emphasis supplied). This also is 
consistent with the recent finding of polyandry in the Lesser-spotted 
Woodpecker. In this case, polyandry was only found when the sex ratio was 
male-biased, and with female bias there were two cases of polygyny, the other 
form of polygamy, in which males have multiple mates. Male-biased sex ratios 
also were found in a recent incident of classic polyandry by the Kentish 
Plover. 
 
            Although a surplus of breeding adult males may be a factor in the 
development of polyandry, it can’t possibly explain it because this is the 
general pattern for most avian species, of which only 1% use classic polyandry 
as their primary breeding system. (Adult males exceed females in many species 
because of factors which result in a higher mortality for females than males, 
which include longer post-breeding dispersal by females of many non-migratory 
species and longer migration by females of many migratory species, which are 
suspected to result in greater mortality, as well as differences in body size 
and/or reproductive roles, with incubating females being particularly 
vulnerable to predators.)  It thus seems that any theory of classic polyandry 
must depend on a lot more than just the ratio of males and females.
 
            In J. David Ligon’s The Evolution of Avian Breeding Systems (Oxford 
Ornithological Series 1999), which is an excellent source of information on all 
avian breeding systems, the author does not set forth a comprehensive theory 
which explains the development of classic polyandry but does discuss various 
traits which are present in the few shorebirds and other birds which practice 
polyandry. These include (i) sex-reversed size dimorphism, (ii) male parental 
care, (iii) the need for only one parent to tend the young and (iv) the ability 
of the female to lay successive clutches. The author also emphasizes an 
ecological factor in the development of polyandry: access to breeding areas 
that are unusually rich in food.     
 
            Recently, a researcher proposed that classic polyandry has evolved 
in certain bird and fish species in the three main steps noted below. 
 
·         First, mainly or only male parental care evolves for any of several 
reasons. There are several theories for the evolution of paternal care in 
shorebirds but none are well understood and additional studies are needed. One 
theory is that if food resources are often sparse and the breeding season is 
short, as in Arctic-breeding birds, the female will not have enough energy to 
both produce and incubate the eggs and the assumption of incubation 
responsibility by the male will allow the female to survive and th e population 
to remain viable. Another theory is that if the risk of nest predation is high, 
as it often is in the Arctic, the reproductive success of both members of a 
pair may increase if the male takes on most of the incubation and thus allows 
the female to produce another clutch. While these theories may help explain the 
higher level of paternal care exhibited by many species of shorebird which 
breed in the far North, they do not seem to explain why parental ro
 le rev
ersal developed in the widespread Spotted Sandpiper, which is one of the few 
species of shorebird which breeds in temperate areas, including a substantial 
part of the continental United States, and has a longer breeding season than 
most other shorebirds. Unless, perhaps, paternal care developed in the Spotted 
Sandpiper while its breeding range was restricted to the far North and before 
it spread to temperate areas, if this is in fact what happened. A third theor y 
for the development of paternal care is that males of certain species may be 
better equipped than females to incubate alone because of the reduced energy or 
other female reserves resulting from egg laying. This may be a factor in the 
development of parental role reversal in shorebirds because they lay eggs that 
are large and unusually shaped relative to those of most other birds and thus 
are potentially costly to reproduce (which helps explain why shorebird clutches 
typically contain exactly four eggs). Whatever the
  reaso
n for parental role reversal, this reversal is not sufficient in and of itself 
to produce classic polyandry, as noted above. 
 
·         Second, females become able to produce a larger clutch than a male 
can accommodate. This can happen, for example, by evolution of smaller body 
size in the male. This also can happen by female production of more or larger 
eggs as a result of the evolution of larger body size or the availability of 
food-rich resources for a sufficiently long period during the breeding season 
as a result of a habitat shift, novel foraging methods, or both. Both such 
changes may have been factors in the developm ent of the classic polyandry 
exhibited by the Spotted Sandpiper and to a lesser extent the phalaropes, which 
exhibit reversed size dimorphism and have shifted to more food-rich aquatic 
habitats such as freshwater ponds, lakes and streams during the breeding 
season, whereas few other Scolopacids have done so.
 
·         And third, females compete to take advantage of higher fecundity and 
lay a clutch for a second male while the first mate is still caring for his 
clutch, which allows the competitively-successful female, free from the 
responsibility of incubation and care of the young, to have more offspring, 
thus spreading classic polyandry and its associated secondary sex differences, 
such as larger and more ornamented females than males. The ultimate result – 
the production of more offspring – presumably is the reason why a female would 
choose to pursue the costly option of mating again instead of foraging. 
 
See Andersson, Evolution of Classical Polyandry: Three Steps to Female 
Emancipation, 111 Ethology 1 (January 2005), which is available for free on the 
Internet.
 
            A much less elegant theory for the development of classic polyandry 
in the Spotted Sandpiper is ultimately suggested by Ligon in The Evolution of 
Avian Breeding Systems. After evaluating all of the various factors which may 
have contributed to the evolution of classic polyandry in the Spotted 
Sandpiper, the author concludes by noting the distinct possibility that it 
simply may have been due to chance.
 
Gerry Hawkins
Arlington, VA
 
You are subscribed to VA-BIRD. To post to this mailing list, simply send email 
to va-bird@xxxxxxxxxxxxx. To unsubscribe, send email to
va-bird-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field.

Other related posts:

  • » [va-bird] Reflections on the Spotted Sandpiper