Digital photography quantifies plumage variation and salt marsh melanism among Song Sparrow (Melospiza melodia) subspecies of the San Francisco Bay

Abstract

ABSTRACT Local adaptation is often implicated as a driver of speciation and diversity, but measuring local variation within a species can be difficult. Many taxa endemic to salt marshes exhibit a phenotypic trait called salt marsh melanism, in which salt marsh endemics have a darker or grayer integument than their freshwater congeners. The repeated occurrence of salt marsh melanism across distantly related taxa in similar environments suggests a role for local selection in maintaining this trait. We quantitatively explored variation in plumage characteristics for four subspecies of the Song Sparrow (Melospiza melodia) in the San Francisco Bay area. These subspecies are restricted to habitats of varying salinity and climate, and are considered a classic example of ecologically based variation on a local scale. To analyze plumage color, we employed a digital photographic technique which was quantitative, able to deal with pattern variation, and independent of a particular visual system. Although no single plumage measure distinguished among all four subspecies, combining the measures allowed reliable assignment of most specimens. Using a discriminant analysis with five measures of plumage color, we were able to classify 75% of specimens to the correct subspecies, well above the 25% correct classification expected due to chance. The three subspecies inhabiting more saline environments (M. m. pusillula, M. m. samuelis, and M. m. maxillaris) were either darker (lower luminance) or grayer (lower red dominance) than the inland subspecies M. m. gouldii, supporting the pattern of salt marsh melanism observed in other taxa. , RESUMEN La adaptación local frecuentemente está implicada como promotor de especiación y diversidad, pero la medición de la variación local dentro de una especie puede ser difícil. Muchos taxones endémicos de pantanos salobres exhiben un rasgo fenotípico llamado melanismo de pantanos salobres, que consiste en que presentan integumentos más oscuros o más grises que sus congéneres de aguas dulces. La existencia repetida del melanismo de pantanos salobres en taxones lejanamente relacionados de ambientes similares sugiere que selección local mantiene este rasgo. Exploramos cuantitativamente la variación en las características del plumaje en cuatro subespecies de Melospiza melodia en el área de la bahía de San Francisco. Estas subespecies están restringidas a hábitats de salinidad y clima variados, y son consideradas un ejemplo clásico de variación ecológica a escala local. Empleamos una técnica cuantitativa de fotografía digital para analizar el color del plumaje que tiene en cuenta la variación en patrón y es independiente de un sistema visual particular. Aunque ninguna medida del plumaje distinguió entre las cuatro subespecies por si sola, la combinación de las medidas permitió una asignación confiable de la mayoría de los especímenes. Usando un análisis discriminante con cinco medidas del color del plumaje pudimos clasificar 75% de los especímenes en la subespecie correcta, muy por encima del 25% de clasificaciones correctas esperadas por azar. Las tres subespecies que habitan los ambientes más salobres (M. m. pusillula, M. m. samuelis, y M. m. maxillaris) fueron más oscuras (menor luminancia) o más grises (dominancia de rojos bajos) que la subespecie continental M. m. gouldii, lo que sustenta el patrón de melanismo de pantanos salobres observado en otros taxones. Palabras clave: evolución del plumaje, fotografía digital, melanismo de pantanos salobres, subespecies.