isabel caetano monarca - ulisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_rita... ·...

157
UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA ANIMAL Regulation of body weight in small rodents: a tradeoff between starvation and predation? Rita Isabel Caetano Monarca Tese orientada pela Professora Maria da Luz Mathias e pelo Professor John R. Speakman, especialmente elaborada para a obtenção do grau de doutor em Biologia (Ecologia). 2015

Upload: vuonghanh

Post on 14-Nov-2018

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

UNIVERSIDADE DE LISBOA 

FACULDADE DE CIÊNCIAS 

DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA ANIMAL 

 

Regulation of body weight in small rodents: a trade‐off 

between starvation and predation? 

 

 

 

Rita Isabel Caetano Monarca 

 

Tese orientada pela Professora Maria da Luz Mathias e pelo Professor John 

R. Speakman, especialmente elaborada para a obtenção do grau de doutor 

em Biologia (Ecologia). 

2015 

Page 2: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

   

Page 3: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

This study was funded by Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) through a PhD 

fellowship – SFRH/BD/47333/2008. 

 

This thesis should be cited as follows:  

Monarca, R.I., 2015. Regulation of body weight  in  small  rodents: a  trade‐off between 

starvation and predation?. Ph.D. Thesis. University of Lisbon. Portugal.    

Page 4: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

   

Page 5: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

PRELIMINARY NOTES 

According to the Post‐graduate Studies Regulation (Diário da República, 2ª série, nº 57, 23 March 

2015) this dissertation includes papers published or submitted for publication and the candidate, 

as co‐author. As doctoral candidate I was responsible for the scientific planning, sampling design, 

data collection, statistical analyses and writing of all manuscripts. The advisors of the thesis were 

deeply involved in the conceptual framework and in all the stages of the studies. 

Papers format was made uniform to improve text flow.  

Lisboa, Junho de 2015 

Rita I. Monarca 

 

 

NOTA PRÉVIA  

Na elaboração desta dissertação foram usados artigos publicados, ou submetidos para publicação, 

em  revistas  científicas  indexadas. De acordo  com o previsto no Regulamento de Estudos Pós‐

Graduados da Universidade de Lisboa, publicado no Diário da República, 2.ª série, n.º 57, de 23 

de Março de 2015,  a  candidata esclarece que participou na  concepção, obtenção dos dados, 

análise e discussão dos resultados de todos os trabalhos, bem como na redacção dos respectivos 

manuscritos.  

A dissertação, por ser uma compilação de publicações internacionais, está redigida em Inglês.  

A formatação do texto foi uniformizada de modo a tornar  a leitura mais fluída.  

 

Lisboa, Junho de 2015 

Rita I. Monarca 

   

Page 6: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

   

Page 7: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

Index 

ACKNOWLEDGMENTS .................................................................................................... I 

RESUMO ...................................................................................................................... III 

ABSTRACT .................................................................................................................... IX 

CHAPTER 1 .................................................................................................................... 1 

GENERAL INTRODUCTION 

1.1.  SCIENTIFIC FRAMEWORK ............................................................................................. 3 

1.1.1.  ENERGY – GENERAL PRINCIPLES ....................................................................................... 3 

1.1.2.  INTERACTION BETWEEN ENERGY COMPONENTS ................................................................... 7 

�  MODELS EXPLAINING ENERGY HOMEOSTASIS ............................................................................. 7 

1.1.3.  SIGNALLING OF ENERGY BALANCE ................................................................................... 11 

1.1.4.  FACTORS INFLUENCING ENERGY BALANCE ......................................................................... 13 

�  PREDATION ....................................................................................................................... 14 

�  LIMITED FOOD RESOURCES ‐ STARVATION ............................................................................... 16 

1.1.5.  DYSREGULATION OF ENERGY BALANCE – OBESITY .............................................................. 17 

1.2.  AIMS AND APPROACH .............................................................................................. 23 

1.3.  THESIS ORGANISATION ............................................................................................. 25 

1.4.  REFERENCES .......................................................................................................... 26 

CHAPTER 2 .................................................................................................................. 35 

PREDATION RISK AND STARVATION 

2.1  ABSTRACT .............................................................................................................. 37 

Page 8: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

2.2.  INTRODUCTION ...................................................................................................... 38 

2.3.  MATERIAL AND METHODS ........................................................................................ 40 

2.4.  RESULTS ............................................................................................................... 49 

2.5.  DISCUSSION .......................................................................................................... 59 

2.6.  CONCLUSIONS ........................................................................................................ 66 

2.7.  ACKNOWLEDGEMENTS ............................................................................................. 66 

2.8.  REFERENCES .......................................................................................................... 66 

CHAPTER 3 .................................................................................................................. 71 

GROWTH AND DEVELOPMENT 

3.1.  ABSTRACT ............................................................................................................. 73 

3.2.  INTRODUCTION ...................................................................................................... 74 

3.3.  METHODS ............................................................................................................. 76 

3.4.  RESULTS ............................................................................................................... 80 

3.5.  DISCUSSION .......................................................................................................... 86 

3.6.  CONCLUSION ......................................................................................................... 92 

3.7.  REFERENCES .......................................................................................................... 93 

CHAPTER 4 .................................................................................................................. 99 

PHYSICAL ACTIVITY AND BEHAVIOUR 

4.1.  ABSTRACT ............................................................................................................101 

4.2.  INTRODUCTION ............................................................................................................ 102 

4.3.  METHODS .................................................................................................................. 103 

4.4.  RESULTS ..................................................................................................................... 108 

4.5.  DISCUSSION ................................................................................................................ 115 

Page 9: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

4.6.  REFERENCES ................................................................................................................ 118 

CHAPTER 5 ................................................................................................................ 123 

GENERAL DISCUSSION 

1)  DO ANIMALS UNDER PERCEIVED RISK OF PREDATION ADJUST THEIR BODY WEIGHT? ...................... 126 

2)  WHICH PHYSIOLOGICAL AND BEHAVIOUR FACTORS ARE CHANGED TO PRODUCE SUCH ADJUSTMENTS? ..... 127 

3)  WHAT SIGNAL THE ENERGY BALANCE AND IMBALANCE TO PRODUCE SUCH ADJUSTMENTS? ............ 130 

IMPLICATIONS AND FUTURE DIRECTIONS ..................................................................................... 131 

REFERENCES ......................................................................................................................... 134 

 

 

   

Page 10: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

Page 11: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

ACKNOWLEDGMENTS 

 

Taking the final steps of long journey, there are several people who crossed my way and 

whom I am greatly indebted. 

At  institutional  level,  I would  like  to  thank “Fundação para a Ciência e Tecnologia”  for 

funding my work through a PhD grant. 

To my supervisors  for accepting  the challenge of accompanying along  this  journey. To 

Professor Maria da Luz Mathias, who many years ago put some faith in me by accepting 

me into the “small mammal group” and who across the years have been getting used to 

my simple ways of seeing the world, sometimes called minimalistic. My sincere gratitude 

to Professor John Speakman, for all his guidance, helping cross several bumps along the 

way and for making all these energetics related topics much more familiar.  

In  Lisbon,  to  my  colleagues  Joaquim,  Sofia,  Ana  Cerveira,  Cristiane,  Isabel,  Flávio, 

Margarida and Ana Quina, for their constant help, words of support and scientific input. 

Ana Cerveira, Joaquim and Sofia, many thanks for the labour hours helping me on the field 

work and maintaining the animals when I was away. I hope that in a near future our out 

of the box ideas for research projects will see the light of day. Patricia Napoleão, thank 

you for helping me with the first steps into the biochemistry lab. 

In Aberdeen, to the energetics research group, Aqeel, Mia, Rachel, Madu, Quinn, Sharon, 

David, Catherine, and Lobke, many thanks for your support. A special word for Lobke, for 

all the help on the constant attempts of getting the study up and running. 

In  Beijing,  to  the  lab  colleagues,  Teresa,  Li‐Li,  Deng  Bao,  Yanchao,  Xinyu, Mengqin, 

Chaoqun, Guanlin, I would like to thank you all for the way I was welcome into the group, 

you were never refused me any help dealing with lab issues or every day issues of a non‐

speaker  of  the  local  language.  To  Professor De‐Hua Wang,  thank  you  very much  for 

Page 12: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

II 

 

proving part of the equipment to perform the experiments. To Teresa and Panqian, thanks 

for the really fun moments we shared during our city adventures.  

A  special  thanks  to  Paula  Lopes  for  the  amazing  help  on  putting  together  the  first 

foundations of this project, and for every now and then quick word of advice. 

To worldwide spread but always close friends Andreia, Sofia, Guida, Hugo, Paulo, Raul e 

Inês(es), feels good to know I can count on you. 

To my mother who always supported my choices and to my core family thank you for the 

encouragement along this journey. 

Tiago, thank you so much for all the encouragement, support, patience and love, to make 

it through the times apart and always be there for me, I hope that finally we can spend 

more time together. 

 

   

Page 13: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

III 

 

RESUMO 

 

Os mecanismos  envolvidos  na  regulação  do  peso  do  corpo,  assim  como  as  pressões 

evolutivas que controlam estes mecanismos,  têm  sido  largamente discutidos. Diversas 

teorias  têm  proposto  uma  panóplia  de  modelos  explicativos,  que  incluem  diversas 

componentes,  como  sobrevivência  em  períodos  de  escassez  de  recursos,  sucesso 

reprodutor, alterações de comportamento ou ausência de co‐adaptação às actuais dietas. 

No  entanto, o  funcionamento destes mecanismos  e  a  interacção dos  factores que os 

influenciam permanece em grande parte desconhecida. 

A desregulação do balanço energético pode originar situações de excesso de peso e em 

casos extremos conduzir à obesidade. Durante o século XX, a  incidência de obesidade 

aumentou nas sociedades ocidentais de  forma epidémica. Na base desta desregulação 

existe uma forte componente genética, mas também uma forte influência ambiental. A 

capacidade de armazenar energia na forma de gordura, pode representar uma vantagem 

adaptativa  visto  conferir  um  grau  de  protecção  contra  períodos  em  que  os  recursos 

alimentares são escassos e que podem incorrer em eventos de fome. 

O modelo clássico de regulação de peso propõe que o peso corporal seja pré‐determinado 

internamente, dependendo exclusivamente de factores  individuais. Sempre que o peso 

do  corpo  varia  acima  ou  a  abaixo  deste  valor  pré‐estabelecido  são  desencadeados 

mecanismos que actuam de modo a restabelecer o peso corporal inicial. Recentemente, 

outros modelos têm surgido, nomeadamente o modelo de duplo ponto de intervenção, 

que  propõe  não  a  existência  de  um  valor  pré‐determinado, mas  a  existência  de  um 

Page 14: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

IV 

 

intervalo, com um limite inferior e um limite superior, entre os quais o peso pode variar 

livremente. Quando o peso atinge o limite superior, ou o limite inferior do intervalo, são 

activados  mecanismos  que  restabelecem  o  peso  do  corpo  para  o  intervalo  pré‐

estabelecido.  

Tem sido demonstrado que os pequenos mamíferos possuem mecanismos de regulação 

do peso do corpo muito eficientes. O acesso permanente a alimento ou a modificação da 

alimentação para dietas muito  ricas em gordura  raramente  resultam em aumentos de 

peso  que  possam  ser  classificados  como  obesidade.  No  entanto,  os  factores  que 

condicionam  estes mecanismos  são  ainda  desconhecidos. O  risco  de  predação,  assim 

como o risco de fome têm sido indicados como dois factores que condicionam os limites 

de variação do peso do corpo, mantendo‐o dentro do intervalo pré‐determinado. 

Neste trabalho, utilizando pequenos mamíferos como modelos de estudo, analisou‐se a 

possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de fome, testando‐

se  experimentalmente  a  hipótese  segundo  a  qual  o  desaparecimento  da  pressão  de 

predação  conduzirá  à  proliferação  do  fenótipo  associado  à  acumulação  de  gordura. 

Segundo esta hipótese, os genes responsáveis pela eficiente acumulação de reservas de 

gordura terão sido mantidos no pool genético por um fenómeno de deriva genética, em 

humanos, depois da eliminação do risco de fome e predação, das populações ancestrais, 

devido  ao  desenvolvimento  da  agricultura  e  armas,  estes  genes  deveriam  ter  sido 

eliminados, por terem perdido o seu valor adaptativo.  

Para a avaliação dos efeitos do risco de predação, pequenos mamíferos foram submetidos 

a  estímulos  sonoros  que  simulam  a  presença  de  um  predador,  e  as  suas  respostas 

Page 15: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

fisiológicas e comportamentais  foram analisadas. Esta metodologia  foi aplicada a duas 

espécies  de  pequenos  roedores,  o  rato‐do‐campo  Apodemus  sylvaticus  e  à  estirpe 

C57BL/6 de ratinhos de laboratório. Pretendeu‐se investigar se o risco de predação afecta 

o peso do corpo dos animais e de que modo se processa este efeito, nomeadamente em 

termos de consumo de comida, alterações de padrões de comportamento, metabolismo, 

termorregulação e  actividade  física. Pretendeu‐se  também  analisar  se os mecanismos 

envolvidos  na  regulação do balanço  energético  são  sinalizados  através de mensagens 

hormonais que actuam a nível do sistema nervoso central. 

Os resultados obtidos mostram uma significativa influência do risco de predação sobre o 

peso do corpo, por outras palavras, os animais submetidos a um tratamento que simula a 

presença de um predador  reduziram o seu peso corporal ou a  taxa de ganho de peso 

quando submetidos a dietas com elevado teor de gordura. Esta alteração é feita através 

da variação  tanto da quantidade de energia  ingerida, como da quantidade de energia 

gasta,  processos  que  podem  funcionar  de  forma  independente  ou  em  simultâneo.  A 

redução da quantidade de energia  ingerida baseia‐se principalmente na diminuição da 

quantidade  de  comida  consumida  e  não  na  alteração  das  taxas  de  digestibilidade  e 

absorção. O aumento da energia despendida ocorre através da alteração dos padrões de 

atividade física e comportamento, ou seja, os animais favorecem comportamentos que 

aumentam a actividade física e que são mais dispendiosos do ponto de vista energético, 

como moveram‐se dentro da caixa, em oposição a manterem‐se imóveis ou em descanso 

como método de poupança de energia. A taxa de metabolismo basal, que muitas vezes é 

associada a poupança de energia, em animais que estão adaptados a ambientes extremos 

Page 16: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

VI 

 

como desertos ou ambientes subterrâneos, não é alterada em consequência do risco de 

predação. 

A exposição estocástica a períodos de  fome  induziu  reduções acentuadas do peso do 

corpo, que foram recuperadas assim que a disponibilidade de comida foi restabelecida. A 

compensação do peso perdido  foi  feita através do aumento da  comida  ingerida, e da 

alteração de comportamento, sendo adoptados comportamentos que reduzem o gasto 

energético. Ao  contrário do previsto,  após  a exposição  a  vários períodos de  fome, os 

animais não  sobrecompensaram a massa  corporal perdida, ou  seja, o peso  corporal é 

restabelecido para valores semelhantes ao período de referência, anterior aos eventos de 

fome, não  sendo estabelecido um novo  limite de  regulação.  Segundo o previsto pelo 

modelo de duplo ponto de  intervenção, esperava‐se que o aumento da  frequência de 

períodos de fome reestabelecesse o nível mínimo de reservas para um limite superior, ao 

de referência, de modo a assegurar a sobrevivência em próximos eventos de escassez. 

Os dados revelaram também algumas diferenças no que se refere à resposta de machos 

e fêmeas, tendo as fêmeas exibido uma resposta evidente ao elevado risco de predação, 

principalmente  quando  expostas  a  dietas  com  alto  teor  de  gordura.  A  resposta  à 

exposição a uma dieta rica em gordura, após um período inicial de dieta pouco rica em 

gordura,  também é diferente entre machos e  fêmeas,  tendo  as  fêmeas demonstrado 

maior  resistência ao aumento de peso que os machos. Estas diferenças poderão estar 

relacionadas  com  a  influência  do  tamanho  do  corpo  em  questões  de  dominância  e 

agressividade, e com o investimento na reprodução. 

Page 17: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

VII 

 

Os  níveis  de  corticosterona  foram  alterados  em  resposta  ao  aumento  do  risco  de 

predação, mas os níveis de leptina circulante são explicados principalmente pelas reservas 

de  gordura  acumuladas.  No  entanto,  os  animais  submetidos  a  períodos  de  fome 

registaram elevados níveis de leptina circulante, o que é uma resposta inesperada face ao 

observado em humanos após dietas de redução de peso, em que o abandono das dietas 

para perda de peso é atribuído à manutenção de baixos níveis de leptina, após a dieta. 

Estes  resultados  suportam  a  importância  do  papel  da  pressão  de  predação  sobre  a 

regulação do peso do corpo, e demonstram que estas alterações podem ser alcançadas 

através do recurso a uma combinação de processos fisiológicos e comportamentais, que 

resultam em redução do consumo de energia ou aumento do seu gasto. 

A investigação dos mecanismos que regulam as variações de peso, nomeadamente a sua 

componente  ambiental  é  fundamental  para  a  compreensão  de  disfunções  como  a 

obesidade e doenças associadas, nomeadamente na  forma  como vários  fenótipos  são 

expressos  sob  diferentes  condições  ambientais. No  entanto,  a  conhecimento  da base 

molecular e genética, destes mecanismos, é essencial para o desenvolvimento de novos 

medicamentos e formas de terapia que permitam prevenir e controlar estas disfunções.  

 

Palavras‐chave: Regulação de peso; Obesidade; Risco de predação; Fome. 

 

 

Page 18: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

Page 19: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

IX 

 

ABSTRACT 

 

The mechanisms  and  evolutionary  background  of  body weight  regulation  have  been 

largely  discussed  in  the  last  years.  Several models  were  put  forward  to  explain  the 

energetic imbalances that lead to disorders as obesity, linking environmental and genetic 

factors, and their effects over body weight. Unlike humans, small wild mammals have a 

strong  body weight  regulation  system,  being  the  risk  of  predation  one  of  the  factors 

suggested  to  explain  the  non‐prevalence  of  overweight  animals  within  natural 

populations.  Accordingly,  carrying  large  fat  reserves  influences  the  ability  to  escape 

predators, being  the  risk of predation  the main  factor  influencing  their upper  limit  for 

body weight regulation. On the other hand the risk of starving, due to carrying reduce fat 

storages during  famine periods  is  likely  to guide  the  lower boundary  for body weight 

regulation, a trade‐off between these two pressure factors is suggested to modulate body 

weight in small mammals. The predications of this model were tested using wood mice 

(Apodemus  sylvaticus)  and  C57BL/6 mice  by  experimentally manipulating  the  risks  of 

starvation  and  predation.  Physiological  and  behavioural  responses  were  tested  to 

investigate  the  response of mice  to elevated  risks of starvation and predation. Results 

showed  that  reductions  in  body  weight,  and  body  weight  gain,  can  be  induced  by 

manipulating  the predation  risk. The variations were mostly explained by  reduction of 

food intake, and increase in energy expenditure through alteration of physical activity and 

behaviour. Resting metabolic rate and thermogenic capacity were not affected. Males and 

females  responded differently  to high  fat diets,  females showed stronger homeostasis 

mechanisms.  Starvation  periods were  compensated  by  overfeeding  and  reduction  of 

activity during  the  recovery period but did not  induce  the  increase of  the  fat storages 

above pre‐starvation. Corticosterone  levels signed the perceived risks of predation and 

circulating leptin was correlated with the levels of fat storage. These observation strongly 

support  the  role  of  predation  risk  over  the  regulation  of  body weight,  showing  the 

influence of environmental components over the setting of body weight regulation limits.  

Keywords: Predation‐Starvation trade‐off; Weight regulation; Body weight; Obesity

Page 20: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

Page 21: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 1 

General Introduction 

 

 

 

 

 

 

 

   

Page 22: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

   

Page 23: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

 

General Introduction 

 

1.1. Scientific framework 

1.1.1. Energy – General principles 

Energy is considered a key currency for all the biological processes. Ultimately, energy 

is one of the most essential resource for animals life, therefore acquiring the amount of 

food to supply their daily need of energy is a basic goal of every animal. 

The first law of thermodynamics states that energy can be transferred and transformed, 

but cannot be created or destroyed (Blaxter 1989). When applied to animal physiology, 

this process can be summarised by the following equation, all terms expressed as energy 

per unit of time: 

Energy Intake = Energy Expenditure + Energy Storage 

Energy Intake primarily refers to the chemical energy obtained through consumed food 

and fluids; Energy Expenditure refers to performed work, and energy lost through radiant, 

conductive,  and  convective  heat,  and  also  evaporation.  Energy  Storage  is  the  rate  of 

change  in body’s macronutrient stores  (Hall et al. 2012). The balance between energy 

intake, energy expenditure and energy storage can be referred as energy homeostasis. 

The Energy Intake components are macronutrients (proteins, carbohydrates and fat) and 

micronutrients  (vitamins, minerals and  trace elements). Micronutrients are part of  the 

diet, but their contribution to the total energy ingested is not significant. Once ingested, 

Page 24: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

the absorption of macronutrients is variable and incomplete, typically urine accounts for 

2‐3% (Grodzínski & Wunder 1975) of total energy input, faecal loss is variable, depending 

on the individual variance, diet quality and intestinal factors, red pandas can lose 80% of 

energy input through faeces (Wei et al. 2000) and grey seals about 8% (Ronald & Keiver 

1984).  The metabolized  energy  is  given  by  the  difference  between  the  total  energy 

content  of  the  consumed  food  and  the  energy  content  of  faeces  and  urine.  The 

transformed macronutrient can then be used in the biological processes or be stored. 

The  rate  of  Energy  Expenditure  is  variable  across  the  day  and  during  the  life  span. 

Accordingly, maintenance, growth, reproduction, lactation, running, and other processes, 

all require energy but the amounts of fuel may be variable. 

The energy expenditure budget can be divided in three main components: i) Resting/Basal 

metabolism, ii) Thermal effect of food, iii) Thermo regulatory metabolism and iv) Activity 

metabolism. 

i) Resting metabolic rate represents approximately two‐thirds of total human energy 

expenditure  (Cunningham 1991), and 40% of small mammals  total energy expenditure 

(reviewed by Speakman 2000). Basal metabolic rate can be defined as the minimal rate 

necessary to sustain basic physiological processes, as respiration, heart rate and cellular 

repair,  measured  in  an  inactive,  post‐absorptive,  non‐reproductive  animal,  at  an 

environmentally  neutral  temperature.  This  standardised  estimation  of metabolic  rate 

requires several criteria to be accomplished, however in many cases these assumptions 

are not easy to achieve (McNab 1997).  

Page 25: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

 

Basal metabolic  rate  requires  animals  to  be  inactive  at  thermoneutrality,  thus  is  not 

measured  on many  studies,  due  to  the  difficulties  of  certifying  that  animals  are  post 

absorptive. Thus measurements of resting metabolic rate are often used. They may be 

slightly higher than basal metabolic rate, due to the thermal effect of food. According with 

Johnstone et al. (2005), about 63% of resting metabolic rate variation can be explained by 

the fat free mass, 2% by the individual variation of subjects, 6% by the body fat content, 

2% by age, 0.5% by analytic error and 26,6% of the variation is unexplained. 

ii) The Thermal effect of food also commonly referred as Diet induced thermogenesis, 

and  specific  dynamic  action  (review  by  Secor  2009),  is  the  energy  associated  to  the 

digestion and processing of  food,  in other words,  it  is  the energetic  cost of digesting, 

assimilating  and  transporting  nutrients  from  ingested  food  to  cells  and  tissues.  It  is 

assumed to be a fixed percentage of total energy intake, but may be affected by the meal 

size and composition (Jonge & Bray 1997). Although, a small part of the thermal effect of 

food consists of regulated heat production to dissipate excessive energy intake (Lowell & 

Spiegelman 2000). 

iii)  In homeotherms the maintenance of a stable body temperature depends upon the 

balance  between  heat  production  and  heat  loss  ‐  Thermal  regulation.  The  heat  loss 

through the body surface is proportional to the difference between ambient temperature 

and  surface  temperature. Therefore  the energy allocated  to  the maintenance of body 

temperature  is highly  influenced by the ambient temperature. As the temperature falls 

below  core  temperature,  the  heat  demands  for  thermoregulation  increases.  Basal 

metabolic rate, thermal effect of food and physical activity, all contribute to supply this 

Page 26: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

energy demand. If these sources do not supply the required energy, specific extra heat is 

generated to maintain a stable body temperature. 

Humans,  mainly  in  developed  countries,  were  able  to  modify  their  environmental 

conditions to permanently balance the ambient temperature and their heat production 

(Garland et al. 2011; Speakman & Keijer 2012). These conditions do not necessarily apply 

to wild animals, hence the energy allocated to balance the body temperature significantly 

increases.  The  production  of  heat  necessary  to  increase  the  body  temperature may 

require  shivering or non‐shivering. The non‐shivering  thermogenesis  includes  the heat 

generation using  the brown adipose  tissue, not  involving muscular  contractions. Non‐

shivering  thermogenesis and brown adipose  tissue are commonly  the  focus of  studies 

regarding seasonal acclimatisation of small mammals, and recently also human physiology 

due  to  its  possible  anti‐obesity  role  (Cannon &  Nedergaard  2004;  Seale,  Kajimura & 

Spiegelman 2009). 

iv) Physical activity can be defined as the thermic effect of any bodily movement that 

goes  beyond  the  basal  metabolic  rate  (Caspersen,  Powell  &  Christenson  1985).  It 

comprises the energy expenditure required for skeletal muscles to produce movement, 

including minimal movement, physical  exercise  and powerful muscular work. Physical 

activity and exercise are not synonymous. Physical activity  includes exercise as well as 

other activities which  involve corporal movement. In humans, there  is often a partition 

between exercise and non‐exercise activity (Levine, Schleusner & Jensen 2000; Hollowell 

et al. 2009). Energy costs with physical activity are correlated with body weight and resting 

metabolic  rate  (Schoeller  &  Jefford  2002),  but  is  one  of  the  most  variable  energy 

expenditure components. 

Page 27: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

 

 

1.1.2. Interaction between energy components 

The three components of the energy equation interact through a series of processes 

that  favours  homeostasis,  responding  to  the  energy  available.  As  so,  if  the  energy 

expenditure  increases,  animals  must  increase  their  food  intake  to  compensate  the 

discrepancy or use the energy stored. Consequently, energy  is stored  if the food  intake 

exceeds the energy expenditure.  

The main components of the energy balance equation may vary across time, accordingly 

with  the  stage of development;  typically energy  storage  is positive during growth and 

development resulting  in the  increase of body weight. During adult  life, body weight  is 

usually stable, and energy storage approaches zero. 

 

Models explaining energy homeostasis 

The  regulation  system underpinning energy  input  and expenditure has not been  fully 

established. Multiple theories have been put forward to explain energy homeostasis; each 

model is the product of a different context and therefore they focus on different aspects 

of  body weight  regulation:  the  set  point model  is mostly  based  on  physiological  and 

genetic determination, whereas the settling point regulation model  is built around the 

effects of social, nutritional environment. The dual point intervention model is suggested 

as an alternative model  including weak physiological regulation within  two boundaries 

Page 28: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

that may vary across individuals and accommodates both environmental and molecular‐

physiological views points.  

a) Set point model (Lipostatic model) 

Kennedy (1953) was among the first to propose that the regulation of body fat involves 

an  internal “lipostat” that maintains body fat hence overall weight at a predetermined 

level. It was then suggested that fat would produce a signal that once sensed by the brain 

would inform about the levels of fat. If these levels were above or below the target body 

fat, the brain would activate mechanisms to increase or reduce the energy expenditure 

and bring the fat levels to the target point (Figure 1). The discovery of leptin many years 

later  (Zhang  et  al.  1994)  gave  strong molecular  support  to  the model  suggested  by 

Kennedy, by exposing the presence of a hormonal signal that informs the brain about the 

fat status of the body, as reviewed by Friedman and Halaas (1998). Leptin is a hormone 

primarily produced by  the  adipose  tissue  and  interacts with brain  areas  known  to be 

related with energy homeostasis (Mercer & Speakman 2001; Bellinger & Bernardis 2002). 

 

Figure 1 – Classic set‐point model of body weight regulation: Compensatory 

mechanisms are applied when body mass  is below or above the set point of 

regulation. 

Page 29: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

 

b) Settling point model 

One of the statements of the set‐point model is that it denies the role of environmental, 

behaviour and economic factors, resuming the mechanism is strictly due to physiological 

components. According to the settling point model  (Wirtshafter & Davis 1977), the  fat 

storage in a body can be compared to the water levels in a water reservoir, in analogy like 

a lake (Speakman et al. 2011) (Figure 2).  

 

Figure 2 ‐ Body weight regulation according to the settling point model, here 

illustrated as a lake. Input of water is rain falling in the hill, the output of water 

is proportional to the depth of water in the outflow, as indicated by the size of 

the arrows. A ‐ As the volume of  inflow rain  increases, the depth of outflow 

raises; B ‐Rain fall represents energy input, energy expenditure is compared to 

the outflow; depth of outflow  represents  the settling point, and  the energy 

storage is illustrated by the amount of water in the reservoir (lake) (adapted 

from Speakman et al. (2011)). 

Page 30: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

10 

 

A natural equilibrium  in maintained  in the  lake, due to the extra rain  inflow, the water 

levels  rises  until  the  outflow  equals  the  inflow.  Regarding  body weight,  fat  storages 

represent the lake, energy intake is represented by the rain and energy expenditure by 

the water outflow. In such system, there  is  little active regulation  in order to predefine 

body weight,  the  interaction of  several environmental  factors  (e.g.  improved housing, 

food abundance)  results  in a dynamic equilibrium  (“settling point”) dependent on  the 

individual constitution and interaction between energy input and expenditure (Dubois et 

al. 2012). The settling point model denies any role for the physiological regulation of body 

fatness and weight. 

 

c) Dual intervention point model 

Contrarily to the suggested by the classic “lipostat” model of Kennedy (1953), the dual 

intervention point model argues that body weight is set within a range limited by an upper 

limit point and a lower limit point (Levitsky 2002; Speakman 2007). If body weight rises 

above  the  upper  limit  or  decreases  below  the  lower  limit,  the  individual  enables 

physiological mechanisms that change energy balance to maintain the body weight within 

the pre‐set range. Between these boundaries the physiological regulation is poor (Figure 

3).  The  nature  of  the  intervention  points  is  still  unclear,  they  might  depend  on  a 

combination of genetic and environmental factors acting together. A strong evolutionary 

background has supported this model, the upper intervention point defined by the risk of 

predation  and  the  lower  intervention  point    established  by  the  risk  of  starvation 

(Speakman 2007, 2008). The upper limit point of intervention is mostly supported by data 

Page 31: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

11 

 

obtained  in  animal  studies,  given  that  since  2 million  year  ago modern humans  have 

developed tools, weapons and strategies to avoid predation. 

 

Figure 3  ‐ The dual  intervention point model. Over time body weight varies, 

when the intervention points are reached physiological feedback controls that 

operate in order to reduce or increase the body mass. 

 

1.1.3. Signalling of energy balance  

Insulin was  the  first  hormonal  signal  to  be  related with  the  regulation  of  energy 

balance. It is secreted by beta cells in the pancreas and enters in central nervous system 

via the circulation. Insulin is considered an “adiposity signal” that supresses food intake, 

and promotes lipid storage (Assimacopoulos‐Jeannet et al. 1995). The discovery of leptin, 

a hormone  secreted by  the adipose  tissue, provided additional  information about  the 

signals sent to brain (Zhang et al. 1994). Both insulin and leptin have been involved in the 

regulation  of  body  weight  (Figure  4)  (Varela  &  Horvath  2012),  as  their  levels  are 

proportional to the amount of body fat (Bagdade, Bierman & Porte 1967; Considine et al. 

1996), and their delivery on the brain is directly related to their circulating levels (Schwartz 

et al. 1996).  

Page 32: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

12 

 

Two neuronal populations NPY/AGRP and POMC/CART, located in the arcuate area of the 

hypothalamus (Hahn et al. 1998), express specific neuropeptides known to be involved in 

energy homeostasis and related with food  intake. Both  leptin and  insulin receptors are 

expressed at the NPY and POMC neurons at the hypothalamus (Cowley et al. 2001; Könner 

et al. 2007). NPY/AGRP are  inhibited by  leptin, hence activated by  low  levels of  leptin, 

food intake is stimulated by fasting due to the activation of NPY. On the other hand, POMC 

neurons  are  stimulated  by  leptin  and  inhibited  by  NPY  (Cowley  et  al.  2001).  Insulin 

signalling in the brain is essential for glucose homeostasis, POMC insulin sensitive neurons 

may be involved in response to positive energy balance through promoting fat storage in 

white adipose tissue (Hill et al. 2010). 

 

Figure 4 ‐ Leptin and insulin secreted by white adipose tissue (WAT) and the 

pancreas, respectively,  inform the hypothalamus about the energy status of 

the organism,  regulating  several peripheral  functions. Arc‐ arcuate nucleus; 

AgRP‐ agouti‐related protein; InsR‐ insulin receptor; LepR‐b‐ leptin receptor b; 

POMC‐  proopiomelanocortin;  VMH‐  ventromedial  hypothalamus.  (adapted 

from Varela & Horvath (2012)). 

Page 33: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

13 

 

1.1.4. Factors influencing energy balance 

Factors  affecting  the  energy  balance  are  linked  to  two main  pillars,  genetics  and 

environment.  Both  factors  interact  at  different  levels,  linking  and  affecting  several 

components  of  energy  expenditure  and  intake  and  the  overall  energetic  balance,  as 

represented in Figure 5. 

 

Figure 5  ‐  Linkages  among  genetics  and  environmental  effects over  energy 

balance,  through  several  co‐existent mechanisms  (adapted  from  Speakman 

2004). 

Several  loci have been  identified as related with energy balance. Studies with  identical 

twin suggest that 60 to 70% of body mass  index variance  is due to genetic differences 

(Allison  et al. 1996;  Segal  et al. 2009).  It has  also been demonstrated  that  genes  can 

influence the food intake (Rankinen & Bouchard 2006), weight gain (Bouchard et al. 1990), 

physical activity (Mustelin et al. 2012) and basal metabolic rate (Rønning et al. 2007). 

Page 34: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

14 

 

The  influence  of  environment  over  energy  balance  components  are  mostly  due  to 

alteration of behaviour,  and  its  interaction with other  components.  Two main  factors 

causing imbalance of energy homeostasis are the availability of food and physical activity. 

In humans, the constant food availability, their dense energetic content and portion size 

are likely to influence energy intake, whilst the required physical activity is reduced mostly 

by the characteristics of the neighbourhood namely existence of paths for walking and 

cycling,  traffic and  street  safety  (Lee et al. 2012),  television viewing  (Hernández et al. 

1999) and also car use (Wen et al. 2006).  

Several small mammal species, as mice and voles, use environmental cues, such as day 

length and temperature to trigger seasonal variations on their body mass and adiposity, 

making them attractive models for the study of body weight variation as these conditions 

can easily be simulated in laboratory (Bartness, Demas & Song 2002; Zhao, Chen & Wang 

2010). Even though had been identified that small mammals have a strong body weight 

regulation (El‐bakry, Plunkett & Bartness 1999; Peacock & Speakman 2001), keeping their 

weights in a dynamic equilibrium (Levitsky 2002).  

 

Predation 

When  focusing on  small wild animals,  the environmental  components  incorporates 

factors, such as the risk of being predated, that have lost adaptive value to humans since 

the  development  of  defensive  tools  and  discovery  of  fire,  and  evolution  of  social 

behaviour. 

Page 35: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

15 

 

Predation represents an  important element of  the overall  interaction between species 

and their survival demands, being a selective key force on the evolutionary and adaptive 

processes involved (Abrams 2000). Nevertheless, the effects of perceived risk of predation 

have been demonstrated  to play a more  important  role  shaping  the preys  traits  than 

direct consumption (Preisser, Bolnick & Benard 2005; Creel & Christianson 2008) (Figure 

6).  

The  risk  of  predation  in  known  to  affect morphology  (McCollum &  Leimberger  1997; 

Brönmark, Lakowitz & Hollander 2011), physiology  (Slos & Stoks 2008)   and behaviour 

(Abramsky et al. 2004; Verdolin 2006)  including aggression, movement patterns  (Sih & 

McCarthy 2002) and foraging (Brown et al. 1988; Vásquez 1994). Responses to predation 

risk,  i.e. activation of defence mechanisms are usually assessed by a reduction  in other 

fitness components such as reproduction or growth (Harvell 1990; Ylönen & Ronkainen 

1994). 

Page 36: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

16 

 

 

Figure  6  –    Pathways  of  predation  effect  over  prey  population  dynamics 

(adapted from Creel & Christianson 2008). 

 

Limited food resources ‐ Starvation 

All animals at some time during their life may face events of limited food resources that 

ultimately  could  lead  to mortality.  Starvation  refers  to  the  biological  state wherein  a 

postabsorptive  animal,  otherwise  willing  is  unable  to  eat,  as  the  result  of  extrinsic 

limitations on food resources (McCue 2010).  

The frequency and duration of starvation events are highly variable, the predictability of 

such events is also variable, it occurs seasonally or randomly according with unpredictable 

Page 37: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

17 

 

factors.  Animals  are  constantly  spending  energy  to  maintain  their  basic  functions, 

however they are not constantly acquiring energy, meaning that at any point they must 

rely on physiological processes to survive based on the energy internally stored, resulting 

in a disrupted energy balance during starvation periods. The ability to tolerate starvation 

varies across different animal groups, small birds and mammals may tolerate only one day 

of starvation (Mosin 1984; Cherel, Robin & Maho 1988), in contrast to fish (Olivereau & 

Olivereau 1997), amphibians  (Grably & Piery 1981), and  large mammals as polar bears 

(Atkinson & Ramsay 1995) that are often able to endure several months without feeding. 

Large energy reserves may extend the toleration to starvation, likewise small animals are 

more susceptible to food deprivation than larger animals.  

Reduction of body mass associated with  starvation  requires prioritizing given  the high 

demands of maintaining tissues with high turnover rates, which takes some species to 

catabolize tissues to save resources during starving periods, like the gastrointestinal track 

(Battley et al. 2000; Ferraris & Carey 2000). Liver and adipose tissue are equally mobilized 

(Merkle & Hanke 1988; Lamosova, Mácajová & Zeman 2004)but usually at slower rates. 

Skeletal muscles  is  less  likely to be catabolize given  its role  in  locomotion. Brain tissue, 

heart and reproductive organs are seldom catabolized during starving periods.  

 

1.1.5. Dysregulation of energy balance – Obesity 

Obesity can be explained as a prolonged imbalance between energy intake and energy 

expenditure, where the food input exceeds the energy output and the difference is stored 

as fat. The accumulation of energy for future needs, in the form of fat reserves, can be 

Page 38: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

18 

 

found  across  almost  all  animal  species,  from Caenorhabditis  elegans  (Jones & Ashrafi 

2009), to crustaceans, fish (Brockerhoff & Hoyle 1967) and birds (Meissner 2009). 

In  recent years, obesity has become a major public health problem  in modern human 

societies (James 2008), revealing  ineffective mechanisms of body weight regulation.   In 

the mid 1970s, obesity became an  issue, and has been recognized by the world health 

organization  as  a  disease,  since  the  1990s.  It  started  by  affecting mostly  developed 

societies, but has extended now to developing countries, its recognition as public health 

issue is unquestionably accepted. 

The origins of obesity have been associated with a combination of genetic (Aguilera, Olza 

& Gil 2013) and environmental factors (Hill & Peters 1998), but the prevalence of obesity 

is still being debated.  

Theories explaining Obesity 

Obesity is associated with a series of metabolic dysfunctions that ultimately will reduce 

the fitness. Given this scenario is expected that the genes responsible for the overweight 

phenotype  to be quickly eliminated  from  the genetic pool,  reducing  the prevalence of 

obesity.  However,  this  has  not  been  the  case,  suggesting  that  this  apparently 

unfavourable phenotype may uncover some selective advantages.  

Several theories have emerged to explain the prevalence of obesity at the light of human 

evolution, attempting to integrate genetic and environmental causes: 

The Thrifty gene hypothesis was  first  suggested by Neel  (1962), as a  response  to  the 

prevalence  of  diabetes medical  condition,  and  later  on  expanded  to  the  overweight 

Page 39: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

19 

 

disorder. This hypothesis relies on the fact that genes promoting an efficient food process 

and  fat  deposition  (Prentice,  Hennig  &  Fulford  2008),  during  periods  of  abundant 

resources, would be advantageous during periods of  reduced availability of  resources, 

allowing their holders to survive possible famine periods. A second advantage of these 

genes is that they would sustain fertility during famine (Norgan 1997), given the role of 

fat on reproductive function. Neel’s theory can be easily applied to ancestral times when 

hominids needed to actively hunt and forage for food, however after the development of 

agriculture, the advantage provided by the “thrifty genes” were lost because food became 

always available. The periods of  famine became  improbable;  therefore  the phenotype 

favouring large fat reserves has a negative impact on the body condition, being difficult 

to understand how it was favoured by natural selection. 

Arising  from  the  challenges  of  the  thrifty  genes  hypothesis,  the  Thrifty  phenotype 

hypothesis has been discussed by several authors coping  the mismatch between  fetal 

development and  the environment on childhood/adulthood. According with Hales and 

Barker (1992), early poor nutrition imposes allocation of resources, thus some tissues like 

the  pancreas  have  reduced  investment.  Another  viewpoint  (Wells  2007)  is  that  the 

intrauterine environment signs the nutritional environment of the mother, forecasting the 

environment of the childhood, however the mismatch of these predictions may take to 

adverse effects of adult phenotype. 

The discussion around the prevalence obesity is still open. Recently Sellayah et al. (2014) 

suggested  a  theory  based  on  ancestral  exposure  to  environmental  conditions. 

Accordingly,  modern  obesity  results  from  a  differential  exposure  of  hominids  to 

environmental factors. The susceptibility to obesity is variable across ethnicity (Caprio et 

Page 40: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

20 

 

al.  2008;  Albrecht  &  Gordon‐Larsen  2013),  would  be  explained  by  the  differential 

exposure of  ancestrals  to distinct  climate  conditions.  Therefore, descents of migrants 

(who  left  Africa  50000  years  ago)  to  colonize  cold  climates  carry  genes  involved  in 

thermoregulation and cold adaptation, providing high metabolic rates and resistance to 

obesity. 

In particular, Baschetti (1998) has argued that metabolic dysfunction on population like 

Native American and Pacific Islanders can be explained by the exposure to diets that were 

unknown. These genetically unknown foods were introduced to the populations recently, 

therefore they have not adapted to them. 

In modern societies, diets can be deficient in some critical macro and micronutrients. Diet 

characteristics can therefore stimulate the overconsumption of food to compensate their 

nutritional content, and eventually lead to weight gain. The protein leverage hypothesis 

(Simpson & Raubenheimer 2005;  Sørensen  et al. 2008)  suggests  that  the  consume of 

proteins is prioritised over lipids and carbohydrates, hence feeding on a diet with deficient 

protein  content  may  require  increased  food  intake  to  reach  the  whole  protein 

requirement. 

In  a  social  perspective,  Belsare  et  al.  (2010)  have  suggested  a  theory  based  on  the 

aggression  control.  The  two  major  causes  of  aggression  are  the  need  of  food  and 

reproduction. Aggression  itself  is energetically costly, therefore satiated  individuals are 

likely  to  reduce  their  levels of  aggression. Hence,  a  full  stomach, high  levels of blood 

glucose  or  fat  stored,  should  cue  for  aggression  control.  Reduction  of  aggression  is 

Page 41: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

21 

 

followed by a disinvestment  in muscle and bone  structure, especially  in human urban 

lifestyle. 

Contrarily to the “Thrifty” genotype hypothesis, the “Fertility first hypothesis” (Corbett, 

McMichael & Prentice 2009)  states  that  the  thrifty phenotypes have prevailed due  to 

effects over fertility and not due to starvation. The increased adiposity, insulin insensitivity 

and  increased  anabolic  steroid  levels, when  is  exposed  to  unlimited  food  supplies  as 

modern sedentary  life style,  is maladaptive and through several mechanisms conferred 

Polycystic Ovary Syndrome (Holte 1998), causing elevated levels of infertility. 

More recently, Speakman (2007) suggests that contrarily to what is argued by the thrifty 

gene hypothesis, obesity does not have  an  adaptive  role  in  the evolutionary process. 

Accordingly,  the  Drifty  phenotype  hypothesis  argues  that  during  famine  periods, 

mortality  affects mostly  very  young  and  elder  people,  due  to  disease  effect  and  not 

actually starvation (Mokyr & Cormac 2002). Therefore the age pattern of mortality does 

not compromise the reproductive success of the individuals of breeding age, thus genes 

predisposing to obesity were maintained in the genetic pool by genetic drift, or absence 

of selection and not because they were positively selected (Speakman 2008). The random 

mutations that allowed body weight increase were not removed from the genetic pool, 

but were maintained due to genetic drift, explaining why some people are able to keep 

their body weight normal despite the environmental conditions. Moreover, if the thrifty 

gene hypothesis was correct early hominids were expected to gain weight and grow fat, 

in periods of resource abundance, which has not been reported in any study. 

Page 42: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

22 

 

A  particular  scenario  of  the  drifty  phenotype  hypothesis  is  the  Predation  release 

hypothesis, it takes into account the pressure of predation risk, and suggests that early 

hominids  have  been  subjected  to  stabilizing  selection  for  body  fatness, with  obesity 

selected against the risk of predation. As other animals, Humans were once under severe 

risk of predation  (Berger 2006), nevertheless since 2 million years, predation has been 

released  due  to  the  increase  in  body  size,  intelligence  and  development  of  tools 

(Speakman 2007). 

However, the predation pressure has not been released in other mammals, like small wild 

mammals who are known to have strong body weight regulation mechanisms (El‐bakry et 

al. 1999; Peacock & Speakman 2001; Hambly & Speakman 2005). Small mammals carrying 

large fat depots would survive longer without food, but the carrying of fat may increase 

the risk of mortality by reducing its ability to escape from predators because they are less 

able  to  run  away, while  lean  animals  can escape  into  refugees  that predators  cannot 

access (Sundell & Norrdahl 2002), besides the maintenance of such fat reserves requires 

longer time foraging which increase the exposure to predators. 

Such regulatory system is primarily mediated by the photoperiod (Bartness et al. 2002), 

but individuals adjust their responses to local variations, as temperature, resource levels 

and predatory risk. Animals should trade‐off their foraging efforts and vigilance status in 

relation to the temporal variation of the predatory risk (Lima & Bednekoff 1999). A strong 

regulatory system for body weight have been described on small wild mammals. Studies 

modifying their diets did not cause them to gain weight (Peacock & Speakman 2001), as 

animals are able to keep their weights in a dynamic equilibrium (Levitsky 2002). They can 

Page 43: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

23 

 

overfeed after a restriction period, or increase physical activity and reduce energy intake 

when they have free access to food (Hambly & Speakman 2005). 

 

 

1.2. Aims and approach 

The main aim of this thesis is to experimentally test the predictions of the “predation 

release hypothesis”, accordingly to analyse whether the body weight of small mammals 

is modulated by the risk of predation and by the risk of starvation. 

In this context, I aim to give an overall view of the energy balance of small rodents in a 

scenario of increased risk of predation, analysing energy intake, expenditure and storage, 

in order to identify physiological and behavioural mechanisms activated to cope with the 

alterations of body weight induced by environmental factors, such as predation risk, food 

composition and availability, as well as the influence of other factors as sex and growth 

rate. 

Therefore, the key questions for this thesis are: 

1) Do animals under perceived risk of predation adjust their body weight? 

2) Which  physiological  and  behaviour  factors  are  changed  to  produce  such 

adjustments: food intake, digestibility, metabolic rate, physical activity, behaviour 

or combinations of the above?    

3) What signals the energy balance and imbalance to produce such adjustments? 

 

Page 44: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

24 

 

The overall approach developed for this thesis involved the use of wild rodents, as well as 

a laboratory model, to analyse different traits and several components of energy balance. 

The Wood mouse Apodemus sylvaticus was selected as a model wild rodent, given that it 

is a common and widespread species, categorised as  least concern at the  IUCN red  list 

(Schlitter et al. 2008) and a common prey species  for several predator species such as 

carnivores and birds (Bontzorlos, Peris & Vlachos 2005; Lanszki, Zalewski & Horvath 2007). 

Animal captures were performed  in Portalegre – Portugal  (N39º17' W 7º26'), where a 

total of 38 individuals where trapped during a 6 weeks fieldwork campaign. The animals 

captured where used to test the use of sound cues as method to simulate predation risk, 

and  also  as  founders  of  a  laboratory  colony  in  the  animal  facilities  in  the  Faculty  of 

Sciences ‐ University of Lisbon.  

The wood mouse colony was established and maintained between  June 2011 and  July 

2012, producing 163 animals from 34 litters.  Animals born in the laboratory colony were 

used on experiments  to  test  the effects of predation  risk  and  fat enriched diets over 

growth rates and also for exposure to stochastic periods of starvation. 

Animal capture was authorized by the Institute of Nature Conservation and Biodiversity, 

Lisbon, Portugal and experimental procedures followed the European guidelines for the 

use of animals for scientific purposes (86/609/EEC). 

Influence of predation  risk over physical  activity  and behaviour were  tested between 

January and April 2013, at  the  Institute of Genetics and Developmental Biology of  the 

Chinese  Academy  of  Sciences  –  Beijing.  The  experimental  procedure  included 

Page 45: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

25 

 

implantation of  telemetry devices  in  laboratory mice, C57BL/6  strain,  to permanently 

monitor their physical activity and body temperature, and to assess behavioural changes 

through the use of a set a behaviour tests. The C57BL/6  mouse is widely use in obesity 

research, it is known to respond to high fat diets by developing diet induced obesity and 

some associated disorders (Lin et al. 2000; Collins et al. 2004). This study was given ethical 

approval  by  the  ethical  review  board  of  the  Institute  of Genetics  and Developmental 

Biology, Chinese Academy of Sciences. 

 

1.3. Thesis organisation 

The dissertation is organised in five chapters. Chapter 1 includes a general introduction 

that sets the state of art and the scientific framework for the addressed questions. The 

main objectives are outlined,  followed by a brief description of  the approach used  to 

achieve  such  aims  and  organisation  of  the  thesis.  Chapter  2  and  3  are  composed  by 

scientific  papers  submitted  to  international  peer  reviewed  journals,  and  Chapter  4 

includes a manuscript to be submitted. 

Chapter 2 ‐ Behavioural and physiological responses of wood mice (Apodemus sylvaticus) 

to experimental manipulations of predation and starvation risk (published  in Physiology 

and Behavior) ‐ focuses on the role of perceived risk of predation and starvation on the 

determination of upper and  lower  limits of body weight, using  the analysis of energy 

intake and assimilation, energy expenditure through resting metabolic rate and physical 

activity, and the chemical signs involved in theses mechanisms. This chapter approaches 

the main question by two opposite sides, giving a complete overview of the main problem. 

Page 46: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

26 

 

First  it analyses the effect of predation risk, as a  factor setting the upper  limit of body 

weight, and secondly it tests the role of starvation defining the lower intervention point 

of body weight.  

In Chapter 3 – Effects of predation  risk and high  fat diet on body weight  regulation of 

growing Wood mouse (Apodemus sylvaticus) ‐ Investigated the  influenced of perceived 

risk of predation on the growth and development of sexual dimorphism of weaned pups, 

whose  body weight  and  food  intake were monitored  over  a  period  of  100  days.  The 

influence of exposure to fat enriched diet at different life stages was also investigated.  

Chapter 4 ‐ Predation risk modulates diet induced obesity in male C57BL/6 mice (Accepted 

for  publication  in  Obesity)  –  analyses  the  role  of  behaviour  and  physical  activity 

components on the energy homeostasis thought the use of implanted telemetric devices 

and behavioural assessment tests. 

In Chapter 5  the main  results are summarized and discussed,  integrating  the different 

approaches and main findings of the previous chapters. The  implications and prospects 

for future research are also discussed. 

 

1.4. References 

Abramsky, Z., Rosenzweig, M.L., Belmaker, J. & Bar, A. (2004) The impact of long‐term continuous risk of predation on two species of gerbils. Canadian Journal of Zoology, 82, 464–474. 

Aguilera, C.M., Olza, J. & Gil, A. (2013) Genetic susceptibility to obesity and metabolic syndrome in childhood. Nutrición hospitalaria, 28 Suppl 5, 44–55. 

Page 47: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

27 

 

Albrecht, S.S. & Gordon‐Larsen, P. (2013) Ethnic differences in body mass index trajectories from adolescence to adulthood: a focus on Hispanic and Asian subgroups  in the United States. PloS one, 8, e72983. 

Allison, D.B., Kaprio, J., Korkeila, M., Neale, M.C. & Hayakawa, K. (1996) The heritability of body mass index among an international sample of monozygotic twins reared apart. International journal of obesity, 20, 501–506. 

Assimacopoulos‐Jeannet, F., Brichard, S., Rencurel, F., Cusin,  I. &  Jeanrenaud, B.  (1995)  In vivo effects of hyperinsulinemia on lipogenic enzymes and glucose transporter expression in rat liver and adipose tissues. Metabolism: clinical and experimental, 44, 228–233. 

Atkinson, S.N. & Ramsay, M.A. (1995) The effects of prolonged fasting of the body composition and  reproductive success of  female polar bears  (Ursus maritimus). Functional Ecology, 9, 559–567. 

Bagdade,  J.D.,  Bierman,  E.L. &  Porte, D.  (1967)  The  significance  of  basal  insulin  levels  in  the evaluation  of  the  insulin  response  to  glucose  in  diabetic  and  nondiabetic  subjects.  The Journal of clinical investigation, 46, 1549–1557. 

Bartness, T.J., Demas, G.E. & Song, C.K.  (2002) Seasonal changes  in adiposity:  the  roles of  the photoperiod,  melatonin  and  other  hormones,  and  sympathetic  nervous  system. Experimental biology and medicine (Maywood, N.J.), 227, 363–76. 

Baschetti, R. (1998) Diabetes epidemic in newly westernized populations: is it due to thrifty genes or to genetically unknown food? Journal of the Royal society of Medicina, 91, 4–7. 

Battley, P.F., Piersma, T., Dietz, M.W., Tang, S., Dekinga, a & Hulsman, K. (2000) Empirical evidence for  differential  organ  reductions  during  trans‐oceanic  bird  flight.  Proceedings.  Biological sciences / The Royal Society, 267, 191–195. 

Bellinger,  L.L. &  Bernardis,  L.L.  (2002)  The  dorsomedial  hypothalamic  nucleus  and  its  role  in ingestive behavior and body weight regulation. Physiology & Behavior, 76, 431–442. 

Belsare, P. V, Watve, M.G., Ghaskadbi, S.S., Bhat, D.S., Yajnik, C.S. &  Jog, M.  (2010) Metabolic syndrome:  aggression  control mechanisms  gone  out of  control. Medical  hypotheses,  74, 578–89. 

Berger,  L.R.  (2006)  Brief  Communication:  Predatory  Bird Damage  to  the  Taung  Type‐Skull  of Australopithecus africanus Dart 1925. American journal of physical anthropology, 131, 166–168. 

Blaxter, K. (1989) Energy Metabolism in Animals and Man. Cambridge Univ Press, Cambridge. 

Bontzorlos,  V.A.,  Peris,  S.J.  &  Vlachos,  C.G.  (2005)  The  diet  of  barn  owl  in  the  agricultural landscapes of central Greece. Folia Zool., 54, 99–110. 

Bouchard, C.,  Tremblay, A., Després,  J.‐P., Nadeau, A.,  Lupien,  P.J.,  Thériault, G., Dussault,  J., Moorjani,  S., Pinault,  S. &  Fournier, G.  (1990) The  response  to  long‐term overfeeding  in identical twins. The new England Journal of Medicine, 322, 1477–1482. 

Page 48: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

28 

 

Brockerhoff, H. & Hoyle, R.J. (1967) Conversion of a dietary triglyceride into depot fat in Fish and Lobster. Canadian Journal of Biochemistry, 45, 1365–1370. 

Brönmark, C., Lakowitz, T. & Hollander, J. (2011) Predator‐induced morphological plasticity across local populations of a freshwater snail. (ed B Fenton). PloS one, 6, e21773. 

Brown,  J.S., Kotler, B.P., Smith, R.J. & Wirtz, W.O.  (1988) The effects of owl predation on  the foraging behavior of heteromyid rodents. Oecologia, 76, 408–415. 

Cannon, B. & Nedergaard, J. (2004) Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiological reviews, 84, 277–359. 

Caprio,  S.,  Daniels,  S.R.,  Drewnowski,  A.,  Kaufman,  F.R.,  Palinkas,  L.A.,  Rosenbloom,  A.L.  & Schwimmer,  J.B.  (2008)  Influence  of  race,  ethnicity,  and  culture  on  childhood  obesity: implications  for prevention  and  treatment:  a  consensus  statement of  Shaping America’s Health and the Obesity Society. Diabetes care, 31, 2211–21. 

Caspersen, C.J., Powell, K.E. & Christenson, G.M. (1985) Physical Activity, Exercise, and Physical Fitness: Definitions and Distinctions for Health‐Related Research. Public Health Reports, 100, 126–131. 

Cherel, Y., Robin, J.‐P. & Maho, Y. Le. (1988) Physiology and biochemistry of long‐term fasting in birds. Canadian Journal of Zoology, 66, 159–166. 

Collins, S., Martin, T.L., Surwit, R.S. & Robidoux,  J.  (2004) Genetic vulnerability  to diet‐induced obesity in the C57BL/6J mouse: Physiological and molecular characteristics. Physiology and Behavior, 81, 243–248. 

Considine,  R.  V.,  Sinha,  M.K.,  Heiman,  M.L.,  Kriauciunas,  A.,  Stephens,  T.W.,  Nyce,  M.R., Ohannesian,  J.P., Marco, C.C., McKee, L.J., Bauer, T.L. & Caro,  J.F.  (1996) Serum  leptin  in normal‐weight and obese humans. The New England journal of medicine, 334, 292–295. 

Corbett, S.J., McMichael, A.J. & Prentice, A.M. (2009) Type 2 diabetes, cardiovascular disease, and the  evolutionary  paradox  of  the  polycystic  ovary  syndrome:  A  fertility  first  hypothesis. American Journal of Human Biology, 21, 587–598. 

Cowley, M.A., Smart, J.L., Rubinstein, M., Cerdán, M.G., Diano, S., Horvath, T.L., Cone, R.D. & Low, M.J. (2001) Leptin activates anorexigenic POMC neurons through a neural network  in the arcuate nucleus. Nature, 411, 480–484. 

Creel, S. & Christianson, D. (2008) Relationships between direct predation and risk effects. Trends in Ecology & Evolution, 23, 194–201. 

Cunningham,  J.J.  (1991)  Body  composition  a  synthetic  review  general  prediction  of  energy expenditure: as a determinant and a proposed general prediction equation. The American Journal of Clinical Nutrition, 54, 963–9. 

Dubois, L., Ohm Kyvik, K., Girard, M., Tatone‐Tokuda, F., Pérusse, D., Hjelmborg, J., Skytthe, A., Rasmussen,  F.,  Wright,  M.J.,  Lichtenstein,  P.  &  Martin,  N.G.  (2012)  Genetic  and environmental contributions to weight, height, and bmi from birth to 19 years of age: An international study of over 12,000 twin pairs. PLoS ONE, 7, e30153. 

Page 49: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

29 

 

El‐bakry, H.A., Plunkett, S.S. & Bartness, J. (1999) Photoperiod, but not a high‐fat diet, alters body fat in Shaw’s jird. Physiology & behavior, 68, 87–91. 

Ferraris, R.P. & Carey, H. V. (2000) Intestinal transport during fasting and malnutrition. Annu. Rev. Nutr., 20, 195–219. 

Friedman, J.M. & Halaas, J.L. (1998) Leptin and the regulation of body weight in mammals. Nature, 395, 763–770. 

Garland,  T.,  Schutz,  H.,  Chappell,  M.A.,  Keeney,  B.K.,  Meek,  T.H.,  Copes,  L.E.,  Acosta,  W., Drenowatz, C., Maciel, R.C., van Dijk, G., Kotz, C.M. & Eisenmann, J.C. (2011) The biological control of voluntary exercise, spontaneous physical activity and daily energy expenditure in relation  to obesity: human and  rodent perspectives. The  Journal of experimental biology, 214, 206–29. 

Grably, S. & Piery, Y. (1981) Weight and tissue changes in long term starved frogs Rana esculenta. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology, 69, 683–688. 

Grodzínski, W. & Wunder, B.A. (1975) Ecological energetics of small mammals. Small mammals: their productivity and population dynamics (eds F.B. Galley, K. Petrusewicz & L. Ryszkowski), pp. 173–204. Cambridge University Press, Cambridge. 

Hahn, T.M., Breininger, J.F., Baskin, D.G. & Schwartz, M.W. (1998) Coexpression of Agrp and NPY in fasting‐activated hypothalamic neurons. Nature neuroscience, 1, 271–272. 

Hales, C.N. & Barker, D.J.  (1992) Type 2  (non‐insulin‐dependent) diabetes mellitus:  the  thrifty phenotype hypothesis. Diabetologia, 35. 

Hall, K.D., Heymsfield, S.B., Kemnitz, J.W., Klein, S., Schoeller, D.A. & Speakman, J.R. (2012) Energy balance and its components: implications for body weight regulation. The American journal of clinical nutrition, 95, 989–94. 

Hambly, C. & Speakman, J.R. (2005) Contribution of Different Mechanisms to Compensation for Energy Restriction in the Mouse. Obesity Research, 13, 1548–1557. 

Harvell, C.D.  (1990) The Ecology and Evolution of  Inducible Defenses. The quarterly  review of biology, 65, 323–340. 

Hernández, B., Gortmaker, S.L., Colditz, G. a, Peterson, K.E., Laird, N.M. & Parra‐Cabrera, S. (1999) Association of obesity with physical activity, television programs and other forms of video viewing among children in Mexico city. International journal of obesity and related metabolic disorders, 23, 845–854. 

Hill, J.W., Elias, C.F., Fukuda, M., Williams, K.W., Berglund, E.D., Holland, W.L., Cho, Y.R., Chuang, J.C., Xu, Y., Choi, M., Lauzon, D., Lee, C.E., Coppari, R., Richardson, J.A., Zigman, J.M., Chua, S., Scherer, P.E., Lowell, B.B., Brüning, J.C. & Elmquist, J.K. (2010) Direct Insulin and Leptin Action on Pro‐opiomelanocortin Neurons Is Required for Normal Glucose Homeostasis and Fertility. Cell Metabolism, 11, 286–297. 

Page 50: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

30 

 

Hill, J.O. & Peters, J.C. (1998) Environmental Contributions to the Obesity Epidemic. Science, 280, 1371–1374. 

Hollowell, R.P., Willis, L.H., Slentz, C.A., Topping, J.D., Bhakpar, M. & Kraus, W.E. (2009) Effects of exercise training amount on physical activity energy expenditure. Medicine and science  in sports and exercise, 41, 1640–4. 

Holte,  J.  (1998) Polycystic ovary syndrome and  insulin  resistance: Thrifty genes struggling with over‐feeding and sedentary life style? Journal of Endocrinological Investigation, 21, 589–601. 

James, W.P.T.  (2008) WHO  recognition of  the global obesity epidemic.  International  journal of obesity, 32 Suppl 7, S120–6. 

Johnstone,  A.M.,  Murison,  S.D.,  Duncan,  J.S.,  Rance,  K.A.  &  Speakman,  J.R.  (2005)  Factors influencing  variation  in basal metabolic  rate  include  fat‐free mass  ,  fat mass  ,  age  ,  and circulating thyroxine but not sex,circulating leptin, or triiodothyronine. The American journal of clinical nutrition, 82, 941–948. 

Jones, K.T. & Ashrafi, K. (2009) Caenorhabditis elegans as an emerging model for studying the basic biology of obesity. Disease models & mechanisms, 2, 224–9. 

Jonge, L. De & Bray, G.A. (1997) The Thermic Effect of Food and Obesity: A Critical Review. Obesity Research, 5. 

Kennedy, G.C. (1953) The Role of Depot Fat in the Hypothalamic Control of Food Intake in the Rat The role of depot fat in the hypothalamic control of food intake in the rat. Proc R Soc Lond B, 140, 578–592. 

Könner, A.C., Janoschek, R., Plum, L., Jordan, S.D., Rother, E., Ma, X., Xu, C., Enriori, P., Hampel, B., Barsh, G.S., Kahn, C.R., Cowley, M.A., Ashcroft, F.M. & Brüning, J.C. (2007) Insulin Action in AgRP‐Expressing Neurons  Is Required  for Suppression of Hepatic Glucose Production. Cell Metabolism, 5, 438–449. 

Lamosova,  D., Mácajová, M.  &  Zeman, M.  (2004)  Effects  of  Short‐term  Fasting  on  Selected Physiological Functions in Adult Male and Female Japanese Quail. Acta Vet. Brno, 73, 9–16. 

Lanszki, J., Zalewski, A. & Horvath, G. (2007) Comparison of red fox Vulpes vulpes and pine marten Martes martes food habits in a deciduous forest in Hungary. Wildlife Research, 13, 258–271. 

Lee, R.E., Mama, S.K., Medina, A. V., Ho, A. & Adamus, H.J. (2012) Neighborhood factors influence physical activity among African American and Hispanic or Latina women. Health Place, 18, 63–70. 

Levine, J.A., Schleusner, S.J. & Jensen, M.D. (2000) Energy expenditure of nonexercise activity. The American journal of clinical nutrition, 72, 1451–1454. 

Levitsky, D.A.  (2002) Putting behavior back  into  feeding behavior: a  tribute  to George Collier. Appetite, 38, 143–8. 

Lima, S.L. & Bednekoff, P.A. (1999) Temporal variation in danger drives antipredator behavior: The predation risk allocation hypothesis. The American Naturalist, 153, 649–659. 

Page 51: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

31 

 

Lin, S., Thomas, T.C., Storlien, L.H. & Huang, X.F.  (2000) Development of high  fat diet‐induced obesity and leptin resistance in C57Bl/6J mice. International journal of obesity, 24, 639–646. 

Lowell,  B.B.  &  Spiegelman,  B.M.  (2000)  Towards  a  molecular  understanding  of  adaptive thermogenesis. Nature, 404, 652–660. 

McCollum,  S.A.  &  Leimberger,  J.D.  (1997)  Predator‐induced  morphological  changes  in  an amphibian: Predation by dragonflies affects tadpole shape and color. Oecologia, 109, 615–621. 

McCue, M.D.  (2010)  Starvation  physiology:  reviewing  the  different  strategies  animals  use  to survive a common challenge. Comparative biochemistry and physiology. Part A, Molecular & integrative physiology, 156, 1–18. 

McNab, B.K.  (1997) On  the Utility of Uniformity  in  the Definition of Basal Rate of Metabolism. Physiol. Zool., 70, 718–720. 

Meissner, W. (2009) A classification scheme for scoring subcutaneous fat depots of shorebirds. J. Field Ornithol., 80, 289–296. 

Mercer,  J.G. &  Speakman,  J.R.  (2001) Hypothalamic  neuropeptide mechanisms  for  regulating energy balance:  from  rodent models  to human obesity. Neuroscience  and  biobehavioral reviews, 25, 101–16. 

Merkle, S. & Hanke, W. (1988) Long‐Term Starvation Effects Organs on Several. Comp. Biochem. Physiol., 9, 491–495. 

Mokyr, J. & Cormac, Ó.G. (2002) What do people die of during famines: the Great Irish Famine in comparative perspective. European Review of Economic History, 6, 339–363. 

Mosin, A.F. (1984) On the energy fuel in voles during their strarvation. Comp. Biochem. Physiol., 77A, 563–565. 

Mustelin,  L.,  Joutsi,  J.,  Latvala,  A.,  Pietiläinen,  K.H.,  Rissanen,  A.  &  Kaprio,  J.  (2012)  Genetic influences on physical activity in young adults: A twin study. Medicine and Science in Sports and Exercise, 44, 1293–1301. 

Neel, J. V. (1962) Diabetes Mellitus: A “Thrifty” Genotype Rendered Detrimental by “Progress”? Am J Hum Gen, 14, 353–362. 

Norgan, N.G. (1997) The beneficial effects of body fat and adipose tissue in humans. International journal of obesity and related metabolic disorders, 21, 738–746. 

Olivereau, M. & Olivereau, J.M. (1997) Long‐term starvation in the European eel: General effects and responses of pituitary growth hormone‐(GH) and somatolactin‐(SL) secreting cells. Fish Physiology and Biochemistry, 17, 261–269. 

Peacock, W.L. & Speakman, J.R. (2001) Effect of high‐fat diet on body mass and energy balance in the bank vole. Physiology & Behavior, 74, 65 – 70. 

Page 52: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

32 

 

Preisser, E.L., Bolnick, D.I. & Benard, M.F. (2005) Scared to death? The effects of intimidation and consumption in predator‐prey interactions. Ecology, 86, 501–509. 

Prentice, A.M., Hennig, B.J. & Fulford, A.J.  (2008) Evolutionary origins of the obesity epidemic: natural selection of thrifty genes or genetic drift following predation release? International Journal of Obesity, 32, 1607–1610. 

Rankinen, T. & Bouchard, C. (2006) Genetics of food  intake and eating behavior phenotypes  in humans. Annual review of nutrition, 26, 413–434. 

Ronald, K. & Keiver, K. (1984) Energy requirements for maintenance and faecal and urinary losses of the grey seal (Halichoerus grypus). Canadian journal of Zoology, 62, 1101–1105. 

Rønning, B., Jensen, H., Moe, B. & Bech, C. (2007) Basal metabolic rate: heritability and genetic correlations with morphological traits in the zebra finch. J Evol Biol, 20, 1815–1822. 

Schlitter, D., van der Straeten, E., Amori, G., Hutterer, R., Kryštufek, B., Yigit, N. & Mitsain, G. (2008) Apodemus sylvaticus. URL www.iucnredlist.org [accessed 1 May 2015] 

Schoeller, D.A. & Jefford, G. (2002) Determinants of the energy costs of light activities: inferences for interpreting doubly labeled water data. International Journal of Obesity, 26, 97–101. 

Schwartz, M.W., Peskind, E., Raskind, M., Boyko, E. &  Jr, D.P.  (1996) Cerebrospinal  fluid  leptin levels: Relationship to plasma levels and adiposity in humans. Nature Medicine, 2, 589–593. 

Seale,  P.,  Kajimura,  S.  &  Spiegelman, M.  (2009)  Transcriptional  control  of  brown  adipocyte development and thermogenesis. Genes & Development, 23, 788–797. 

Secor,  S.M.  (2009)  Specific dynamic  action:  a  review of  the postprandial metabolic  response. Journal of comparative physiology. B, 179, 1–56. 

Segal, N.L., Feng, R., McGuire, S.A., Allison, D.B. & Miller, S.  (2009) Genetic and environmental contributions  to  body mass  index:  comparative  analysis  of monozygotic  twins,  dizygotic twins and same‐age unrelated siblings. International journal of obesity, 33, 37–41. 

Sellayah, D., Cagampang, F.R. & Cox, R.D. (2014) On the evolutionary origins of obesity: a new hypothesis. Endocrinology, 155, 1573–88. 

Sih, A. & McCarthy,  T.M.  (2002)  Prey  responses  to  pulses  of  risk  and  safety:  testing  the  risk allocation hypothesis. Animal Behaviour, 63, 437–443. 

Simpson,  S.J.  &  Raubenheimer,  D.  (2005)  Obesity:  The  protein  leverage  hypothesis.  Obesity Reviews, 6, 133–142. 

Slos, S. & Stoks, R. (2008) Predation risk induces stress proteins and reduces antioxidant defense. Functional Ecology, 22, 637– 642. 

Sørensen, A., Mayntz, D., Raubenheimer, D. & Simpson, S.J. (2008) Protein‐leverage in mice: the geometry of macronutrient balancing and consequences for fat deposition. Obesity, 16, 566–571. 

Page 53: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

 

33 

 

Speakman, J.R. (2000) The Cost of Living: Field Metabolic Rates of Small Mammals. Advances In Ecological Research, 30, 177–297. 

Speakman, J.R. (2004) Obesity: The Integrated Roles of Environment and Genetics. The Journal of Nutrition, 2090–2105. 

Speakman, J.R. (2007) A Nonadaptive Scenario Explaining the Genetic Predisposition to Obesity: The “Predation Release” Hypothesis. Cell Metabolism, 6, 5–12. 

Speakman, J.R. (2008) Thrifty genes for obesity, an attractive but flawed idea, and an alternative perspective: the “drifty gene” hypothesis. International Journal of Obesity, 32, 1611–1617. 

Speakman, J.R. & Keijer, J. (2012) Not so hot: Optimal housing temperatures for mice to mimic the thermal environment of humans. Molecular metabolism, 2, 5–9. 

Speakman, J.R., Levitsky, D.A., Allison, D.B., Bray, M.S., de Castro, J.M., Clegg, D.J., Clapham, J.C., Dulloo, A.G., Gruer, L., Haw, S., Hebebrand, J., Hetherington, M.M., Higgs, S., Jebb, S.A., Loos, R.J.F.,  Luckman,  S.,  Luke,  A., Mohammed‐Ali,  V.,  O’Rahilly,  S.,  Pereira, M.,  Perusse,  L., Robinson, T.N., Rolls, B., Symonds, M.E. & Westerterp‐Plantenga, M.S.  (2011) Set points, settling points and some alternative models: theoretical options to understand how genes and environments combine to regulate body adiposity. Disease models & mechanisms, 4, 733–45. 

Sundell, J. & Norrdahl, K. (2002) Body size‐dependent refuges in voles: an alternative explanation of the Chitty effect. Ann. Zool. Fennici, 39, 325–333. 

Varela, L. & Horvath, T.L.  (2012) Leptin and  insulin pathways  in POMC and AgRP neurons  that modulate energy balance and glucose homeostasis. EMBO reports, 13, 1079–86. 

Vásquez, R.A. (1994) Assessment of predation risk via illumination level: facultative central place foraging  in  the cricetid rodent Phyllotis darwini. Behavioral Ecology and Sociobiology, 34, 375–381. 

Verdolin, J.L. (2006) Meta‐analysis of foraging and predation risk trade‐offs in terrestrial systems. Behavioral Ecology and Sociobiology, 60, 457–464. 

Wei, F., Wang, Z., Feng, Z., Li, M. & Zhou, A. (2000) Seasonal energy utilization in bamboo by the red panda (Ailurus fulgens). Zoo Biology, 19, 27–33. 

Wells, J.C.K. (2007) Environmental Quality, Developmental Plasticity and the Thrifty Phenotype: A Review of Evolutionary Models. Evolutionary bioinformatics, 3, 109–120. 

Wen, L.M., Orr, N., Millett, C. & Rissel, C.  (2006) Driving  to work and overweight and obesity: findings from the 2003 New South Wales Health Survey, Australia. International journal of obesity (2005), 30, 782–786. 

Wirtshafter, D. & Davis,  J.D.  (1977) Set points, settling points, and the control of body weight. Physiology & behavior, 19, 75–78. 

Page 54: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 1 – General Introduction 

34 

 

Ylönen,  H.  &  Ronkainen,  H.  (1994)  Breeding  suppression  in  the  bank  vole  as  antipredatory adaptation in a predictable environment. Evolutionary Ecology, 8, 658–666. 

Zhang, Y., Proenca, R., Maffei, M., Barone, M., Lori, L. & Friedman, J.M. (1994) Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue. Nature, 372, 425–432. 

Zhao, Z.‐J., Chen, J.‐F. & Wang, D.‐H. (2010) Diet‐induced obesity in the short‐day‐lean Brandt’s vole. Physiology & behavior, 99, 47–53.

Page 55: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 2 

Predation risk and Starvation 

 

 

 

 

 

Monarca,  R.I., Mathias, M.L.  &  Speakman,  J.R.  (2015)  Behavioural  and  physiological 

responses  of  wood  mice  (Apodemus  sylvaticus)  to  experimental  manipulations  of 

predation and starvation risk. Physiology & Behavior, 149, 331–339. 

   

Page 56: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

Page 57: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

37 

 

 

2.  Behavioural  and  physiological  responses  of  wood  mice 

(Apodemus  sylvaticus)  to  experimental  manipulations  of 

predation and starvation risk 

 

2.1  Abstract 

Body weight and the levels of stored body fat have fitness consequences. Greater levels 

of fat may provide protection against catastrophic failures  in the food supply, but they 

may also  increase  the  risk of predation. Animals may  therefore  regulate  their  fatness 

according to their perceived risks of predation and starvation: the starvation‐–predation 

trade‐off model. We  tested  the  predictions  of  this model  in wood mice  (Apodemus 

sylvaticus)  by  experimentally  manipulating  predation  risk  and  starvation  risk.  We 

predicted that under  increased predation risk  individuals would  lose weight and under 

increased starvation  risk  they would gain  it. We simulated  increased predation  risk by 

playing the calls made by predatory birds (owls: Tyto alba and Bubo bubo) to the mice. 

Control  groups  included  exposure  to  calls  of  a  non‐predatory  bird  (blackbird:  Turdus 

merula) or silence. Mice exposed to owl calls at night lost weight relative to the silence 

group, mediated via  reduced  food  intake, but exposure  to owl calls  in  the day had no 

significant effect. Exposure  to blackbird  calls at night also  resulted  in weight  loss, but 

blackbird calls in the day had no effect. Mice seemed to have a generalised response to 

bird calls at night irrespective of their actual source. This could be because in the wild any 

bird calling at night will be a predation risk, and any bird calling in the day would not be, 

because at that time the mice would normally be resting, and hence not exposed to avian 

Page 58: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

38 

 

predators. Consequently, mice have not evolved to distinguish different types of call but 

only  to  respond  to  the  time  of  day  that  they  occur. Mice  exposed  to  stochastic  24h 

starvation events altered their behaviour (reduced activity) during the refeeding days that 

followed the deprivation periods to regain the lost mass. However, they only marginally 

elevated  their  food  intake  and  consequently  had  reduced  body  weight/fat  storage 

compared  to  that  of  the  control  unstarved  group.  This  response  may  have  been 

constrained by physiological factors (alimentary tract absorption capacity) or behavioural 

factors  (perceived  risk  of  predation). Overall  the  responses  of  the mice  appeared  to 

provide  limited support  for  the starvation‐predation  trade‐off model, and suggest  that 

wood mice are much more sensitive to predation risk than they are to starvation risk. 

 

2.2.  Introduction 

Obesity has become one of  the major public health problems  in western  societies 

(James 2008). This has led to a need for a better understanding of the mechanisms that 

underpin the regulation of body weight and fatness (Speakman 2013, 2014a). A balance 

between energy  intake and energy expenditure  is necessary to maintain a stable body 

weight. It is well established that the central nervous system (CNS) regulates food intake 

and energy expenditure in response to neuronal, hormonal and nutrient signals (Schwartz 

et al. 2000; Morton et al. 2006). However, the exact mechanisms by which these signals 

are integrated and hence regulate the overall levels of adiposity remain elusive.  

There  have  been  several  theoretical  models  that  have  attempted  to  describe  the 

underlying mechanisms involved in the regulation of body fatness. Among the earliest of 

Page 59: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

39 

 

these was the ‘lipostatic set point’ model. This model suggests that the size of body fat 

depots  is  sensed by  a  ‘lipostat’, which  adjusts  food  intake  and energy metabolism  to 

maintain the body and fat masses at a set‐point (Kennedy 1953). This model requires a 

signal from the body that indicates to the brain the levels of body fat and a ‘set point’ in 

the brain that allows an appropriate response to these peripheral fat  level –  increasing 

them  if they are too  low, by a stimulation of  intake and  inhibition of expenditure, and 

decreasing  them  if  they are  too high by  the reverse processes. Although  the hormone 

leptin, produced primarily in white adipose tissue (Zhang et al. 1994; Friedman & Halaas 

1998b) has been often suggested to be the peripheral fat signal in this model, a central 

location for the ‘set point’ has never been identified. Moreover, this model is in conflict 

with  observations  of  the  patterns  of  changes  in  animal  and  human  body  weight 

(Wirtshafter & Davis 1977; Berthoud 2006) not least of which is the obesity epidemic itself 

(Speakman 2014a). 

An alternative interpretation suggests that body weight and fat mass are not regulated by 

a  set‐point, but  rather  are  free  to  vary dependent on  environmental  factors, but  are 

constrained to fall between upper and lower intervention points, above and below which 

animals  (and humans)  intervene physiologically  to bring  their body weight and  fatness 

back into the acceptable range (Wirtshafter & Davis 1977; Levitsky 2002; Speakman 2007). 

In humans the upper intervention point may be located at different positions in different 

individuals,  explaining  why  some  individuals  become  obese  when  exposed  to 

environments with readily available food supplies, but others are able to regulate their 

body weights at normal  levels (Speakman 2008). Based on a wealth of data from small 

mammals and birds e.g. (Lima 1986; Cuthill et al. 2000),  it has been suggested that the 

Page 60: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

40 

 

lower  intervention  point may  be  defined  by  the  risk  of  starvation,  while  the  upper 

intervention point may be defined by the risk of predation (Speakman 2007, 2008). 

The  starvation‐predation  trade‐off model  predicts  that  an  increased  risk  of  predation 

would decrease the upper intervention point, and animals would tend to regulate their 

weight at lower levels. Conversely, an increase in starvation risk would increase the lower 

intervention point, and animals would regulate their body weights and fat mass at higher 

levels. We aimed in the present study to experimentally manipulate both predation risk 

and starvation risk to test these predictions.  

 

2.3. Material and Methods 

Animal  capture  was  authorized  by  the  Institute  of  Nature  Conservation  and 

Biodiversity,  Lisbon,  Portugal  (licence  ICNB  231/2010/CAPT);  experimental  procedures 

were conducted  in  the University of Lisbon  facilities by an expert  in  laboratory animal 

science  accredited  by  the  Portuguese  Veterinary  Authority  (1005/92,  DGV‐Portugal, 

following FELASA category C  recommendations), according  to  the European guidelines 

(86/609/EEC). 

 

2.3.1. Predation risk 

Adult wood mice Apodemus sylvaticus used in the predation experiment were captured 

near Portalegre – Portugal (N 39º17' W 7º26'), using Sherman traps, and brought to the 

lab  in  the  University  of  Lisbon  where  they  were  housed  in  individual  cages,  under 

Page 61: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

41 

 

controlled  light (12D:12L) and temperature (20ºC), a small plastic box was provided for 

nesting and shelter. Animals were fed ad libitum, with commercial pellets for laboratory 

mice (Maintenance diet ‐ Scientific Animal Food Engineering, France), and had free access 

to drinking water. After a three week acclimation period, animals were randomly assigned 

into experimental groups. A total of 29 animals, 13 males and 16 females, were used in 

the tests. Due to the limited number of individuals, each animal was included in 2 ̶ 3 of the 

five  experimental  groups  and  the order of  the  treatments was  randomly  selected,  as 

follows: control (silence), blackbird sound during the night, owl sound during the night, 

owl sound during the day and blackbird sound during the day. After each testing period 

animals were allowed a recovery period of two weeks, to avoid interference of previous 

treatment over the trials. During the recovery time, housing and maintenance conditions 

were  as described  above  and mice were not handled, except  for  the weekly bedding 

change. Exposure to owl calls during the daytime was tested in 22 animals; exposure to 

owl calls at night was tested in 18 animals; exposure to blackbird calls during the daytime 

was  tested on 18  individuals: and exposure  to  these calls  in  the day was  tested on 10 

animals. Finally 10 animals were measured without exposure to any bird calls.  

 

Predation Risk Treatment 

Elevated predation risk was simulated by exposing the animals to a playback call lasting 2 

min from nocturnal predators observed at the  location  in the field where the mice had 

been captured. The 2 minute call period started at 11 pm and was repeated every 2 h until 

7 am the next day. Playback sounds from barn owl Tyto alba and eagle‐owl Bubo bubo 

were obtained from commercial digital recordings of bird songs (European bird calls; Jean 

Page 62: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

42 

 

C. Roché, Kosmos Verlag, Stuttgart, Germany). Speakers were placed 3 m away from the 

mice, and the sound level was adjusted by human ear, to guarantee that sound was heard 

by the animals. A second group was exposed to a 2 minute long playback of calls from the 

blackbird  Turdus merula,  a  non‐threatening  bird  species,  also  observed  at  the mouse 

capture site. The exposure procedure and setup were the same as described above for 

the predation risk group.  

The  third  and  fourth  treatment  groups were  exposed  to  the  broadcasting  procedure 

described  above,  using  owl  and  blackbird  calls,  but  the  exposures were made  during 

daytime. The daytime playback calls were broadcasted during a 2 minute period, every 

2h, starting at 11 am until 7 pm. Animals in a further control group were kept in silence 

during  the entire period of  the experiments. The period of exposure  to  the  treatment 

lasted 5 days. 

 

Body weight 

Mice were weighed daily between 3pm and 6pm each day. Since mice were exposed 

to  repeated  treatments  they  could not be dissected  at  the end of each experimental 

period to obtain direct measurements of body fatness. 

 

 Food intake and Dry mass absorption efficiency 

Food  intake  and  digestibility  were  quantified  in mice  from  the  five  experimental 

groups. At  the beginning of  the  test, each animal was weighed and placed  in a  clean 

Page 63: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

43 

 

individual cage (30 cm x 20 cm). The cage floor was covered with absorbent paper, and 

food was placed in excess in the food hopper. After 24h, the food left in the hopper was 

weighed, as well as any food remains on the cage floor. Faeces were collected, weighed 

and dried at 80ºC, until the weight was stabilized (72 h). The procedure was repeated 

for the 5 consecutive days of the experiment, between 3pm and 6pm each day. Apparent 

dry mass absorption efficiency was calculated as the difference between food intake and 

faecal output divided by  food  intake e.g.  (Mueller & Diamond 2001; Gebczyński et al. 

2009). 

 

Faecal corticosterone levels 

On the sixth day, after the trials had finished, animals were placed in a clean cage and 

fresh faeces were collected for measurement of corticosterone levels. Faeces were stored 

in  absolute  ethanol  at  ‐30ºC,  until  being  processed.  The  faecal  concentration  of 

corticosterone peaks about 6 – 12 h after a stressful event (Ylönen et al. 2006), thus faeces 

were collected between 10 am and 1 pm for animals in the control group and exposed to 

the sound treatment during night time, and between 5 pm and 8 pm for animals exposed 

to the sound treatments during daytime. 

Hormone extraction was performed following a modified method of Goymann (Goymann 

et  al.  1999).  Briefly,  ~0.3g  of  faeces  (Sartorius) was  added  to  4ml  of methanol,  and 

pulverized using a small pallet knife. The mixture was then vortexed for 1 h at 500 rpm, 

followed by 1 h of centrifugation at 6000 rpm. The supernatant was then transferred to 

another tube and diluted with the buffer solution from an EIA Kit. Corticosterone levels 

Page 64: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

44 

 

were determined using Enzyme Immunoassay (EIA) commercial kits (ADI‐900‐097, Assay 

Designs). 

Resting metabolic rate 

Oxygen consumption was measured, after 6 days of experimental  treatment, using an 

open‐flow respirometry system (Servomex, series 4100) as previously described (Duarte 

et al. 2010). Briefly mice were placed in a cylindrical chamber, and dried atmospheric air 

was pumped into the chamber at a flow rate of 500ml/min. Ambient temperature was set 

at 29ºC, in the thermoneutral zone (Haim, McDevitt & Speakman 1995). Each animal was 

continuously monitored, during 2 h for two consecutive days, during the daytime when 

wood mice are normally inactive (Wolton, 1983). No food or water was available inside 

the chamber. Measurements of oxygen concentration were digitised approximately 35x 

per second and the accumulated data averaged over 30s intervals (mean of approximately 

1000 measurements). These 30s averages were then saved. Resting metabolic rate was 

estimated as the average value of the five lowest consecutive readings (equivalent to 2min 

and 30s in the chamber) (Hayes et al., 1992), and the average of the measurements made 

on consecutive days was used for further analysis. VO2 was calculated after Depocas and 

Hart (1957)as VO2=V2 (F1O2–F2O2)/(1–F1O2), where V2 is the flow rate measured after the 

metabolic chamber, and F1O2 and F2O2 are the oxygen concentrations before and after 

the metabolic  chamber.  All  the  values were  corrected  to  standard  temperature  and 

pressure (STPD). Baseline values of atmospheric oxygen were corrected by a 30 minute 

measurement prior to each run. 

 

Page 65: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

45 

 

2.3.2. Starvation risk 

Animals and experimental design 

The 30 mice used in this study were the first generation descendants of the mice used 

in  the  experiment  on  predation  risk.  After weaning  at  21  days  of  age,  animals were 

separated  from  their mothers, and housed  in  individual cages, with wood shavings  for 

bedding, a small plastic box and shredded paper for enrichment. Ambient temperature 

was controlled at 20ºC and the light cycle was 12L:12D. Food and water were provided ad 

libitum, and  the animals were  fed on commercial chow pellets  (Scientific Animal Food 

Engineering, France). 

When the animals reached 12–14 weeks old, they were allocated into one of two groups: 

the control group (6 males and 6 females) and the stochastic starvation group (9 males 

and 9 females). Animals in the control group were fed daily with 50g of chow pellets. Every 

day uneaten food on the feeder and cage floor was collected and weighed and the initial 

amount was replaced into the feeder. The procedure was repeated for a total of 18 days. 

Body weight was  also monitored  on  a  daily  basis. At  days  7  and  14  the  faeces were 

collected, dried for 48h at 80ºC and weighed. Animals in the starvation group were fed 

following the procedure described above, the first 3 days were established as baseline, 

and then they were submitted to a set of stochastic food deprivation days. The probability 

of having a starvation day was pre‐established as 0.28 corresponding to a total of 4 days 

within 15 remaining days of the study. Each starvation day was followed by a feeding day; 

starvation days corresponded to days 6, 9, 13 and 15. In the starvation days all the food 

was removed from the feeder and replaced 24 h later. For the starvation group, faeces 

were collected at days 4, 7 and 14. After collection, faeces were dried for 24 h at 80ºC, 

Page 66: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

46 

 

and dry mass was measured using a 4  figure balance  (Sartorius). Dry mass absorption 

efficiency was calculated as the difference between food intake and faecal output divided 

by food intake e.g. (Gebczyński et al., 2009; Mueller and Diamond, 2001). 

 

Plasma assays  

After  the  18  days,  all  the  animals  were  starved  for  4  h  before  the  collection  of 

approximately 1ml of blood by cardiac puncture,  followed by sacrifice through cervical 

dislocation.  Samples were  collected  between  4pm  and  6pm,  blood was  immediately 

centrifuged for 10 min at 20.000 rpm. Plasma was then stored at ‐80ºC until processing. 

Plasma  leptin  levels were measured using  the ELISA based method, with commercially 

available  kits  (Millipore  Corporation,  USA  ‐ mouse  leptin  kit).  After  blood  collection, 

animals were dissected, and full body fat was collected and weighed. 

 

Behavioural observations 

Animals were video recorded over an 8 hour period on multiple occasions (4 h of light and 

4 h of dark). The 8 hour period coincided with two different times of day. In the afternoon 

cameras were set 2 h before the dark phase, and allowed to operate for 4 h, while in the 

morning cameras were set 2 h before the light phase, and allowed to operate for 4 h. As 

mouse vision is limited at wave lengths of light below 630nm (Jacobs et al., 1999), dark 

phase records were made under red light illumination (Phillips, Infrared PAR38). 

Page 67: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

47 

 

The control group was observed three times, on days 2, 4 and 9. The starvation group was 

observed 5 times, including free feeding days, starvation days, and refeeding days. Within 

each of the recorded films, each animal was observed for 5 random periods of 10 min, 

and  the  time  spent  on  each  of  categorized  behaviours  was  registered.  Dominant 

behaviours were classified  into  four categories: grooming,  feeding, resting and general 

activity,  following  the ethogram previously described  for mice  (see Speakman & Rossi 

1999; Speakman et al. 2001 for details). General activity  included walking, climbing the 

cage and all general movements. Feeding included eating chow, drinking and occasional 

coprophagia. Resting was considered when the animal was sleeping or sitting, was not 

moving in the cage and was not grooming. Grooming behaviour was registered when the 

animals were not moving and included licking the fur and tail and scratching with any limb. 

 

2.3.3. Statistical Analyses  

Predation risk 

All  the  data  are  expressed  as mean  ±  S.E. Mixed modelling  followed  by  pairwise 

comparisons was used  to compare body weight,  food  intake and apparent absorption 

efficiency variation across the 5 experimental days; treatment and day of measurement 

were included in the model as fixed factors. Body weight was included as a covariate, for 

the analysis of food intake variation. Individual ID was included in the models as a random 

factor,  to  account  for  repeated measures.  The  influence  of  treatment  on  RMR  and 

cumulative  food  intake was analysed through mixed modelling, setting body weight as 

covariate, and  individual  ID as a  random  factor due  to  the  repeated measurement of 

individuals  across  treatments.  One‐way  ANOVA was  used  to  compare  corticosterone 

Page 68: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

48 

 

levels on the last day of treatment, using group as a fixed factor. Due to the wide range of 

body weight across  individual animals (14–62g), body weight variation was analysed as 

change  relative  to day  zero of  the  study. Given  the unbalanced number of males and 

females across the treatment groups, and the reduction of statistical power, sex was not 

included in the models as an independent predictor. 

 

Starvation risk 

All the data were expressed as mean ± S.E. linear mixed modelling was used to test the 

body weight and food intake differences between groups and sexes, over the 18 days of 

the study, and individual ID was included as a random factor to account for the repeated 

measures. On the analysis of food  intake, body mass was included as a covariate in the 

model. One‐way analysis of variance (ANOVA) with post hoc Tukey tests were used to test 

group  differences  in  body weight  and  food  intake,  between  time  points when  group 

differences were significant over the entire time course.  

Differences  in  cumulative  food  intake and dry mass absorption efficiency were  tested 

using  one‐way  analysis  of  variance  (ANOVA)  with  pos  hoc  Tukey  tests.  Analysis  of 

covariance (ANCOVA) was performed to test differences in plasma leptin levels and body 

fat  between  treatment  groups,  and  body  fat  mass  and  body  weight  were  used  as 

covariates  accordingly.  Dominant  behaviours  were  registered  with  the  Etholog  2.2.5 

software (Ottoni, 2000) and analysed using a GLM model followed by Tukey post hoc tests. 

All data were analysed using SPSS 19.0 for Windows. 

Page 69: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

49 

 

2.4. Results 

2.4.1. Predation risk 

Animals exposed  to  the  sounds during  the night, both owl and blackbird,  significantly 

reduced their body mass, when compared with the control ‘silence’ group (p<0.001). Owl 

calls during the night caused an average of 8% (S.E=1.2; p<0.001) reduction in the body 

weight, and the blackbird calls a 6% (S.E=1.6; p<0.001) reduction (Figure 1). Body weight 

variation between silent controls, and animals exposed  to either owl or blackbird calls 

during  the day, was not significantly different  (p=0.659; p=0.293). The variation  in  the 

body  weight  was  mostly  explained  by  time  (day  of  experiment  effect:  F5,32=8.188; 

p<0.001),  treatment  (F4,32=30.031;  p<0.001),  and  the  interaction  between  day  of 

measurement and treatment (F20,32=2.386; p=0.001). 

Time (days)

0 1 2 3 4 5

Bo

dy

Ma

ss (

%)

80

85

90

95

100

105

ControlPredator day timePredator night timeNon Predator day timeNon Predator night time

 

Figure 1 – Changes in body mass (mean ± S.E.) relative to baseline in response 

to exposure to predator and non‐predator sounds played during the day or at 

night across the 5 days of the study. The control group was exposed to silence. 

Page 70: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

50 

 

The average  food  intake on  the  first day of  the study was 3.18g across all  the groups. 

Variations  in  food  intake were mostly explained by day of measurement  (F4,28=4.322; 

p=0.002), treatment (F4,28=14.979; p<0.001), body mass (F1,28=10.077; p=0.002) and the 

interaction between day of measurement and treatment (F1,28=2.157; p=0.006). Animals 

in the control group (3.38±0.153g) and animals exposed to the treatment during the day 

(predator: 3.49±0.129g; non predator: 3.730±0.133g) had higher food  intake than mice 

submitted  to  the  treatment  during  night  time  (predator:  3.21±0.131g;  non  predator: 

2.82±0.148g) (Figure 2). 

Time (days)

1 2 3 4 5

Ad

just

ed

Fo

od

Inta

ke (

g)

0

1

2

3

4

5

ControlPredator day timePredator night timeNon Predator day timeNon Predator night time

 

Figure 2 – Variation of food intake (g) (adjusted for BM=28,29g; mean ± S.E.), 

in response to exposure to predator and non‐predator sounds played during 

the day or  at night  across  the  5 days of  the  study.  The  control  group was 

exposed to silence. 

Differences  in cumulative  food  intake after the 5 days of treatment were explained by 

different treatments between groups (F4,8=5.435; p=0.001), and the effect of body mass 

Page 71: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

51 

 

(F1,66=14.059;  p<0.001).  Cumulative  food  intake was  lower  in mice  submitted  to  the 

treatment during the night (predator: 15.6±0.79g; non‐predator: 13.6±1.0g) and greater 

in animals in the control group (16.7±1.0g) and exposed to the treatment during the day 

(predator: 17.6±0.8g; non‐predator: 18.4±0.8g) (Adjusted for BM=28.4g). 

Apparent dry mass absorption efficiency (control= 81.7±0.39; predator day= 80.5±0.24; 

predator  night  =  80.4±0.63;  non‐predator  day  =  81.3±0.32;  non‐predator  night= 

81.7±0.61) showed no significant differences over the 5 days of the study  (F4,27=1.171, 

p=0.323), and no influence due to the treatment (F4,27=0.935, p=0.444). Resting metabolic 

rate was predominantly  influenced by body weight (F1,8=47,681, p<0.001), and was not 

affected by the experimental treatment (F4,8=1.021, p=0.403) (Figure 3). 

Body Mass (g)

10 20 30 40 50 60

RM

R (

VO

2 m

l/min

)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Control Predator day timePredator night time Non Predator day time Non Predator night time

 

Figure 3 – Effects of body mass (g) on resting metabolic rate (ml O2/min) for all 

the measured individuals. Experimental treatment had no significant effect on 

the resting metabolic rate (F4,8=1.021, p=0.403). 

Page 72: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

52 

 

Corticosterone levels varied significantly with the treatment group (ANOVA: F5,49=7.692; 

p<0.001). Levels were highest in the groups exposed to the playback during daytime, of 

both owl (257.9±53.90 ng/ml) and blackbird (155.0±22.3 ng/ml) sounds (Tukey p=0.308). 

In  contrast, exposure  to  sounds at night  (owl: 47.4±12.85 ng/ml; blackbird: 34.0±14.2 

ng/ml) did not result in elevated corticosterone levels relative to the silent control group 

(41.0±14.1 ng/ml) (Tukey p=0.166). 

 

2.4.2. Starvation risk 

Body weight 

The body weight variation was mostly explained by day of measurement (F18,78=2.659, 

p<0.001) and the interaction between treatment and day of measurement (F18,78=9.204 

p<0.001), and the effect of sex  is not significant (F1,78=0.71, p=397). During the first six 

days of the experiment, prior to the starvation periods, animals in the two groups did not 

differ  significantly  in body weight  (control, 29.1±0.55g;  starvation, 29.5±0.45g; ANOVA 

F1,26=0.198, p=0.657). Animals  in  the  starving group  significantly decreased  their body 

weight on the deprivation days (Table I).  The first and second starvation days resulted in 

a reduction of 8% in the body weight; on the third and fourth starvation days the animals 

lost 12% of their body weight (Figure 4). 

 

 

 

Page 73: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

53 

 

Table I – Mean ± S.E. of body mass (g) and ANOVA results, on starvation (day 

6, 9, 13 and 15) and refeeding (day 7,10, 14 and 16) days of the study. 

    Control  Starvation  ANOVA 

Starvation days 

Day 6  28.52 ±1.87g  26.82±1.62g  F1,26=42.905; p<0.001 

Day 9  27.85 ±1.81g  26.21±1.55g  F1,26=6.482; p=0.017 

Day 13  28.25 ±1.74g  25.02±1.50g  F1,26=110.353; p<0.001 

Day 15  27.81 ±1.67g  24.20±1.45g  F1,26=78.354; p<0.001 

Refeeding  days 

Day 7  28.44±1.38g  27,27±1.69  F1,26=18.453; p<0.001 

Day 10  27.77±1.39g  26,57±1.67  F1,26=2.833; p=0.104 

Day 14  27,97±1.39g  26,91±1.53  F1,26=57.716; p<0.001 

Day 16  27,78±1.42g  27,08±1.63  F1,26=126.303; p<0.001 

Days of treatment

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Bo

dy

Ma

ss (

%)

60

70

80

90

100

110

120

ControlStarvation

 

Figure  4  –  Effects  of  stochastic  exposure  to  starvation  on  the  body mass 

variation of the wood mice, across the 18 days of the study. 

Page 74: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

54 

 

Except  for  the day  following  the  second 24h  starvation period  (day 10: GLM F1,26=2.8, 

p=0.104),  the  body weight  on  the  first  refeeding  days was  also  significantly  reduced 

relative to the control animals. On average the body weight took 2  ̶ 3 days to recover to 

control levels after the 24h starvation period. At the end of the experimental period, body 

fat of the control group (1.7±0.23g) was higher than in the starved animals (1.58±0.198g). 

These  differences  were mostly  explained  by  total  body  weight  (ANCOVA:  F1,25=23.3, 

p<0.001), and also by an effect of the treatment (F2,25=3.4, p=0.048). 

 

Food intake 

The  analysis  of  food  intake  revealed  that  its  variation  is mostly  explained  but  the 

interaction of treatment across days of the study (F17,75=70.214, p<0.001), effects due to 

sex (F1,75=0.798, p=0.377) and body mass (F1,75=3.602, p=0.061) did not significantly affect 

the food intake. During the 6 initial days, when all animals were fed ad libitum, the two 

groups did not differ in the average quantity of food consumed (control, 3.9 ±0.15g/day; 

starvation, 4.0±0.12g/day; ANOVA F1,147=0.038, p=0.846) (Figure 5). 

Page 75: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

55 

 

Days of treatment

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Adj

uste

d F

ood

inta

ke (

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

ControlStarvation

 

Figure 5 – Effects of stochastic exposure to starvation on the food  intake (g) 

variation over the 18 days of the study (adjusted for BM= 27.85g) 

Over  the  first  day  of  refeeding  (day  6),  after  the  first  starving  period,  there were  no 

significant differences in the food intake between the control group and starvation group 

(control, 4.3±0.28g; starvation, 4.4±0.23g; ANOVA F1,28=0.063, p=0.804). Food intake on 

the first day of refeeding (day 10), after the second deprivation day (day), was also not 

significantly different between the two groups (control, 4.1±0.29g; starvation, 4.9±0.24g; 

ANOVA F1,28=3.921, p=0.058). However, on the first refeeding day, after the third (day 14) 

and fourth (day 16) days with no access to food, food intake in the starvation group was 

elevated  compared  with  the  control  group  (day  14:  control,  4.5±0.24g;  starvation, 

5.4±0.20g;  ANOVA  F1,27=8.476,  p=0.007:  day  16:  control,  4.1  ±0.23g;  starvation, 

5.8±0.197g; ANOVA F1,26=30.848, p<0.001).At the end of the baseline period of 5 days, 

cumulative food intake (Figure 6) was not significantly different between the two groups 

(control, 19.4 ±1.51g; starvation, 19.9±1.23g; ANOVA F1,28=0.043, p=0.836). Cumulative 

Page 76: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

56 

 

food  intake  on  day  12  (after  2  starvation  events), was  also  not  significantly  different 

between  the  two  groups  (control,  49.5±2.71g;  starvation,  43.1  ±  2.213g;  ANOVA 

F1,28=2.214,  p=0.079),  but  showed  a  trend  (p  >0.05  <.1)  towards  being  greater  in  the 

control group. On the last day of the study, cumulative food intake of the control group 

was significantly higher than the starvation group (control, 77.0±3.67g; starvation, 62.8 ± 

3.00g; ANOVA F1,28=8.94, p=0.006). The shortfall in intake of the starved group relative to 

the controls over the 18 day study was 14.2g of  food, almost equal to the daily  intake 

during baseline (3.94g/day) multiplied by the number of starvation days (=4) (3.94 x 4 = 

15.8g). Therefore overall the intermittently starved mice did not compensate their food 

intake during the days that they had food available for the days when food was absent 

(Figure 6). 

 

Figure 6 – Cumulative  food  intake  (g) during  the exposure  to  the stochastic 

starvation treatment. Day 5 (feeding day), day 12 (after two starving events), 

and day 18 (after four starving events). 

Day 5 Day 12 Day 18

Cum

ula

tive

foo

d in

take

(g

)

0

20

40

60

80

100

Control GroupStarvation Group

Page 77: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

57 

 

Apparent  dry mass  absorption  efficiency was  not  significantly  different  between  the 

groups  (control=0.804±0.004;  refeeding=0.815±0.005:  F1,71=0.016;  p=0.899). Moreover 

within the starvation group, the starvation/refeeding treatment did not significant affect 

apparent dry mass absorption efficiency (F1,71=1.680; p=0.199).  

 

Behaviour and Activity 

General activity was significantly reduced on the starvation day and the first refeeding 

day  in  the  starved  animals,  compared  with  the  control  data  (p=0.001  and  p=0.004 

respectively). The difference in general activity levels between the starvation day and the 

first  refeeding  day was  not  significant  (p=0.202).  Time  spent  resting was  significantly 

increased on starvation (p=0.004), and refeeding days (p=0.005) compared with control 

days. Resting  time did not differ between  starving  and  refeeding days  (p=0.999).  The 

differences  in  the  time  spent  grooming were  also  significantly  different  between  the 

control  period  and  starving  days  (lower  when  starving:  p=0.016),  but  not  different 

between starving and refeeding days or between control and refeeding days.  Time spent 

feeding was not significantly increased on the refeeding days compared with control days 

(p=0.41) (Figure 7). 

Page 78: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

58 

 

 

Figure 7 – Effects of the stochastic starvation treatment on the time spent in 

different  behaviour  categories  (general  activity,  grooming,  feeding  and 

resting), on the starvation days and refeeding days. 

 

Circulating leptin 

Circulating  leptin  levels were related to body weight (ANCOVA F1,11= 5.428; p<0.04), 

body fat content (ANCOVA F1,11=14.171; p<0.003) and independently treatment (ANCOVA 

F2,11=6.303; p<0.015) (Figure 8). Levels of circulating leptin for the control group (6.2±2.6 

ng/ml) were  significantly  lower  than  for  animals exposed  to  the  starvation  treatment 

(10.5±1.8 ng/ml). 

General Activity Grooming Feeding Resting

% T

ime

sp

ent

on

ea

ch b

eha

vio

ur (

%/8

h)

0

20

40

60

80

100

ControlFasting DayRefeeding

Page 79: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

59 

 

 

Figure 8 – Variation of plasma leptin levels (ng/ml) against body fat (g) for the 

control group and starved animals, measured on the final day of the study. 

 

2.5. Discussion 

2.5.1. Predation risk  

According  to  the predation‐starvation  trade‐off hypothesis, under  increased  risk of 

predation wood mice were predicted to decreasing their fat reserves (Speakman, 2007), 

thus  decrease  their  body  weight.  Consistent  with  this  prediction,  when  mice  were 

exposed to owl calls at night they significantly reduced their body weight relative to mice 

kept in silence. However, contrasting our expectations the mice also showed a significant 

reduction  in  body  weight  when  exposed  at  night  to  calls  of  a  non‐predatory  bird 

(blackbird). 

Moreover, when exposed to either owl or blackbird sounds in the daytime, they did not 

reduce their body weight. The different effects of the sounds broadcasted during daytime 

Page 80: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

60 

 

and nighttime, are possibly associated with the animal activity periods. Wood mice are 

mostly active during the night (Corp et al., 1997; Wolton, 1983). Diurnal activity has been 

documented rarely and usually associated with the breeding season. Birds which naturally 

are active at night, where these mice live, are mostly potential predators. The mice may 

therefore  have  evolved  to  respond  to  any  bird  calling  at  night,  and  in  contrast  have 

similarly evolved to ignore any bird calling in daytime. An alternative explanation was that 

during the day the mice were asleep and did not hear the calls, but at night they were 

awake and were stressed by any noise causing them to reduce  intake and  lose weight. 

However, this interpretation was at odds with the corticosterone data (see below) which 

clearly  indicated that the mice could hear the calls  in the daytime and if anything were 

more stressed by them that heard calls at night. They just did not translate this stress into 

altered food intake or body weights. 

These data suggest a generalisation of the response and the categorisation of the stimulus 

(reviewed  by  Shettleworth  (2001)).  Large  investments  in  predation  avoidance  may 

compromise other fitness components, such as reproduction (Lima and Dill, 1990), and 

the mechanism of discriminating  traits may  include an  intensive  training and  learning 

process  (Kurt and Ehret, 2010; Lederle et al., 2011); therefore generalisation may be a 

mechanism  of  saving  resources.  In  addition,  with  respect  to  predation  stimuli,  the 

opportunity for a  learning process to occur may be  limited, given that predator attacks 

are often fatal (Vermeij, 1982). Hence most responses to predators may be innate, as has 

been  demonstrated  for  several  taxa  (Griffin  et  al.,  2000).  According  to  the  ‘Predator 

Recognition Continuum Hypothesis’  (Ferrari et al., 2007), a combination of  innate and 

learned  recognition  mechanisms  is  probably  involved.  Kindermann  (2009)  has 

Page 81: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

61 

 

demonstrated that predator‐naïve rodents (mice, rats, and gerbils) do not discriminate 

their respond towards auditory cues of predator and non‐predator birds. Since the mice 

in this experiment were wild caught from sites where all three of the bird species that we 

used are found, it is possible that they had been previously exposed to these calls in the 

wild before the experiments began, this factor was not controlled, hence we cannot rule 

out either a naïve or learned response to calls occurring at night. 

The body weight responses of the mice suggested that mice were unable to discriminate 

between  the owl  calls and  the blackbird  calls, and  instead  reacted only  to  the  cue of 

generalised bird calls, combined with the time of day that  they were played. The data 

from  the  corticosterone assays  supports  the hypothesis  that  the mice were unable  to 

distinguish between broadcasted  sounds of different  species,  since  the  corticosterone 

levels were equally elevated during the diurnal period,  independent of the type of bird 

call, and for exposure to calls at night were also not different between the sources of the 

calls.  In an earlier  study,  faecal corticosterone  levels  in bank voles  (Myodes glareolus) 

were elevated in response to weasel (Mustela nivalis) faeces and this was presumed to be 

part of the mechanism underpinning the reduction in body weight of these small rodents 

in  response  to  predation  risk  (Tidhar  et  al.,  2007).  Similarly  rats  showed  elevated 

corticosterone  in blood when exposed to a  live cat  (Felis catus) compared to a stuffed 

model  (Blanchard  et  al.,  1998)  rabbits  (Oryctolagus  cuniculus)  showed  elevated 

corticosterone in blood when exposed to fox (Vulpes vulpes) as opposed to sheep (Ovis 

aries) faeces (Monclús et al., 2005) and domestic mice had higher levels of cortisol when 

exposed to owl sounds compared to silence or human voice sounds (Eilam et al., 1999). 

Since the faecal corticosterone  in the wood mice studied here was not elevated  in the 

Page 82: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

62 

 

groups that lost weight, relative to the control mice that did not lose weight, this suggests 

that elevated corticosterone was not part of the mechanism underlying the altered body 

weight changes  reported here. Furthermore,  lag  time between hormonal  levels  in  the 

blood, and the signal on  faeces  is species‐specific and highly dependent on animal gut 

function (Harper and Austad, 2000; Palme et al., 1996) which, as shown by Touma (2003) 

is  variable  across  the  day.  Therefore we  consider  that  our method  of  perceived  risk 

assessment may have underestimated the stress  induced by the predation treatments, 

given that the levels of metabolites measured were highly affected by the circadian cycle. 

It  is  unlikely  that  reduced  corticosterone  levels  are  due  to  acclimation  to  the  testing 

procedure,  predation  defense  is  highly  repeatable  (Dammhahn  and  Almeling,  2012; 

Dosmann  and  Mateo,  2014),  and  habituation  is  not  likely  to  cause  fear  extinction 

(Takahashi et al., 2005). 

The reduction in body weight was correlated with a reduction in food intake. There were 

no differences in dry mass absorption efficiency and no change in resting metabolic rate 

beyond  that  anticipated  from  the  reduced  body weight.  Although  the  data  that we 

collected  cannot  rule out  a  contribution by elevated physical  activity  levels,  the main 

mechanism  for enabling  the negative energy balance,  to effect  the  reduction  in body 

weight, was to reduce food intake. This strategy makes sense because it is probably during 

foraging that wood mice are most susceptible to avian predation risks. Hence reducing 

food intake probably has the dual benefit of directly reducing predation risk, at the same 

time as forcing a negative energy balance which reduces body weight, thereby generating 

secondary anti‐predation benefits. Indeed the main benefit of losing weight in terms of 

Page 83: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

63 

 

predation risk may be the reduced energy demands (Figure 3) which reduce the required 

foraging time. 

 

2.5.2. Starvation risk 

Although the responses of the wood mice to predation risk were largely in line with the 

predictions of  the predation‐starvation  trade‐off model  the  responses  to experimental 

elevations in starvation risk were largely at odds with the predictions. We anticipated that 

in response to intermittent and unpredictable starvation events the mice would increase 

their  levels  of  stored  fat,  enabling  them  to  cope with  subsequent  starvation  events 

without the need to enable behavioural or physiological responses, but simply by drawing 

on  stored  fat  reserves.  In  fact,  when  exposed  to  starvation  the  mice  altered  their 

behaviour significantly reducing the costly components of their behaviour  (activity and 

grooming)  and  increasing  the  less  costly  elements  (resting  and  sleeping).  Once  food 

became available again they did not substantially elevate their food intake to offset the 

shortfall in their intake but instead had only a modest or insignificant increase in intake, 

matched with a continued suppression of activity  to get  themselves back  into positive 

energy balance and increase in weight. This strategy meant that it took 2‐3 days to recover 

their body weight after the starvation events, and they did not show any elevation in body 

weight above that of the controls. This was mirrored by the fact that at the end of the 18 

day experiment the starvation group actually had lower fat reserves on average than the 

control animals – the complete opposite of the predictions of the starvation‐predation 

trade‐off hypothesis.  

Page 84: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

64 

 

There have been many previous  studies of  the  responses of other  small mammals  to 

periods of calorie restriction (reviewed in Speakman & Mitchell 2011) or to every other 

day feeding protocols. The responses of the animals to these previous manipulations are 

not directly comparable to the data generated here, the key element of which was the 

stochastic nature of  the  food deprivation events. Nevertheless,  three previous  studies 

have concerned the responses of domestic strains of mice to stochastic food deprivation. 

Swiss  mice  increased  their  food  intake  dramatically,  and  decreased  their  energy 

expenditure, on days between 24h starvation events (Cao et al., 2009). However, overall 

after  4 weeks,  similar  to  the  findings  here,  their  overall  body weight was  decreased. 

However, the same research group found over 4 weeks of treatment, with 3 starvation 

and 4 non‐starvation days per week, that the elevated food  intake on the feeding days 

was sufficient to maintain the body weight both in the same mouse strain and in striped 

hamsters (Zhao and Cao, 2009). In C57Bl/6 mice,  in response to stochastic  intermittent 

starvation,  there was  also  a  significant  increase  in  food  intake  on  the  days  between 

starvation events, such that over a 42 day experiment the overall intake was not reduced 

in  the  intermittently  starved  group  (Zhang  et  al.,  2012).  Since  these  latter mice  also 

enabled  behavioural  (reduced  activity)  and  physiological  (reduced  body  temperature) 

responses to the manipulation, at some points during the experiment they elevated their 

fatness  above  that  of  the  control  group,  in  line with  the  starvation‐predation model 

predictions. 

The  responses of  the wood mice studied here differ substantially  from  these previous 

studies. There was virtually no compensatory response in food intake. Hence, body weight 

was  restored  predominantly  by  reduced  expenditure  (reduced  activity). Consequently 

Page 85: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

65 

 

they ended up with lower, rather than elevated fat reserves. One potential reason for this 

response is that the mice were constrained in their alimentary tract capacity and unable 

to process greater levels of food intake (Drent and Daan, 1980; Koteja, 1996; Peterson et 

al., 1990). We cannot eliminate this possibility that the absence of a food intake response 

was due to a physiological constraint. A second reason, however, is that wood mice may 

be acutely sensitive to predation risks, and choose not to increase their food intake levels 

on  the  refeeding  days,  because  this would  expose  them  to  elevated  predation  risk. 

Separating between these explanations was beyond the scope of the current work.  

Circulating leptin levels in intermittently starved C57BL/6 mice were dependent only on 

the  levels  of  body  fatness  (Zhang  et  al.,  2012).  This  is  consistent with many  studies 

showing a relation of leptin to stored fat (Friedman and Halaas, 1998).  In wood mice the 

levels of  leptin also were dependent on fatness, but  in contrast to previous work were 

independently  elevated  among  the  mice  that  had  been  intermittently  starved.  This 

response was unexpected because reductions in food intake, for example, during caloric 

restriction, generally lead to reductions in circulating leptin levels which forms a primary 

stimulus  to overconsume when  released  from  restriction  (Friedman and Halaas, 1998; 

Hambly et al., 2012; Morton et al., 2006; Rosenbaum and Leibel, 1998). The fact that wood 

mice  did  not  show  this  response  to  intermittent  starvation  in  their  leptin  levels,  is 

consistent  with  the  fact  they  also  did  not  show  post  starvation  hyperphagia. 

Understanding  the mechanisms  by which  these mice  elevate  leptin  levels  after  food 

restriction, and hence avoid post restriction hyperphagia, may be important because  in 

humans the reduced levels of leptin when dieting are presumed to be part of the primary 

response causing people to break their diets (Hopkins et al., 2014; Keim et al., 1998). 

Page 86: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

66 

 

2.6.  Conclusions 

The current data provide limited support for the starvation‐predation trade‐off model 

for  understanding  levels  of  stored  body  fat/body weight. Wood mice  responded  in  a 

manner  that was  complex  and  not  entirely  as  expected,  but  could  be  interpreted  as 

consistent with the model if it is assumed that their generalised response to calls at night 

was  a  generalisation  to  the  predation  risk  of  any  bird  in  the wild  that  calls  at  night. 

However,  when  faced  with  elevated  starvation  they  did  not  show  the  anticipated 

responses. This may in part be because these mice are substantially more susceptible to 

predation  than  to  starvation,  and  their  potential  responses  to  starvation  were 

compromised by the need to maintain a low level of predation risk.  

 

2.7.  Acknowledgements 

This work was supported by European Funds through COMPETE and by National Funds 

through  the  Portuguese  Science  Foundation  (FCT)  within  project  PEst‐

C/MAR/LA0017/2013 and PhD fellowship (SFRH/BD/47333/2008). 

 

2.8. References 

Berthoud, H.‐R., 2006. Homeostatic and non‐homeostatic pathways involved in the control of food intake and energy balance. Obesity 14 Suppl 5, 197S–200S. doi:10.1038/oby.2006.308 

Blanchard,  R.J.,  Nikulina,  J.N.,  Sakai,  R.R., McKittrick,  C., McEwen,  B.,  Blanchard,  D.C.,  1998. Behavioral  and  endocrine  change  following  chronic predatory  stress.  Physiol. Behav.  63, 561–9. 

Page 87: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

67 

 

Cao, J., Zhang, L., Zhao, Z., 2009. Trade‐off between energy budget, thermogenesis and behavior in  Swiss  mice  under  stochastic  food  deprivation.  J.  Therm.  Biol.  34,  290–298. doi:10.1016/j.jtherbio.2009.03.006 

Corp, N., Gorman, M.L., Speakman, J.R., 1997. Ranging behaviour and time budgets of male wood mice  Apodemus  sylvaticus  in  different  habitats  and  seasons.  Oecologia  109,  242–250. doi:10.1007/s004420050079 

Cuthill, I.C., Maddocks, S.A., Weall, C. V, Jones, E.K.M., 2000. Body mass regulation in response to changes  in feeding predictability and overnight energy expenditure. Behav. Ecol. 11, 189–195. 

Dammhahn, M., Almeling, L., 2012. Is risk taking during foraging a personality trait? A field test for cross‐context  consistency  in  boldness.  Anim.  Behav.  84,  1131–1139. doi:10.1016/j.anbehav.2012.08.014 

Depocas, F., Hart,  J.S., 1957. Use of  the Paulling Oxygen Analyzer  for Mesurement of Oxygen Consumption  of  Animals  in  Open‐circuit  Systems  and  in  a  Short‐Lag,  Closed  Circuit Apparatus. J. Appl. Physiol. 10, 388–392. 

Dosmann,  A., Mateo,  J.M.,  2014.  Food,  sex  and  predators:  animal  personality  persists  with multidimensional  plasticity  across  complex  environments.  Anim.  Behav.  90,  109–116. doi:10.1016/j.anbehav.2014.01.011 

Drent, R.H., Daan, S., 1980. The prudent parent: energetic adjustments in avian breeding. Ardea 68, 225–252. 

Duarte, L.C., Vaanholt, L.M., Sinclair, R.E., Gamo, Y., Speakman,  J.R., 2010. Limits  to  sustained energy  intake  XII:  is  the  poor  relation  between  resting metabolic  rate  and  reproductive performance because resting metabolism is not a repeatable trait? J. Exp. Biol. 213, 278–87. doi:10.1242/jeb.037069 

Eilam, D., Dayan, T., Ben‐eliyahu,  S.,  Schulman,  I.,  Shefer, G., Hendrie, C.A., 1999. Differential behavioural and hormonal responses of voles and spiny mice to owl calls. Anim. Behav. 58, 1085–1093. 

Ferrari, M.C.O., Gonzalo, A., Messier, F., Chivers, D.P., 2007. Generalization of learned predator recognition:  an experimental  test  and  framework  for  future  studies. Proc. Biol.  Sci. 274, 1853–9. doi:10.1098/rspb.2007.0297 

Friedman, J.M., Halaas, J.L., 1998. Leptin and the regulation of body weight in mammals. Nature 395, 763–770. 

Gebczyński, A.K., Konarzewski, M., Ge, A.K., Gebczynski, A.K., 2009. Locomotor activity of mice divergently  selected  for  basal metabolic  rate:  a  test  of  hypotheses  on  the  evolution  of endothermy. J. Evol. Biol. 22, 1212–1220. doi:10.1111/j.1420‐9101.2009.01734.x 

Goymann, W., Mostl, E., Hof, T.V., East, M.L., Hofer, H., 1999. Noninvasive Fecal Monitoring of Glucocorticoids in Spotted Hyenas, Crocuta crocuta. Gen. Comp. Endocrinol. 114, 340–348. 

Page 88: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

68 

 

Griffin, A.S., Blumstein, D.T., Evans, C.S., 2000. Training Captive‐Bred or Translocated Animals to Avoid Predators. Conserv. Biol. 14, 1317–1326. doi:10.1046/j.1523‐1739.2000.99326.x 

Haim, A., McDevitt, R.M., Speakman, J.R., 1995. Thermoregulatory responses to manipulations of photoperiod in wood mice Apodemus sylvaticus from high latitudes (57°N). J. Therm. Biol. 20, 437–443. doi:10.1016/0306‐4565(95)00002‐E 

Hambly, C., Duncan, J.S., Archer, Z.A., Moar, K.M., Mercer, J.G., Speakman, J.R., 2012. Repletion of TNFα or leptin in calorically restricted mice suppresses post‐restriction hyperphagia. Dis. Model. Mech. 5, 83–94. doi:10.1242/dmm.007781 

Harper,  J.M.,  Austad,  S.N.,  2000.  Fecal Glucocorticoids:  A Noninvasive Method  of Measuring Adrenal Activity in Wild and Captive Rodents 73, 12–22. 

Hayes,  J.P., Speakman,  J.R., Racey, P.A., 1992. SamplingBias  in Respirometry. Physiol. Zool. 65, 604–619. 

Hopkins, M., Gibbons, C., Caudwell, P., Webb, D.‐L., Hellström, P.M., Näslund, E., Blundell, J.E., Finlayson, G., 2014. Fasting Leptin Is a Metabolic Determinant of Food Reward in Overweight and Obese  Individuals during Chronic Aerobic  Exercise  Training.  Int.  J.  Endocrinol.  2014, 323728. doi:10.1155/2014/323728 

Jacobs, G.H., Fenwick, J.C., Calderone, J.B., Deeb, S.S., 1999. Human cone pigment expressed in transgenic mice yields altered vision. J. Neurosci. 19, 3258–3265. 

James, W.P.T., 2008. WHO recognition of the global obesity epidemic.  Int. J. Obes. 32 Suppl 7, S120–6. doi:10.1038/ijo.2008.247 

Keim, N.L., Stern, J.S., Havel, P.J., 1998. Relation between circulating  leptin concentrations and appetite during a prolonged, moderate energy deficit in women. Am. J. Clin. Nutr. 68, 794–801. 

Kennedy, G.C., 1953. The Role of Depot Fat in the Hypothalamic Control of Food Intake in the Rat The role of depot fat in the hypothalamic control of food intake in the rat. Proc R Soc L. B 140, 578–592. 

Kindermann, T., Siemers, B.M., Fendt, M., 2009. Innate or learned acoustic recognition of avian predators in rodents? J. Exp. Biol. 212, 506–513. doi:10.1242/jeb.024174 

Koteja, P., 1996. Limits  to  the Energy Budget  in a Rodent, Peromyscus maniculatus: Does Gut Capacity Set the Limit? Physiol. Zool. 

Kurt, S., Ehret, G., 2010. Auditory discrimination learning and knowledge transfer in mice depends on task difficulty. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 8481–8485. 

Lederle, L., Weber, S., Wright, T., Feyder, M., Brigman, J.L., Crombag, H.S., Saksida, L.M., Bussey, T.J., Holmes, A., 2011. Reward‐related behavioral paradigms for addiction research  in the mouse: performance of common inbred strains. PLoS One 6, e15536. 

Levitsky, D.A., 2002. Putting behavior back  into  feeding behavior: a  tribute  to George Collier. Appetite 38, 143–8. doi:10.1006/appe.2001.0465 

Page 89: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

69 

 

Lima,  S.L., 1986. Predation Risk  and Unpredictable  Feeding Conditions: Determinants of Body Mass in Birds. Ecology 67, 377–385. 

Lima, S.L., Dill, L.M., 1990. Behavioral decisions made under the risk of predation: a review and prospectus. Can. J. Zool. 68, 619–640. 

Monclús,  R.,  Rödel,  H.G.,  Von  Holst,  D.,  De Miguel,  J.,  2005.  Behavioural  and  physiological responses  of  naïve  European  rabbits  to  predator  odour.  Anim.  Behav.  70,  753–761. doi:10.1016/j.anbehav.2004.12.019 

Morton, G.J., Cummings, D.E., Baskin, D.G., Barsh, G.S., Schwartz, M.W., 2006. Central nervous system  control  of  food  intake  and  body  weight.  Nature  443,  289–95. doi:10.1038/nature05026 

Mueller, P., Diamond, J., 2001. Metabolic rate and environmental productivity: Well‐provisioned animals evolved to run and idle fast. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98, 12550–12554. 

Ottoni, E.B., 2000. EthoLog 2.2: a tool for the transcription and timing of behavior observation sessions. Behav. Res. methods, instruments, Comput. 32, 446–449. 

Palme,  R.,  Fischer,  P.,  Schildorfer,  H.,  Ismail,  M.N.,  1996.  Excretion  of  infused  14C‐steroid hormones via faeces and urine in domestic livestock. Anim. Reprod. Sci. 43, 43–63. 

Peterson, C.C., Nagy, K.A., Diamond, J., 1990. Sustained metabolic scope. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 2324–2328. 

Rosenbaum, M., Leibel, R.L., 1998. Leptin: a molecule integrating somatic energy stores, energy expenditure and fertility. Trends Endocrinol. Metab. 9, 117–24. 

Schwartz, M.W., Woods, S.C.,  Jr, D.P., Seeley, R.J., Baskin, D.G., 2000. Central nervous  system control of food intake. Nature 404, 661–671. 

Shettleworth,  S.J.,  2001.  Animal  cognition  and  animal  behaviour.  Anim.  Behav.  61,  277–286. doi:10.1006/anbe.2000.1606 

Speakman, J.R., 2014. If body fatness is under physiological regulation, then how come we have an obesity epidemic? Physiology 29, 88–98. doi:10.1152/physiol.00053.2013 

Speakman, J.R., 2013. Evolutionary perspectives on the obesity epidemic: adaptive, maladaptive, and neutral viewpoints. Annu. Rev. Nutr. 33, 289–317. doi:10.1146/annurev‐nutr‐071811‐150711 

Speakman, J.R., 2008. Thrifty genes for obesity, an attractive but flawed idea, and an alternative perspective:  the  “drifty  gene”  hypothesis.  Int.  J.  Obes.  32,  1611–1617. doi:10.1038/ijo.2008.161 

Speakman, J.R., 2007. A Nonadaptive Scenario Explaining the Genetic Predisposition to Obesity: The “Predation Release” Hypothesis. Cell Metab. 6, 5–12. doi:10.1016/j.cmet.2007.06.004 

Page 90: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 2 – Predation and Starvation 

70 

 

Speakman, J.R., Gidney, A., Bett, J., Mitchell, I.P., Johnson, M.S., 2001. Limits to sustained energy intake  IV. Effect of variation  in food quality on  lactacting mice Mus musculus. J. Exp. Biol. 204, 1957–1965. 

Speakman,  J.R.,  Mitchell,  S.E.,  2011.  Caloric  restriction.  Mol.  Aspects  Med.  32,  159–221. doi:10.1016/j.mam.2011.07.001 

Speakman,  J.R.,  Rossi,  F.P.,  1999.  No  support  for  socio‐physiological  suppression  effect  on metabolism of paired white mice (Mus sp.). Funct. Ecol. 13, 373–382. doi:10.1046/j.1365‐2435.1999.00322.x 

Takahashi, L.K., Nakashima, B.R., Hong, H., Watanabe, K., 2005. The smell of danger: a behavioral and neural analysis of predator odor‐induced fear. Neurosci. Biobehav. Rev. 29, 1157–67. doi:10.1016/j.neubiorev.2005.04.008 

Tidhar, W.L.,  Bonier,  F.,  Speakman,  J.R.,  2007.  Sex‐  and  concentration‐dependent  effects  of predator  feces  on  seasonal  regulation  of  body  mass  in  the  bank  vole  Clethrionomys glareolus. Horm. Behav. 52, 436–444. 

Touma, C., Sachser, N., Möstl, E., Palme, R., 2003. Effects of sex and time of day on metabolism and excretion of corticosterone in urine and feces of mice. Gen. Comp. Endocrinol. 130, 267–278. doi:10.1016/S0016‐6480(02)00620‐2 

Vermeij,  G.J.,  1982.  Unsuccessful  Predation  and  Evolution.  Am.  Nat.  120,  701–720. doi:10.1086/284025 

Wirtshafter, D., Davis,  J.D.,  1977.  Set  points,  settling  points,  and  the  control of body weight. Physiol. Behav. 19, 75–78. 

Wolton, R.J., 1983. The Activity of Free‐Ranging Wood Mice Apodemus sylvaticus. J. Anim. Ecol. 52, 781. doi:10.2307/4453 

Ylönen, H., Eccard, J.A., Jokinen, I., Sundell, J., 2006. Is the antipredatory response in behaviour reflected in stress measured faecal corticosteroids in a small rodent? Behav. Ecol. Sociobiol. 

Zhang,  L.‐N., Mitchell,  S.E.,  Hambly,  C., Morgan,  D.G.,  Clapham,  J.C.,  Speakman,  J.R.,  2012. Physiological and behavioral responses to intermittent starvation in C57BL/6J mice. Physiol. Behav. 105, 376–87. doi:10.1016/j.physbeh.2011.08.035 

Zhang, Y., Proenca, R., Maffei, M., Barone, M., Lori, L., Friedman, J.M., 1994. Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue. Nature 372, 425–432. 

Zhao,  Z.‐J.,  Cao,  J.,  2009.  Plasticity  in  energy  budget  and  behavior  in  Swiss mice  and  striped hamsters under stochastic food deprivation and refeeding. Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 154, 84–91. doi:10.1016/j.cbpa.2009.05.004 

 

 

Page 91: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 3 

Growth and Development 

 

   

Page 92: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

Page 93: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

73 

 

3. Effects of predation  risk and high  fat diet on body weight 

regulation of growing Wood mouse (Apodemus sylvaticus) 

 

3.1. Abstract 

Nutrition  in the early stages of  life can alter organ function and thereby affect the 

adult predisposal for disease, explaining  in part why obese children are commonly also 

obese  adults.  Obesity  can  be  explained  by  a  combination  of  both  genetic  and 

environmental  factors.  In  recent  years  models  incorporating  an  environmental 

component  have  gained  relevance,  compared  with  the  classic  lipostatic  set‐point 

approach. The risk of predation has been suggested as one of the factors explaining the 

common absence of obese  individuals among the populations of small mammals. Non‐

lethal effects of predation can induce phenotypic plasticity, allowing prey to cope with the 

risks of being predated due to  increased exposure during foraging, balance against the 

risk of starving due to the insufficient fat reserves. In this study, weaned wood mice were 

fed on high fat or control diet and submitted to high risk of predation (or not), simulated 

by the broadcasting of owl calls during the night period. We hypothesized that the risk of 

predation would play a role on the regulation of body weight by activating mechanisms 

that would include modulation of energy intake and expenditure. Furthermore, we tested 

the whether the risk of predation reduced the impact of exposure to fat enriched diets, 

by comparing the growth trajectories of animals on two feeding regimes, and different 

timings of exposure to the diet. Results showed that animals exposed to the predation 

treatment gained  less body mass, however variations  in  food  intake and RMR did not 

explain  the observed differences. Feeding on high  fat diet  resulted  in  individuals with 

Page 94: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

74 

 

higher body weight, females reached their adult size earlier than males, and were more 

responsive  to  the  predation  treatment,  revealing  stronger  mechanisms  of  energy 

homeostasis. This  suggested  that  in males  larger body  size may be  related with  social 

dominance  and  be  involved  in  their  reproductive  success.  Our  data  suggest  that 

predisposition  to  gain body  fat due  to  the exposure  to high  fat diet  in early  stage of 

growth, may  be  affected  by  the  age  of  the  initial  exposure,  partially  supporting  the 

expected weight increase due to early over‐nutrition. 

 

 

3.2. Introduction 

While obesity  is widely  recognised  to be a problem of energy  imbalance  (Hall et al 

2012) the causes of such imbalance are still unclear. A combination of both genetic and 

environmental factors have been used to explain its prevalence. In recent years models 

incorporating  environmental  components,  such  as  behaviour,  have  gained  relevance 

(Levitsky  2002;  Speakman  2007),  relative  to  the  classic  “lipostat”  set‐point  approach 

where  body  weight  regulation  was  presumed  to  be  dependent  only  on  individual 

physiological attributes (Kennedy 1953). The risk of predation has been suggested as one 

of the environmental factors influencing the regulation of body weight, explaining virtual 

absence  of  overweight  and  obese  animals  among  the  populations  of  small mammals 

(Speakman 2007). This is potentially because small mammals carrying large fat reserves 

are unable to run as fast evading predation or to hide from predators  in small burrows 

(Sundell & Norrdahl 2002). Moreover the time required for foraging for resources, and 

Page 95: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

75 

 

exposure to predators, is higher for fatter individuals, potentially further increasing their 

exposure to predators. 

It has been suggested that the risk of predation induces changes in behaviour, foraging 

activity (Jedrzejewski, Rychlich & Jedrzejewski 1993; Eilam 2005), morphology (Brönmark, 

Lakowitz & Hollander  2011)  and  physiological  reactions  (Slos &  Stoks  2008). Heikkila 

(1993) demonstrated that predation risk can influence the development and maturity of 

voles.  Until  sexual maturity,  energy  is mostly  allocated  to  growth  and  development, 

assuming  scenarios of  limited  resources, and demanding  survival effort. On  the other 

hand, over‐nutrition in early life represents an obesity risk factor, and can induce a series 

of  alterations  such  as  hyperinsulinaemia,  hyperphagia,  hyperleptinaemia  and 

hypertension (López et al. 2007; Martins et al. 2008; Rodrigues et al. 2009), that overall 

are  linked with  the  obesity  related  diseases.  Factors  acting  in  the  early  stages  of  life 

(Gluckman & Hanson 2004; Elahi et al. 2009), and personal history, are as risky for the 

development  of  adult metabolic  diseases,  as  adult  environment  and  life‐style, which 

explains in part why obese children are commonly obese adults (Serdula et al. 1993). 

In this study we investigated the role of long term exposure to predation risk combined 

with a high  fat diet, on  the regulation of post weaning body weight. The wood mouse 

Apodemus sylvaticus (Linnaeus, 1758) was chosen as model given that    it  is a common 

prey of several species of nocturnal raptors (Bontzorlos, Peris & Vlachos 2005), reptiles 

(Santos et al. 2007) and carnivores  (Lanszki, Zalewski & Horvath 2007).  In  this  species 

therefore coping with predation is an important fitness trait. 

Page 96: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

76 

 

We  hypothesized  that  predator  risk  plays  role  setting  the  limits  of  body weight  and 

regulating  the  diet  induced  obesity. Moreover,  we  expected  that  the  predation  risk 

treatment would  trigger  compensation mechanisms  to maintain  energy  homeostasis, 

through imbalance of energy intake and expenditure, that ultimately would be reflected 

in body weight. Additionally we investigated the effects of high fat nutrition introduced at 

different life stages, and whether risk of predation would compensate the effects of over‐

nutrition in early age, reversing the diet induced body weight increase. 

 

 

3.3. Methods 

All experimental procedures were conducted by an accredited expert  in  laboratory 

animal science by the Portuguese Veterinary Authority (1005/92, DGV‐Portugal, following 

FELASA  category  C  recommendations),  according  to  the  European  guidelines 

(86/609/EEC). 

 

Animal housing and Predation risk treatment 

Wood mice (Apodemus sylvaticus) were first generation descendants from wild parents 

caught in Portalegre – Portugal, in a cork oak forest. After birth, animals were kept with 

their parents and siblings until they were 20 days old. On day 20 after birth (weaning), 

each individual was separated from their mother and litter and placed in a clean individual 

cage (30x20 cm). Each cage was supplied with absorbent paper covering the floor, and 

Page 97: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

77 

 

acting as nesting material, and a small plastic box for enrichment. Animals were kept in 

rooms under controlled light (12L: 12D), and temperature conditions (20ºC). Throughout 

the  experimental  period,  food  and water were  provided  ad  libitum.  The  cages were 

cleaned every 3 days, bedding material was renewed, uneaten food on the hopper and 

cage floor was weighed and replaced by approximately 60g of the experimental diets. 

The predation risk treatment involved the broadcasting of playback calls from nocturnal 

raptors Barn Owl (Tyto alba) and Eurasian Eagle‐Owl (Bubo bubo) (European bird calls; 

Jean C. Roché, Kosmos Verlag, Stuttgart, Germany). The owl calls were broadcasted for 2 

minutes, every 2 hours, during  the night  time  (9 pm  to 7 am).   To avoid  litter effects, 

animals  from  the  same  litter were  allocated  to  a  different  combination  of  diet  and 

predatory risk (details below). Wood mice litters have typically 4‐6 pups (Zizkova & Frynta 

1996), allowing us to separate the animals evenly for the groups. 

 

Experiment 1 ‐ Long term effects of predation risk on diet induced obesity 

Thirty seven animals  (18  females and 19 males) were kept  in a silent room, and 37 

individuals  (19  females  and  18  males)  were  exposed  to  experimental  conditions  of 

predation risk simulation (details above). In each room, animals were fed on one of two 

diets: high fat (45% fat; 19.9 kJ/g ‐ D12451 ‐ Research Diets New Brunswick, NJ, USA) or 

low fat (3% fat; 12.1 kJ/g ‐ A04 ‐ Scientific Animal Food Engineering, France). Animals were 

weighed and food intake was determined based on uneaten food left in the feeder every 

3 days. Animals were monitored over 100 days, until  they were 120 days old. At  the 

Page 98: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

78 

 

experimental end‐point resting metabolic rate was measured by open flow respirometry 

(details below) and mice were subsequently killed and dissected. 

 

Experiment 2 – Effects of early nutrition vs diet induced obesity 

On  the weaning day  (day 20 since birth), 24 wood mouse were separated  into  two 

groups  (12 control + 12 predation risk)  fed on  low  fat diet  for 70 days. Animals  in  the 

control group were maintained in a silent room, and animals in the predation risk group 

were submitted to the predation risk treatment described above. After a 70 day period, 

animals were started on a high fat diet. Following the procedure described before, body 

mass, and food intake were measured for 30 days every 3 days until the study end‐point 

at day 100. At the end of the trial, resting metabolic rate was measured (as above), and 

the animals were then killed and dissected. 

 

Resting Metabolic Rate 

At the end of the 100 days period, resting metabolic rate of all the animals in the study 

was measured using open‐circuit respirometry device. Briefly, Oxygen consumption was 

measured, using an open‐flow respirometry system (Servomex, Xentra series 4100). Mice 

were placed in a perspex chamber of approximately 1 dm3. After placing the animal in the 

chamber,  dried  atmospheric  air  was  pumped  into  the  chamber  at  a  flow  rate  of 

500ml/min.  Ambient  temperature  was  set  at  29ºC,  within  thermoneutral  zone  for 

Apodemus  sylvaticus  (Haim, McDevitt & Speakman 1995). Each animal was monitored 

twice, during 2 hours for two consecutive days, during the light period when wood mice 

Page 99: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

79 

 

are less active, the average of these two measurements was used for following analysis. 

No  food or water was available  inside the chamber, and the animals were not starved 

before entering in the chamber.  Measurements of oxygen concentration in the excurrent 

airstream were recorded at 30s intervals, CO2 was not removed from the air pumped into 

the chamber to maximize the accuracy of the measures (Koteja 1996). Resting metabolic 

rate  was  estimated  as  the  average  value  of  the  five  lowest  consecutive  readings 

(equivalent to 2min30s in the chamber). VO2 was calculated after Depocas and Hart (1957) 

as VO2=V2 (F1O2–F2O2)/(1‐F1O2), where V2 is the flow rate measured after the metabolic 

chamber, and F1O2 and F2O2 are the oxygen concentrations before and after the metabolic 

chamber. All  the values were corrected  to standard  temperature and pressure  (STPD). 

Baseline values of atmospheric oxygen were corrected by a 30 minutes measurement 

prior to each run. 

  

Plasma assays 

After  the  respirometry  measurements  (102‐105  days  after  the  beginning  of  the 

experiment)  approximately  1ml  of  blood was  collected,  from  each mouse,  by  cardiac 

puncture  and  animals were  sacrificed  by  cervical  dislocation.  All  animals were  killed 

between 16h and 18h. Animals were dissected,  subcutaneous, and visceral  fat depots 

were removed and wet weight was recorded. To account the effect of feeding  into the 

circulating  levels  of  metabolites,  animals  were  starved  4  hours  prior  to  the  blood 

collection. After collection, blood was centrifuged at 10000 rpm for 10 minutes; plasma 

was collected and kept at ‐80ºC until processed. Plasma leptin levels were measured using 

Page 100: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

80 

 

ELISA based method with commercially available kits (Millipore Corporation, USA ‐ Mouse 

leptin kit).  

 

Statistical Analysis 

All the values are expressed as mean ± S.E. A mixed model was used to test the effects of 

sex, treatment and day of measurement on the body mass and energy intake. Individual 

ID was  included  in  the model, nested within group, as a  random  factor  to account  for 

repeated measures. When significant  this ANOVA procedure was  followed by pairwise 

comparisons to test between‐group differences for the different time points. Effects on 

RMR were tested using analysis of covariance (ANCOVA) considering treatment group as 

a fixed factor, and body mass as covariate (following recommendations in Tschöp et al. 

(2012)). To correct  for  the  influence of body  fatness  in  the plasma metabolites  levels, 

these were also tested using analysis of covariance, considering body fat as covariate. P 

level <0.05 was taken as significant for all the statistic tests. 

 

 

3.4. Results 

Experiment 1  

On the first day of the study, all the animals had approximately the same body mass 

11.5±0.16g (Figure 1).  

Page 101: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

81 

 

Figure 1 ‐ Body mass variation (Mean ± S.E.) across the study. A – Females; B‐ Males. 

The  variation  of  body  mass  was  mostly  explained  by  the  day  of  measurement 

(F34,282=299.509;  p<0.001),  by  the  effect  of  sex  (F1,282=57.354;  p<0.001),  and  by  the 

interaction of sex, day of measurement and treatment (F139,282=7.780; p<0.001). Females 

in  the  control  group  (no  fat  and  no  predation  risk)  increased  their  body  weight  to 

26.3±2.29g, representing a gain of 128% when feeding on low fat diet, and to 28.3±1.89g 

(gain of 145%) when feeding on high fat diet (no predation). In contrast the body weight 

achieved by females feeding on a  low fat diet but under predation risk was only 117% 

(25.0±1.31g) when feeding on low fat diet and 135% (27.5±1.53g) when feeding on high 

fat diet. Males in the control group feeding on low fat diet with no predation risk increased 

their body mass to 219% to 36.7±2.70g and to 37.9±3.37g (230%) when feeding on high 

fat diet. When submitted to the predation risk treatment, males feeding on low fat diet 

gained  198%  of  their  starting  body mass  (to  34.3±2.26g),  and  on  high  fat  diet  under 

predation risk increased their body mass to 36.1±2.50g (237%). 

The  significant  factors explaining  the differences  in  the energy  intake were  the day of 

measurement  (F32,266=19.190;  p<0.001),  sex  (F1,266=9.9904;  p=0.003),  treatment 

Page 102: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

82 

 

(F3,266=9.654;  p=0.003),  the  interaction  between  treatment  and  day  of measurement 

(F96,266=1.324;  p=0.02),  and  the  interaction  between  treatment,  sex  and  day  of 

measurement (F131,266=1.345; p=0.008). The energy intake was higher in animals feeding 

on high fat diet (Control: 194.0±9.3 kJ; Predation: 216.7±10.2 kJ) than animals feeding on 

low fat diet (Control: 158.3±6.4 kJ; Predation: 167.7± 6.4 kJ), accordingly animals on the 

predation  risk  treatment also  showed elevated energy  intake  compared with  controls 

(Figure 2). 

 

Figure. 2 – Energy intake (Mean ± S.E.) across the study. A – Females; B‐ Males. 

Analysis of  the  resting metabolic  rate did not  reveal any significant differences due  to 

treatment effect (F3,75=1.297; p=0.282), and the differences in RMR were mostly explained 

by the body mass (F1,75=1.122; p=0.016) (Figure.3). Body fat was included as covariate to 

test different differences in plasma leptin levels, and this was the main factor explaining 

the  variation of  the plasma  leptin  (F1,22= 42.619; p<0.001)  (Figure. 4). The differences 

between treatment groups were not statistically significant (F3,22=0.991; p=0.415). 

Page 103: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

83 

 

 

Figure 3 – Resting metabolic rate (ml.O2‐min‐1) against body mass of animals 

on feeding on low and high fat diet and on predation risk treatment. 

 

Figure 4 – Plasma leptin levels (ng/ml) against body fat of animals on low fat 

diet and high fat diet. 

Page 104: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

84 

 

Experiment 2 

The body mass variation after the introduction of the high fat diet was explained by sex 

(F1,90=69.665;  p<0.001),  day  of  measurement  (F10,90=32.972;  p<0.001),  interaction  of 

treatment group and day of measurement (F30,90= 3.410; p<0.001), and the interaction of 

day of measurement, sex and treatment (F43,90= 2.412; p<0.001). In females, the change 

of  treatment  had  no  influence  on  body mass  (F3,46=0.324:  p=0.808)  but  in males  the 

variation of  treatment across  time  significantly affected  their body mass  (F30,46=3.627; 

p>0.001). Males increased their body mass in response to the high fat diet, but females 

did not show a significant response (Figure 5). 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5 ‐ Variation of body mass during 30 days, of females (A) and males (B) 

introduced to high fat diet at weaning day and 70 days post‐weaning. 

Differences  in  the  energy  intake  were  mostly  due  to  the  day  of  measurement 

(F10,90=2.929;  p=0.001),  and  the  interaction  of  treatment  and  day  of  measurement 

(F30,90=1.505;p=0.045).  The  energy  intake  was  elevated  on  the  first  days  after  the 

introduction  of  the  high  fat  diet  and  individuals  on  the  predation  risk  treatment had 

Page 105: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

85 

 

elevated  energy  intake  when  introduced  to  high  fat  diet  (p=0.05),  on  controls  this 

alteration was not observed (p=0.40 (Figure 6). 

 

 

 

 

 

 

Figure 6  ‐ Variation of energetic  intake, during 30 days, of  females  (A) and 

males (B) introduced to high fat diet at weaning and 70 days post‐weaning. 

 

 

Figure 7 ‐ Resting metabolic rate (ml.O2‐min‐1) against body mass of animals 

feeding on high  fat diet since weaning and animals  feeding on high  fat diet 

since day 70. 

Page 106: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

86 

 

Feeding on high fat diet since weaning did not modify the resting metabolic rate (Figure 

7) when compared with animals started on this diet after 70 days (F3,56=1.887; p=0.142). 

The variation in RMR was not significantly related to variations in body mass (F1,56=1.470; 

p=0.230). 

Circulating levels of leptin (Figure 8) were mostly associated with the amount of body fat 

(F1,25=51.453;  p<0.001).  Variation  due  to  the  diet  and  predation  treatment  are  not 

statistically significant (F3,25=1.515; p=0.235). 

 

Figure 8 – Plasma leptin levels (ng/ml) against body fat of animals on high fat 

diet since weaning and started on the diet after 70 days. 

 

3.5. Discussion 

The wood mouse was used as a model, to study the combined effects of high fat diet 

and  predation  risk  on  the  determination  of  body weight,  starting  at weaning.  Some 

Page 107: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

87 

 

previous  studies  have  shown  that  over‐nutrition  in  early  life  increases  obesity 

susceptibility by reprogramming energy homeostasis (Rodrigues et al. 2009; Glavas et al. 

2010). Moreover the allocation of energy in the early stages of life is more variable than 

in adulthood and can be divided between growth and development of physical functions, 

for instance to improve reproductive performance, or skeletal growth. 

Sex biased growth 

Our data showed a reduced influence of the predation risk over the variation of body 

weight, compared with the effect of the high  fat diet.  It  is usually accepted that being 

small means being vulnerable (Arendt 1997), juveniles are commonly more vulnerable to 

predation  than  adults  (Meri  et  al.  2008)  given  that  they  lack  the  sensory  skills  and 

apparatus to identify the threat and escape. In this study the shape of the growth curve 

was  different  between  males  and  females,  independently  of  the  diet  or  predation 

treatment. Females reached their mature body size and virtually stop growing at day 30 

(40 days after birth). In contrast in males, the growth rate was continuous during the study 

span; such differences are also observed in rats (Slob & Van der Werff Ten Bosch 1975; 

Cortright & Koves 2000). 

These different growth patterns between males and females produce a clear sexual size 

dimorphism, with males ultimately  reaching higher body masses  than  females.  Sexual 

dimorphism has been reported in several rodent species (Lima, Bozinovic & Jaksic 1997; 

Scharff et al. 1999; Jackson & Aarde 2003), and has been associated and explained by the 

species mating  system  (Schulte‐Hostedde  2007). Our  data  suggests  that  in  the wood 

mouse the sexual dimorphism is established by males extending the time of post weaning 

Page 108: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

88 

 

growth, as described for Mastomys species (Jackson & Aarde 2003) and rats (Slob & Van 

der Werff Ten Bosch 1975). In some species, males are bigger from birth (Smith & Leigh 

1998), which is not the case of the wood mouse, or have faster growth rates compared 

with females (Clair 1998; Badyaev 2002). Our data appear consistent with the latter from 

6 days post‐weaning onwards. Wood mice adults size  is reached when their body mass 

rises  above  20g  (Fernandez,  Evansa & Dunstone  1996; Rosário & Mathias  2004).  The 

effects  of  treatment  and  diet  on  the  body weight  are more  notorious when  animals 

reached adult size (20g), possibly because during early stages of development individuals 

are characterized by  feeding drive and  insensitivity  to environmental cues, contrary  to 

later stages when homeostasis circuits are fully developed (Crespi & Unkefer 2014). 

Sex differences  in energy homeostasis and  fat  storage have been  reported  for  several 

species (Cortright & Koves 2000; Valle et al. 2005; Shi & Clegg 2009). Importantly females 

are generally considered more efficient in the use of resources than males, being able to 

activate mechanism  to save energy during periods of scarce resources availability. The 

energy allocation of males is directed towards reproductive success. In the wood mouse, 

males with higher body mass, were described to produce larger offsprings (Bartmann & 

Gerlach 2001). This association  is not reported for females suggesting that  in the wood 

mouse  the  same  sex‐biased  resource allocation may occur as described  for  the house 

mouse (Perrigo & Bronson 1985). In the house mouse, males allocate energy for traits that 

will benefit their social status and dominance,  improving  the chances of mating, while 

females have other motivations for the use of their resources. Such differences in energy 

allocation may explain why males apparently have limited body weight regulation: large 

size  improves  their  fitness,  contrarily  to  the  assumptions  of  the  predation  release 

Page 109: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

89 

 

hypothesis  (Speakman 2007). Analysis of  the  relationship between predation  risk  and 

body weight may require taking  into consideration  factors as the reproductive system, 

given that  in polygynous systems being big may be advantageous for males. Consistent 

with  these  arguments  females  on  the  predation  treatment  had  reduced  body weight 

compared with controls. 

 

Diet effects 

Contrary  to  the  report  by  Díaz  and  Alonso  (2003),  the  wood  mice  in  our  study 

responded positively to the high energetic content of the food by increasing their body 

weight and fat reserves, when compared with the animals fed on low fat diet. The high fat 

diet enhanced the response to the predation risk  in females, but not males. Sex biased 

energy allocation is expected in small mammals due to the higher investment of females 

in reproductive traits, such as lactation, more importantly females are considered more 

efficient in the use of resources than males. 

Unexpectedly, the body mass variation was not associated with a reduction on the food 

intake, moreover, compared with controls the energy intake was increased in almost all 

the  animals  under  predation  risk  treatment  (except  for  females  on  the  low  fat  diet). 

Enhanced  energy  consumption  of  the  animals  feeding  on  enriched  fat  diets may  be 

explained by a deficit in some essential aminoacids relative to other nutrients or minerals 

(Illius & Jessop 1996), though given the formulation of these diets, such deficit it is unlikely 

to occur.  Imbalanced diets may  take animals  to  increase  their  food  intake  in order  to 

obtain the same amount of nutrients. These differences often cause animals increase lipid 

Page 110: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

90 

 

synthesis  and  gain  weight  due  to  the  elevated  energy  input  (Kyriazakis,  Emmans  & 

Whittemore  2010).  Proteins  are  commonly  ignored  when  considering  gains  of  body 

weight,  however  Simpson  &  Raubenheimer  (2005)  suggested  that  the  appetite  for 

proteins may drive to excessive energy intake, explaining overweight. 

The energy balance equation  states  that energy  input equals energy expenditure plus 

storage. Accordingly, we looked into other energy expenditure components such as the 

resting metabolic rate, as a candidate to explain the elevated energetic consumption at 

the  same  time as a  stable body mass. RMR  represents about 37% of  the  total energy 

expenditure of the wood mouse (Corp 1994), however we did not find variations in the 

oxygen consumption. 

In  tadpoles of  the Rana  temporaria oxygen  consumption  increased during  short  term 

exposure to predation risk but declined after long term exposure (Steiner & Buskirk 2009). 

Data on rats (Huppertz‐kessler et al. 2011) shows that post natal stress induces changes 

in  brain  tissue  and  a  reduction  in  body weight. However,  the  referred  study  stresses 

animals by a combining handling, cold and noise, as it is not possible to isolate the effect 

of each stress factor, the accurate interpretation of the results may be compromised. The 

short  term  exposure  to  predatory  cues  led  to  changes  in  heart  and metabolic  rates 

(Hawkins, Armstrong & Magurran 2004; Steiner & Buskirk 2009). Our long term exposure 

protocol showed that the predatory risk did not affect the resting metabolic rate of the 

animals, however  immediate effects after the exposure to the sound treatment cannot 

be  excluded. Moreover,  given  the  inconclusive  observations,  other  candidate  factors 

among both physiological and behavioural causes should be evaluated in future. 

Page 111: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

91 

 

 

Early nutrition 

The  influence of high fat nutrition  in early  life stages  is taken as a risk factor for the 

development of obesity, leptin resistance and associated diseases (Bowman et al. 2004; 

Kahn, Hull & Utzschneider 2006; Van Gaal, Mertens & De Block 2006). The introduction of 

high fat diet to males fed on low fat diet since weaning increased the gain of body mass, 

reaching a new level similar to males that were fed the high fat diet since weaning. For 

females,  the  introduction  of  high  fat  diet  did  not  trigger  a  gain  in  body mass, which 

supports  the previous  statement  that  females  reach  their adult body  size earlier  than 

males. It also suggests that the body weight regulation mechanism of females was more 

able to respond to the potential increase in energy intake by the high fat diet. 

Several studies have focussed on the influence of high fat diet consumption by mothers, 

during pregnancy and lactation, on the energy homeostasis and obesity predisposition of 

their offspring when adult (e.g. Srinivasan et al. 2006; Bayol, Farrington & Stickland 2007; 

Tsuduki et al. 2013). However, the effects of post weaning nutrition are poorly studied. 

We address this question by introducing high fat diets to pups at different stages of their 

development: immediately after weaning or 70 days post‐weaning. Our results suggested 

that at  these stages  the high  fat diet does not  influence  the overall predisposition  for 

weight gain, which was contrary to the expectation. Overall, the exposure to high fat diet 

resulted  in  considerably more weight  gain  compared with  the  chow  fed  animals,  and 

therefore in significant body weight differences due to the diet effect. Early exposure to 

over‐nutrition  is  likely to  induce  leptin resistance (Glavas et al. 2010) and consequence 

susceptibility to develop obesity in adulthood. The timing of the exposure to the fat diet 

Page 112: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

92 

 

may explain such influence. Some studies have demonstrated that maternal exposure to 

high fat diet may cause alterations  in the cognitive and behavioural dysfunctions  in the 

offspring  (Niculescu & Lupu 2009; Peleg‐Raibstein, Luca & Wolfrum 2012; Mendes‐da‐

Silva  et  al.  2014).  In  particular  Niculescu  (2009)  reported  effects  on  hypothalamus 

development, which is an important brain structure associated with energy homeostasis 

(Schwartz  et  al.  2000).  During  gestation,  and  after  birth  the  neuronal  networks 

responsible for the body weight regulation are still incomplete, the Neuropeptide Y and 

Proopiomelanocortin  expression  are  highly  susceptible  to  environmental  conditions, 

which may  induce an  incorrect programming of  regulation  complex  (Plagemann et al. 

1999;  Plagemann  2006).  Our  study  focussed  on  post  weaning,  at  this  stage  the 

hypothalamus  is  less  vulnerable,  and  it  is  also  during  this  period  that  leptin  enrols  a 

function on energy expenditure (Mistry, Swick & Romsos 1999), given that earlier, leptin 

is unable to inhibit food intake and consumed energy is mostly allocated to growth and 

development  (Ahima & Hileman 2000). Nevertheless, high  fat diet  is  likely  to  supress 

neurogenesis of  “energy‐balance neurons”  (Mcnay  et al.  2012),  leading  to premature 

aging  of  the  homeostasis  system  compromising  its  further  function.  However,  these 

differences are apparently sex‐specific (Lee et al. 2014), explaining why females were able 

to maintain their energy balance when exposed to high fat diet 70 days after weaning.  

 

3.6. Conclusion 

Our data supports the hypothesis that the predation risk is involved in the regulation 

of body weight and setting of its upper limits. However, we were unable to identify the 

mechanism responsible for  increased energy expenditure and consequent reduction of 

Page 113: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

93 

 

body weight. We also suggest that other factors are likely to influence the limits of body 

weight,  such  as  the  species  social  system,  which  implicates  being  highly  species‐

dependent. 

Moreover,  in  the  light of  the predation  risk hypothesis  large body  size  constrains  the 

species survival, however being big may provide social and reproductive advantages that 

overall benefits fitness. Therefore, the positive  impact of the high body weight may go 

beyond the survival during starvation periods but also with increase the individual fitness 

by improving the social status and dominance.  

 

 

3.7. References 

Ahima, R.S. & Hileman, S.M. (2000) Postnatal regulation of hypothalamic neuropeptide expression by leptin: implications for energy balance and body weight regulation. Regulatory Peptides, 92, 1–7. 

Arendt, J.D. (1997) Adaptive intrinsic growth rates: an integration across taxa. The quarterly review of biology, 72. 

Badyaev, A. V. (2002) Growing apart: an ontogenetic perspective on the evolution of sexual size dimorphism. Trends in Ecology & Evolution, 17, 369–378. 

Bartmann, S. & Gerlach, G. (2001) Multiple Paternity and Similar Variance in Reproductive Success of Male and Female Wood Mice (Apodemus sylvaticus) Housed  in an Enclosure. Ethology, 107, 889–899. 

Bayol, S.A., Farrington, S.J. & Stickland, N.C. (2007) A maternal “junk food” diet in pregnancy and lactation promotes an exacerbated taste for “junk food” and a greater propensity for obesity in rat offspring. The British journal of nutrition, 98, 843–51. 

Bontzorlos,  V.A.,  Peris,  S.J.  &  Vlachos,  C.G.  (2005)  The  diet  of  barn  owl  in  the  agricultural landscapes of central Greece. Folia Zool., 54, 99–110. 

Page 114: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

94 

 

Bowman, S.A., Gortmaker, S.L., Ebbeling, C.B., Pereira, M.A. & Ludwig, D.S. (2004) Effects of Fast‐Food consumption on energy intake and diet quality among children in a national household survey. Pediatrics, 113, 112–118. 

Brönmark, C., Lakowitz, T. & Hollander, J. (2011) Predator‐induced morphological plasticity across local populations of a freshwater snail. (ed B Fenton). PloS one, 6, e21773. 

Clair, R.C. St. (1998) Patterns of growth and sexual size dimorphism in two species of box turtles with environmental sex determination. Oecologia, 115, 501–507. 

Corp,  N.  (1994)  Ecological  Energetics  of  Male Wood  Mice  Apodemus  Sylvaticus  (L.)  in  Two Contrasting Habitats. PhD Thesis. University of Aberdeen. 

Cortright,  R.N.  &  Koves,  T.R.  (2000)  Sex  differences  in  substrate  metabolism  and  energy homeostasis. Canadian Journal of Appl. Physiol., 25, 288–311. 

Crespi, E.J. & Unkefer, M.K.  (2014) Development of  food  intake  controls: neuroendocrine and environmental regulation of food intake during early life. Hormones and behavior, 66, 74–85. 

Depocas, F. & Hart, J.S. (1957) Use of the Paulling Oxygen Analyzer for Mesurement of Oxygen Consumption  of  Animals  in  Open‐circuit  Systems  and  in  a  Short‐Lag,  Closed  Circuit Apparatus. Journal of Applied Physiology, 10, 388–392. 

Díaz, M. & Alonso, C.L.  (2003) Wood mouse Apodemus sylvaticus winter  food supply: density, condition, breeding, and parasites. Ecology, 84, 2680–2691. 

Eilam, D. (2005) Die hard: a blend of freezing and fleeing as a dynamic defense‐implications for the control of defensive behavior. Neuroscience and biobehavioral reviews, 29, 1181–91. 

Elahi, M.M., Cagampang, F.R., Mukhtar, D., Anthony, F.W., Ohri, S.K. & Hanson, M.A. (2009) Long‐term maternal high‐fat feeding from weaning through pregnancy and lactation predisposes offspring  to  hypertension,  raised  plasma  lipids  and  fatty  liver  in mice. British  Journal  of Nutrition, 102, 514–519. 

Fernandez, F.A.S., Evansa, P.R. & Dunstone, N. (1996) Population dynamics of the wood mouse Apodemus sylvaticus (Rodentia: Muridae) in a Sitka spruce successional mosaic. Journal of Zoology, 239, 717–730. 

Van Gaal, L.F., Mertens, I.L. & De Block, C.E. (2006) Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature, 444, 875–80. 

Glavas, M.M., Kirigiti, M. A, Xiao, X.Q., Enriori, P.J., Fisher, S.K., Evans, A.E., Grayson, B.E., Cowley, M. a, Smith, M.S. & Grove, K.L. (2010) Early overnutrition results in early‐onset arcuate leptin resistance and increased sensitivity to high‐fat diet. Endocrinology, 151, 1598–610. 

Gluckman, P.D. & Hanson, M.A. (2004) Living with the Past: Evolution, Development, and Patterns of disease. Science, 305, 1733–1736. 

Page 115: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

95 

 

Haim, A., McDevitt, R.M. & Speakman, J.R. (1995) Thermoregulatory responses to manipulations of photoperiod  in wood mice Apodemus sylvaticus  from high  latitudes  (57°N).  Journal of Thermal Biology, 20, 437–443. 

Hawkins, L.A., Armstrong, J.D. & Magurran, A.E. (2004) Predator‐induced hyperventilation in wild and hatchery Atlantic salmon fry. Journal of Fish Biology, 65, 88–100. 

Heikkila, J., Kaarsalo, K., Mustonen, O. & Pekkarinem, P. (1993) Influence of predation risk on early development and maturation in three species of Clethrionomys voles. Ann. Zool. Fennici, 30, 152–161. 

Huppertz‐kessler, C.J., Poeschl, J., Hertel, R., Unsicker, K. & Schenkel, J. (2011) Effects of a new postnatal  stress  model  on  monoaminergic  neurotransmitters  in  rat  brains.  Brain  and Development, 34, 274–9. 

Illius, A.W. & Jessop, N.S. (1996) Metabolic constraints on voluntary intake in ruminants. Journal of Animal Science, 74, 3052–3062. 

Jackson, T.P. & Aarde, R.J. Van. (2003) Sex‐ and species‐specofic growth patterns in cryptic African rodents, Mastomys natalensis and M. coucha. Journal of Mammalogy, 84, 851–860. 

Jedrzejewski, W., Rychlich, L. & Jedrzejewski, B. (1993) Responses of bank voles to odours of seven species of predators experimental. Oikos, 68, 251–157. 

Kahn, S.E., Hull, R.L. & Utzschneider, K.M. (2006) Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature, 444, 840–6. 

Kennedy, G.C. (1953) The Role of Depot Fat in the Hypothalamic Control of Food Intake in the Rat The role of depot fat in the hypothalamic control of food intake in the rat. Proc R Soc Lond B, 140, 578–592. 

Koteja, P. (1996) Measuring energy metabolism with open‐flow metric systems: which design to choose? Functional Ecology, 10, 675–677. 

Kyriazakis,  I., Emmans, G.C. & Whittemore, C.T.  (2010) Diet selection  in pigs: choices made by growing pigs given foods of different protein concentrations. Animal Production, 51, 189–199. 

Lanszki, J., Zalewski, A. & Horvath, G. (2007) Comparison of red fox Vulpes vulpes and pine marten Martes martes food habits in a deciduous forest in Hungary. Wildlife Research, 13, 258–271. 

Lee, D.A., Yoo, S., Pak, T., Salvatierra, J., Velarde, E., Aja, S. & Blackshaw, S. (2014) Dietary and sex‐specific  factors  regulate  hypothalamic  neurogenesis  in  young  adult  mice.  Frontiers  in Neuroscience, 8, 1–11. 

Levitsky, D.A.  (2002) Putting behavior back  into  feeding behavior: a  tribute  to George Collier. Appetite, 38, 143–8. 

Page 116: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

96 

 

Lima, M., Bozinovic, F. &  Jaksic, F.M.  (1997) Body mass dynamics and growth patterns of  leaf‐eared mice Phyllotis darwini in a semi‐arid region of the Neotropics. Acta Theriologica, 42, 15–24. 

López, M.,  Tovar,  S.,  Vázquez, M.J., Nogueiras,  R.,  Seoane,  L.M., García, M.,  Señarís,  R.M. & Diéguez, C. (2007) Perinatal overfeeding in rats results in increased levels of plasma leptin but unchanged cerebrospinal leptin in adulthood. International journal of obesity, 31, 371–7. 

Martins, M.R., Vieira, A.K.G., de Souza, E.P.G. & Moura, A.S.  (2008) Early overnutrition  impairs insulin signaling in the heart of adult Swiss mice. The Journal of endocrinology, 198, 591–8. 

Mcnay, D.E.G., Briançon, N., Kokoeva, M. V, Maratos‐flier, E. & Flier, J.S. (2012) Remodeling of the arcuate  nucleus  energy‐  balance  circuit  is  inhibited  in  obese  mice.  Journal  of  Clinical Investigation, 122, 142–152. 

Mendes‐da‐Silva, C., Giriko, C.Á., Mennitti,  L.V., Hosoume,  L.F.,  Souto, T.D.S. &  Silva, A.V. Da. (2014)  Maternal  high‐fat  diet  during  pregnancy  or  lactation  changes  the  somatic  and neurological development of the offspring. Arquivos de neuro‐psiquiatria, 72, 136–44. 

Meri, T., Halonen, M., Mappes, T. & Suhonen, J. (2008) Younger bank voles are more vulnerable to avian predation. Canadian Journal of Zoology, 86, 1074–1078. 

Mistry, A.M., Swick, A. & Romsos, D.R. (1999) Leptin alters metabolic rates before acquisition of its anorectic effect in developing neonatal mice. The American physiological society, 46, 742–747. 

Niculescu, M.D. & Lupu, D.S. (2009) High fat diet‐induced maternal obesity alters feal hippocampal development. Int J Neurosci, 27, 627–633. 

Peleg‐Raibstein,  D.,  Luca,  E.  & Wolfrum,  C.  (2012) Maternal  high‐fat  diet  in mice  programs emotional behavior in adulthood. Behavioural brain research, 233, 398–404. 

Perrigo, G. & Bronson, F.H.  (1985) Sex differences  in  the energy allocation strategies of house mice. Behavioral Ecology and Sociobiology, 17, 297–302. 

Plagemann, A. (2006) Perinatal nutrition and hormone‐dependent programming of food intake. Hormone research, 65 Suppl 3, 83–9. 

Plagemann, A., Harder, T., Rake, A., Voits, M., Fink, H., Rohde, W. & Dörner, G. (1999) Perinatal elevation  of  hypothalamic  insulin,  acquired  malformation  of  hypothalamic  galaninergic neurons,  and  syndrome  X‐like  alterations  in  adulthood of neonatally overfed  rats. Brain Research, 836, 146–155. 

Rodrigues, A.L., de Moura, E.G., Passos, M.C.F., Dutra, S.C.P. & Lisboa, P.C. (2009) Postnatal early overnutrition  changes  the  leptin  signalling pathway  in  the hypothalamic‐pituitary‐thyroid axis of young and adult rats. The Journal of physiology, 587, 2647–61. 

Rosário, I.T. & Mathias, M.L. (2004) Annual weight variation and reproductive cycle of the wood mouse (Apodemus sylvaticus) in a Mediterranean environment. Mammalia, 68, 133–140. 

Page 117: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

 

97 

 

Santos, X., Llorente, G.A., Pleguezuelos, J.M., Brito, J.C., Fahd, S. & Parellada, X. (2007) Variation in the diet of the Lataste’s viper Vipera latastei in the Iberian Peninsula: seasonal, sexual and size‐related effects. Animal Biology, 57, 49–61. 

Scharff, A., Begall, S., Grütjen, O. & Burda, H. (1999) Reproductive characteristics and growth of Zambian  giant mole‐rats,  Cryptomys mechowi  (Rodentia:  Bathyergidae). Mammalia,  63, 217‐230. 

Schulte‐Hostedde, A.I. (2007) Sexual Size Dimorphism in Rodents. Rodent societies: an ecological & evolutionary perspective (eds J.O. Wolff & P.W. Sherman), pp. 115–128. The University of Chicago Press, Chicago. 

Schwartz, M.W., Woods, S.C., Jr, D.P., Seeley, R.J. & Baskin, D.G. (2000) Central nervous system control of food intake. Nature, 404, 661–671. 

Serdula, M.K., Ivery, D., Coates, R.J., Freedman, D.S., Williamson, D.F. & Byers, T. (1993) Do obese children become obese adults? A review of the literature. Preventive Medicine, 22, 167–177. 

Shi, H. & Clegg, D.J. (2009) Sex differences in the regulation of body weight. Physiology & behavior, 97, 199–204. 

Simpson,  S.J.  &  Raubenheimer,  D.  (2005)  Obesity:  The  protein  leverage  hypothesis.  Obesity Reviews, 6, 133–142. 

Slob, A.K. &  Van  der Werff  Ten  Bosch,  J.J.  (1975)  Sex  differences  in  body  growth  in  the  rat. Physiology & behavior, 14, 353–361. 

Slos, S. & Stoks, R. (2008) Predation risk induces stress proteins and reduces antioxidant defense. Functional Ecology, 22, 637– 642. 

Smith, R.J. &  Leigh, S.R.  (1998) Sexual dimorphism  in primate neonatal body mass.  Journal of human evolution, 34, 173–201. 

Speakman, J.R. (2007) A Nonadaptive Scenario Explaining the Genetic Predisposition to Obesity: The “Predation Release” Hypothesis. Cell Metabolism, 6, 5–12. 

Srinivasan, M., Katewa, S.D., Palaniyappan, A., Pandya, J.D. & Patel, M.S. (2006) Maternal high‐fat diet consumption results  in fetal malprogramming predisposing to the onset of metabolic syndrome‐like phenotype in adulthood. American journal of physiology. Endocrinology and metabolism, 291, E792–E799. 

Steiner, U.K. & Buskirk, J. Van. (2009) Predator‐Induced Changes  in Metabolism Cannot Explain the Growth/Predation Risk Tradeoff. Plos One, 4, 2–5. 

Sundell, J. & Norrdahl, K. (2002) Body size‐dependent refuges in voles: an alternative explanation of the Chitty effect. Ann. Zool. Fennici, 39, 325–333. 

Tschöp, M.H., Speakman, J.R., Arch, J.R.S., Auwerx, J., Brüning, J.C., Chan, L., Eckel, R.H., Farese, R. V, Galgani, J.E., Hambly, C., Herman, M.A., Horvath, T.L., Kahn, B.B., Kozma, S.C., Maratos‐Flier, E., Müller, T.D., Münzberg, H., Pfluger, P.T., Plum,  L., Reitman, M.L., Rahmouni, K., 

Page 118: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 3 – Growth and Development 

98 

 

Shulman, G.I., Thomas, G., Kahn, C.R. & Ravussin, E.  (2012) A guide  to analysis of mouse energy metabolism. Nature Methods, 9, 57–63. 

Tsuduki, T., Kitano, Y., Honma, T., Kijima, R. &  Ikeda,  I.  (2013) High Dietary  Fat  Intake during Lactation Promotes Development of Diet‐Induced Obesity in Male Offspring of Mice. J Nutr Sci Vitaminol, 59, 384–392. 

Valle, A., Català‐Niell, A., Colom, B., García‐Palmer, F.J., Oliver,  J. & Roca, P. (2005) Sex‐related differences  in  energy  balance  in  response  to  caloric  restriction.  American  journal  of physiology. Endocrinology and metabolism, 289, E15–22. 

Zizkova, M. &  Frynta, D.  (1996) Reproduction  in Apodemus  sylvaticus  (Rodentia: Muridae)  in captivity. Acta Soc. Zool. Bohem, 60, 83–93. 

 

   

Page 119: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 4 

Physical Activity and Behaviour 

 

 

 

 

 

 

Monarca,  R.I.,  Mathias,  M.L.,  Wang.  D.H.  &  Speakman,  J.R.  (2015)  Predation  risk 

modulates diet induced obesity in male C57BL/6 mice. Obesity.(in press) 

Page 120: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

Page 121: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

101 

 

4. Predation risk modulates diet induced obesity in male C57BL/6 

mice 

 

4.1.  Abstract 

Objective: In this study we aimed to examine the behavioural and physiological changes 

induced by experimentally varying the risk of predation,  in male mice fed on a high fat 

diet. In particular, we aimed to assess if the risk of being predated modulates the body 

weight gain, providing an ecological context for the obesity resistance observed in many 

species of small mammals. 

Methods: Body weight, food  intake, physical activity and core body temperature of 35 

male C57BL/6 mice were monitored for twenty days, whilst feeding on high fat diet. A 

third of the animals were exposed to elevated risk of predation through exposure to the 

sounds of nocturnal predatory birds and these were compared to animals exposed to a 

neutral noise or silence.  

Results: Male mice exposed to predation risk had significantly lower weight gain than the 

neutral or silent groups.  Reduced of food intake and increased physical activity were the 

main proximal factors explaining this effect. The risk of predation also induced changes in 

boldness. 

Conclusions: Our study provides evidence supporting the role of predation risk on body 

weight gain of small mammals. 

Page 122: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

102 

 

4.2. Introduction 

Obesity has been explained as an imbalance between energy intake and expenditure, 

influenced by a complex interplay of genetic, social and environmental factors (Prentice 

2001; Song, Lee & Sung 2014). Observations on many wild small mammal species have 

suggested that contrary to humans, they have a strong regulation mechanism that allows 

them to avoid the risk of becoming obese (El‐bakry, Plunkett & Bartness 1999; Peacock & 

Speakman 2001). One explanation for this strong regulatory system is that body weight 

fluctuates according to a dual  intervention point mechanism (Levitsky 2002; Speakman 

2007; Speakman et al. 2011). The dual point intervention model suggests that there are 

upper  and  lower  limit  points  of  regulation  (Levitsky  2002;  Speakman  2007,  2014). 

Between these points mass may vary freely but when the intervention point is reached 

animals enable physiological mechanisms to avoid further weight gain or weight loss. This 

allows them to maintain their body weight within a limited range. The risk of predation 

has been suggested as a factor setting the upper limit point of intervention, given that an 

animal carrying large fat reserves may have an elevated risk of being predated (Sundell & 

Norrdahl  2002).  In  contrast,  the  risk  of  starvation  and  the  impact  on  reproduction 

(Tataranni  et  al.  1997),  due  to  insufficient  energy  reserves,  have  been  proposed  as 

regulators of  the  lower  limit point of  intervention. One hypothesis  for  the diversity  in 

human adiposity  in modern societies  is that the virtual absence of predation risk  for 2 

million years has led to genetic drift in the genes that control the upper intervention point 

(Speakman 2007). 

Inbred C57BL/6 mice are sensitive to diet  induced obesity when fed a high fat diet and 

have been a popular model for the study of obesity (Zhang et al. 2012b; Yang et al. 2014). 

Page 123: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

103 

 

In this study, we aimed to evaluate whether experimentally altering the risk of predation 

modulates weight gain of C57BL/6 mice, induced by feeding on high fat diet. Second, we 

investigated the behavioural and physiological adjustments in response to the exposure 

to elevated risk of predation, that might underpin this effect, through monitoring multiple 

parameters including the food intake, physical activity, body temperature and assessing 

behavioural changes by observing their exploratory behaviour and boldness. 

 

4.3. Methods 

Animals and predation treatment 

Thirty five male mice C57BL/6 were purchased from a commercial supplier (Vital River 

Ltd, Beijing, China), aged 10‐12 weeks old and  individually housed  in  standard mouse 

cages (30 ×15 ×20 cm). Wood shavings and shredded paper were provided for bedding 

and environmental enrichment. Light conditions in the housing room were set as 12L: 12D 

(lights on at 7am). Animals had free access to food and water for the whole experimental 

period. First, mice were maintained on a 10% kcal/fat diet  (D12450B  ‐ Research Diets, 

New Brunswick, USA), for transmitter implantation and recovery period (details below), 

lasting a total of two weeks. After this period mice were started on high  fat diet, 45% 

kcal/fat diet (D12451 ‐ Research Diets, New Brunswick, USA), and randomly assigned into 

one of three groups: control, predation and neutral (respectively 13, 9 and 13 individuals 

per group). Body weight and  food  intake were monitored on a daily basis,  for all  the 

animals, between 6 and 7 p.m. Each group was monitored for 20 days; the differential 

treatments started on the 8th day. Animals in the predation group were submitted to a 

Page 124: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

104 

 

treatment  simulating  the  presence  of  predators  near  the  cages,  and  risk  of  being 

predated. The treatment consisted of a 2 minute playback of owl calls (Tyto alba and Bubo 

bubo) accessed  from commercially available compilations of bird songs  (European bird 

calls; Jean C. Roché, Kosmos Verlag, Germany), broadcasted every 2 hours, for a total of 6 

events per night,  starting 1 hour after  lights  switched off. The neutral  treatment was 

composed of playback of the recorded sound of a human voice reading a scientific paper 

(Neel,  1962  ‐  Diabetes  Mellitus:  A  "Thrifty"  Genotype  Rendered  Detrimental  by 

"Progress"?) in English, monotonically during 2 minutes, played every 2 hours, in a total 

of 6 events per night. This neutral treatment exposed animals to a sound that did not 

represent a threat of predation. All the sounds were played using a computer connected 

to audio speakers. Speakers were placed 2 meters way from the cages, and sound volume 

was regulated by human ear to guarantee that it was heard by the animals. Animals in the 

control group were kept in a silent room for the entire period of the experiment.  

 

Physical activity and core body temperature 

Two weeks before the experiment a sub‐set of animals were implanted with telemetry 

transmitters  to monitor  body  temperature  and  physical  activity  (Model  PDT‐4000  E‐

Mitter, Mini‐Mitter,  Bend,  OR,  USA).  The  transmitter  was  inserted  intraperitoneally. 

Animals were anesthetized with a mixed flow of  Isoflurane and Oxygen, allowing us to 

make a small incision of approx. 1 cm in both the ventral skin and peritoneal wall. After 

the  insertion of the transmitter, the two  layers were sutured  independently.   The total 

surgical procedure  took 15‐20 minutes, per mouse. After  the surgical procedure, mice 

Page 125: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

105 

 

were given a recovery period of one week. Receiver pads (ER‐4000 Receiver, Mini‐Mitter, 

Bend, USA) were  installed below  the mouse cages, receiving  the  information  from  the 

transmitters, data were them collected by a windows based software (VitalView™: Mini‐

Mitter, Bend, USA), at 15 seconds intervals. Due to the limited number of receiver pads 

available, the number of monitored mice for these parameters was 7 per group. 

 

Corticosterone levels 

Corticosterone levels have been previously implicated as a mechanism linking elevated 

predation  risk  to  food  intake  and  weight  regulation  in  rodents  (Eilam  et  al.  1999). 

Corticosterone was measured on the last day of the experiment, after 12 days exposed to 

the predation risk treatment. Given that faecal concentration of corticosterone peaks 6 – 

12 hours after a stressful event (Ylönen et al. 2006), each animal was placed  in a clean 

cage,  between  10am  and  3pm,  and  fresh  faeces were  collected  and  stored  in  100% 

ethanol at ‐30ºC, until being processed. Hormone extraction was performed following a 

modified method of Goymann (1999). Briefly, ~0.05g of faeces (Sartorius) were added to 

1ml  of  80% methanol,  and  pulverized  using  a  small  pallet  knife.  The  blend was  then 

vortexed for one hour at 500 rpm, followed by 20 minutes of centrifugation at 2500g. The 

supernatant was  then  transferred  to another  tube and diluted with a buffer  solution. 

Corticosterone levels were measured using Enzyme Immunoassay (EIA) commercial kits 

(Cayman Chemical Item no. 500655). 

 

Page 126: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

106 

 

Behaviour analysis 

Dominant behaviours 

Animals were randomly video recorded over the 12 days experimental period. Each 

mouse was monitored for a total period of 10 hours, starting 2 hours before dark phase, 

cameras were set at 5pm, and left for 10 hours. Dark phase recording were made using 

infrared night vision mode from the video cameras (JVC, GZ‐MG20). Within each recording 

the  animals were  observed  for  5  random  periods  of  10 minutes,  and  their  dominant 

behaviours were listed. 

Dominant behaviours were classified into four categories: grooming, feeding, resting and 

general  activity,  according  with  the  ethogram  previously  described  for  this  species 

(Speakman & Rossi 1999). General activity  included walking, climbing  the cage and all 

general movements; Feeding included eating the pellets provided, occasional coprophagy 

and drinking. Resting behaviour was considered when the animal was sleeping or sitting 

not moving  in the cage or grooming. Grooming was registered when the animals were 

seen licking the fur or tail, scratching with any limb and not moving in the cage. Time spent 

on  each  behaviour  was  registered  with  ETHOWATCHER®  software  using  Real‐time 

ethography mode (Crispim Junior et al. 2012). 

Exploration and Boldness 

Individual reaction towards a novel situation, e.g. new and unknown environment, is 

commonly used as an index of animals general behaviour and to unravel fitness related 

traits (Walsh & Cummins 1976; Réale et al. 2007).  The open field test was used to assess 

these behavioural components. Trials were conducted after 12 days on the treatment. 

Page 127: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

107 

 

The tests were performed after “dusk” during the normal circadian active period, between 

8pm and 12pm. The dimensions of the open field arena were 50×50x40 cm, constructed 

with plastic covered plywood. A video camera was positioned above the apparatus, to 

record the behaviour of the animals using infrared sensitive night mode; the testing room 

was illuminated by a red bulb. For the test, each animal was placed in the same corner of 

the arena, using a plastic jar to transport each mouse for the home cage to the arena to 

minimise handling. Each mouse was  allowed  to explore  the  apparatus  freely  for  a 10 

minutes trial period. During the tests the experimenter was not  in the room. Between 

trials, the apparatus was cleaned using 70% ethanol. Each animal was tested once. 

The videos were analysed using ETHOWATCHER® in activity analysis mode (Crispim Junior 

et al. 2012), and the following aspects were extracted: Total distance travelled; % of time 

resting; % of time in the central area of arena (625 cm2, 12.5 cm away from the walls). 

 

Statistics 

All the data were expressed as means ± S.E. General Linear Modelling with repeated 

measures was used to test the body weight variation and food intake across the days of 

the  study,  including  treatment  as  a  fixed  factor,  and  body‐weight  as  covariate when 

testing  food  intake  variation.  The  effect  of  treatment  on  concentrations  of    faecal 

corticosterone were analysed using One‐way analysis of variance (ANOVA), followed by 

post hoc Tukey test, setting treatment group as a fixed factor. Physical activity and core 

body temperature data were averaged for each hour, and analysed during the baseline 

and treatment periods, for variation over the 24h period and daily across the study. GLM 

Page 128: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

108 

 

modelling with repeated measures procedure was used, considering repeated measures 

accordingly  along  24  hours  or  days  of  study,  setting  treatment  group  as  fixed  factor, 

followed by post hoc Tukey test. 

Dominant behaviours were analysed through multivariate GLM model followed by Tukey 

post  hoc  tests.  Open‐field  data  were  analysed  through  GLM  model,  including  total 

distance travelled, % of time resting and % of  time  in the central area of the arena as 

variables and treatment group as factor. This procedure was followed by post‐hoc Tukey 

tests to examine the differences between treatment groups. All data were analysed using 

SPSS 22.0 for Windows. Statistical significance was set at p = 0.05. 

 

4.4. Results 

To analyse the effects of predation risk on the body weight, mice were first fed with 

high fat diet for 8 days. During this baseline period, body weight  increased  in all three 

groups (day effect: F7,224= 72.656; p<0.001) but did not differ significantly between the 

groups (F2,32= 0.423; p<0.653). After starting the predation risk treatments the variation 

in body weight was also mostly affected by  the day of measurement  (F12,384=100.403; 

p<0.001), but there was also a significant effect of the treatment (F1,32= 5.194; p=0.011) 

and the interaction between treatment and day of measurement (F24,384=3.800; p<0.001). 

Over the 12 days of sound treatment, animals in both control group and neutral groups 

increased their body weight by 10% (Tukey: p=0.902), consistent with the baseline rate of 

increase. However, animals under the predation treatment increased their body weight 

by only 4% (Tukey: predation vs control p=0.013; predation vs neutral p=0.032) (Figure 1). 

Page 129: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

109 

 

 

Figure  1  –  Body  weight  variation  (%)  (Mean±S.E)  in  male  C57BL/6  mice 

throughout the baseline and predation treatment days. 

The  analysis  of  food  intake  (Figure  2)  revealed  that  during  the  baseline  period  the 

variation  in  food  intake  was  mostly  correlated  with  variations  in  the  body  weight 

(F1,30=15.479; p<0.001). Day of measurement (F6,180=0.778; p<0.588) and treatment group 

(F2,30=1.592; p=0.220) had no significant effects. Throughout the treatment period, the 

food  intake  in  the  predation  group was  reduced  (2.72±0.11g), when  compared with 

animals  in the control group (3.36±0.08g) and neutral group (3.54±0.09g) (F2,30=16.034; 

p<0.001). During this period body weight (F1,30=2.850; p=0.102), and day of measurement 

(F12,360=0.709; p=0.743), were not significantly related to food intake. 

Page 130: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

110 

 

 

Figure  2  –  Food  intake  (g)  (Mean±S.E)  variation  in  male  C57BL/6  mice 

throughout baseline and treatment periods. 

Analysis of corticosterone levels showed a significant difference between the treatment 

groups  (F3,18=20.408;  p<0.001).  Post  hoc  tests  revealed  (p=0.005)  that  corticosterone 

levels  were  elevated  in  both  the  neutral  (544.1±51.1  ng/ml)  and  predation  groups 

(323.4±136.2 ng/ml) relative to the control animals (95.5± 55.9 ng/ml). 

 

Physical activity and core body temperature 

Animals  exhibited  similar  patterns  of  circadian  physical  activity.  Briefly, mice were 

active during the dark phase and  inactive during the  light phase. Two peaks  in physical 

activity  occurred  during  the  light  changes,  at  7  pm  “dusk”  and  7  am  “dawn” 

(F23,391=39.193;  p<0.001). Throughout  the  baseline  period  (Figure  3A)  animals  showed 

inconsistent  activity  variation  during  the  dark  period  which  resulted  in  a  small  but 

Page 131: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

111 

 

statistically  significant  group  effect,  specifically  between  control  group  and  neutral 

treatment group (F2,17=6.185 p=0.01; Tukey p=0.007). During the treatment period (Figure 

3B), the physical activity pattern slightly changed, resulting  in significant effects due to 

the treatment (F2,17=13.886 p<0.01), animals in the predation treatment group increased 

their activity during the dark period compared with controls (Tukey p=0.001) and neutral 

group (Tukey p=0.001).  

 

Figure 3 ‐ Physical activity of male C57BL/6 over 24 hour periods (mean±S.E). 

Light period: 7h to 19h; Dark period: 19h to 7h. A ‐ Physical activity during the 

baseline period. B ‐ Physical activity during the predation risk treatment period. 

Daily activity  (Figure 4) was primarily affected by  the day of measurement during  the 

treatment period (F12,204= 8.349; p<0.01) but not during the baseline (F6,102= 1.047; p<0.4). 

During  the  treatment,  daily  activity  was  42%  higher  in  the  group  submitted  to  the 

predation treatment (4.19±0.18 counts/h) compared to controls (2.94±0.19 counts/h) and 

22% higher than the neutral group (3.46±0.2 counts/h). Between the baseline period and 

treatment the animals in the predation group increased their activity by 23%, control and 

neutral group reduced activity by 10% and 20% respectively. 

Page 132: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

112 

 

 

Figure 4 ‐ Daily activity (Mean ± S.E. for 24hours) of male C57BL/6 mice across 

baseline and treatment periods. 

 

 

Figure 5 ‐ Core body temperature of male C57BL/6 mice, over 24 hour period. 

A  –  Core  body  temperature  during  the  baseline  period.  B  ‐  Core  body 

temperature during the predation risk treatment period. 

Variation  in core body temperature of all the animals followed a circadian pattern that 

peaked between 6pm an 7pm, and between 5am and 6am, about one hour before dusk 

Page 133: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

113 

 

and dawn respectively (Figure 5). The core body temperature was generally about 1ºC 

higher during the dark phase. The time of measurement was the main factor associated 

with the variation of core body temperature during the baseline period (F23,391=72.685; 

p<0.001)  and  the  treatment  period  (F23,391=157.731;  p<0.001).  The  treatment  did  not 

affect  the  daily  core  body  temperature  variation  (F2,17=0.085;  p=0.919;  Control: 

37.0±0.11ºC; Neutral: 37.1±0.12 ºC; Predation: 37.1±0.11 ºC). During the predatory risk 

treatment,  the  core  body  temperature  was  not  affected  by  the  treatment  effect 

(F2,17=0.060; p=0.942; control: 36.8±0.08 ºC; neutral: 36.8±0.08 ºC; predation: 36.6±0.08 

ºC).  Rather  the  variation  was  mostly  correlated  with  the  hour  of  measurement 

(F23,391=157.731; p<0.001) (Figure 6). 

 

Figure  6  ‐ Daily  variation of  core body  temperature of male C57BL/6 mice 

measured  for 24 hour periods across  the baseline period and 12  treatment 

days. 

 

Page 134: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

114 

 

Behaviour observations 

The time spent on each of the main behaviours categories (Figure 7) was not different 

between treatment groups (F6,40=0.716; p=0.639). Animals spent 39.4± 3.1% of time on 

general activity, 33.7± 4.0% resting, 10.3± 1.8% of time feeding and 16.6± 1.5% of time 

grooming. 

 

Figure  7  ‐  Effects  of  experimental  treatment  over  the  time  spent  on  each 

category of dominant behaviours  (Mean± S.E. %time/10h)  (General activity, 

resting, feeding and grooming). 

The  analysis of boldness  and exploration  variables  revealed  that  the  treatment had  a 

significant association with the % time resting (F2,32=3.501, p<0.042) and the % of time in 

the centre of the arena (F2,32=14.866, p<0.001), but not with the total distance travelled 

(F2,32=1.627, p=0.212) (Figure 8). However, the apparent tendency was not validated by 

the  post‐hoc  Tukey  tests,  when  analysing  the  %  of  time  resting  (Tukey:  Control  vs 

Predation p=0.076; Control vs Neutral p=0.085; Neutral vs Predation p=0.973). Animals in 

Page 135: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

115 

 

the group submitted to elevated predation risk spent significantly more time at the central 

area of the arena (11.7±1.7%) than both control and neutral groups (Tukey: p<0.001 and 

p=0.001; Control: 3.7±0.6%; Neutral: 5.3±0.9%). 

 

Figure 8 – Boldness and exploration behaviour parameters (Mean ±S.E.) (Total 

distance travelled, % of time immobile and % of time in the centre of the area). 

 

4.5. Discussion 

In  this  study we  analysed  the  effect  of  the  perceived  risk  of  predation  on  energy 

balance of male C57BL/6 mice, by inducing weight gain through feeding on high fat diet. 

These animals are sensitive to diet induced obesity but the propensity to gain weight is 

variable between individuals (Zhang et al. 2012b). Our data showed that the rate of body 

weight gain was consistent between animals that were exposed to a neutral noise (human 

speech) or  to no noise at all. However, body weight gain was  significantly  reduced  in 

Page 136: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

116 

 

animals  submitted  to  the  predation  risk  treatment,  strongly  supporting  the  original 

hypothesis that predation risk is a modulating factor over weight control. Analysing the 

parameters that  influenced energy balance, the reduced rate of gain  in body weight of 

the predation treatment group was explained by a combination of lower food intake and 

increased physical activity, particularly during the dark phase. 

Since we  only  studied  young males we  do  not  know  if  this  response would  also  be 

observed in females, or in older individuals. In fact loss of hearing in older C57BL/6 mice 

(Willott & Turner 1999) may  render  them unresponsive  to  sound cues, suggesting  the 

response may be specific to younger animals. 

Previous  studies  have  also  found  impacts  of  perceived  predation  risk  on  foraging 

behaviour and food  intake  in several species (Brown 1988; Lima 1998; Gentle & Gosler 

2001). Our study showed a clear reduction of food intake when mice were exposed to the 

predator calls. Noise and other stress sources have been demonstrated to cause reduction 

of body weight gained on rats (Alario et al. 1987) and mice (Finger, Dinan & Cryan 2011). 

Because we used a neutral noise treatment, which did not cause a reduction  in weight 

gain  relative  to mice kept  in  silence, we can  rule out  the possibility  that  the  retarded 

weight gain was a generalised stress effect due to noise. Previous work has suggested that 

a mediating mechanism by which predator risk may influence energy balance and hence 

body weight is via an increase in stress hormones. Indeed we found that corticosterone 

levels were elevated  in the mice exposed to predator calls relative to the mice kept  in 

silence. However, the levels of corticosterone were also increased in mice exposed to the 

neutral sounds, which did not have retarded weight gain. Hence  it seems unlikely that 

these increased levels of corticosterone mediated the weight reduction effect. Rather, it 

Page 137: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

117 

 

suggests that mice may be able to distinguish between sounds, and discriminate if they 

represent  a  predation  threat  necessitating  modulation  of  energy  balance  and  body 

weight. 

These  observations  contradict  the  suggestion  of  a  generalisation  process  made  by 

previous  studies  (Getschow  et  al.  2013),  which  suggest  that  animals  may  have  a 

generalized response towards auditory cues, not distinguishing if the source represents a 

threat. Nevertheless, recognition of predation cues has been discussed to comprise both 

innate and learnt components, being often dependent upon experience (Apfelbach et al. 

2005). 

The imbalance between energy intake and expenditure was reinforced by the variation in 

activity patterns. The predation risk caused a general increase of the physical activity in 

the  animals,  supported  by  the  behaviour  observations.  This  effect  was  unexpected 

because  freezing  and  reduced  physical  activity  is  a  commonly  used  strategy  by  prey 

species  to avoid detection by predators, as  reported  for  fish  (Johansson & Andersson 

2009),  larval  frogs  (Anholt, Werner & Skelly 2000) and voles  (Jedrzejewski, Rychlich & 

Jedrzejewski 1993). In contrast, increased activity or ‘ fleeing’ is used mostly after being 

spotted by the predator, to reduce the distance between predator and prey (Eilam 2005). 

Moreover,  this variation occurred during  the naturally active period, meaning  that  the 

sound disturbance did not disrupt the circadian cycle, but  involved modification of the 

level  of  activity  within  the  active  phase  of  the  cycle.  We  should  also  take  into 

consideration the diet component given that fat enriched diets have been described to 

cause alterations on the circadian clock (Kohsaka et al. 2007; Bravo et al. 2014) and induce 

depressive and anxiety‐like behaviours (Mizunoya et al. 2013). The data obtained from 

Page 138: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

118 

 

the open field test also resulted  in unexpected observations. According to Eilam (Eilam 

2003), animals avoid the open area in the centre of the arena and seek the area close to 

the walls, which provides a more secure environment, which reflects observations made 

in natural patches (Abramsky et al. 2004). Our data suggests an increased boldness in the 

animals under elevated risk of predation. This may appear  counterintuitive as predation 

avoidance  strategy but boldness has been associated with  the capacity  to make quick 

decisions (Mamuneas et al. 2015), therefore it may have adaptive role, being beneficial in 

a high risk environment (Sih, Bell & Johnson 2004). 

Another feature of energy balance that should not be neglected is the body temperature. 

Lowering body temperature is among the mechanisms used by animals to save energy, as 

exemplified in hibernation, torpor (Geiser 2004) and caloric restriction studies (Zhang et 

al.  2012a).  However  in  our  study,  we  did  not  find  significant  variations  in  body 

temperature associated with the experimental treatment and weight gain. 

In summary, the current data supports the role of the predation risk in the regulation of 

body weight, modulating obesity  levels by reducing  food  intake and promoting energy 

expenditure.  

 

4.6. References 

Abramsky, Z., Rosenzweig, M.L., Belmaker, J. & Bar, A. (2004) The impact of long‐term continuous risk of predation on two species of gerbils. Canadian Journal of Zoology, 82, 464–474. 

Alario, P., Gamallo, A., Beato, M.J. & Trancho, G. (1987) Body weight gain, food intake and adrenal development in chronic noise stressed rats. Physiology & Behavior, 40, 159–162. 

Page 139: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

119 

 

Anholt, B.R., Werner, E. & Skelly, D.K. (2000) Effect of Food and Predators on the Activity of Four Larval Ranid Frogs. Ecology, 81, 3509–3521. 

Apfelbach, R., Blanchard, C.D., Blanchard, R.J., Hayes, R.A.A. & McGregor, I.S. (2005) The effects of  predator  odors  in mammalian  prey  species:  a  review  of  field  and  laboratory  studies. Neuroscience and biobehavioral reviews, 29, 1123–44. 

Bravo, R., Cubero, J., Franco, L., Mesa, M., Galán, C., Rodríguez, A.B., Jarne, C. & Barriga, C. (2014) Body weight gain  in rats by a high‐fat diet produces chronodisruption  in activity/inactivity circadian rhythm. Chronobiology international, 31, 363–70. 

Brown, J.S. (1988) Patch use as an indicator of habitat preference, predation risk, and competition. Behav. Ecol. Sociobiol, 22, 37–47. 

Crispim Junior, C.F., Pederiva, C.N., Bose, R.C., Garcia, V.A., Lino‐de‐Oliveira, C. & Marino‐Neto, J. (2012)  ETHOWATCHER:  validation of  a  tool  for behavioral  and  video‐tracking  analysis  in laboratory animals. Computers in biology and medicine, 42, 257–64. 

Eilam, D. (2003) Open‐field behavior withstands drastic changes in arena size. Behavioural Brain Research, 142, 53–62. 

Eilam, D. (2005) Die hard: a blend of freezing and fleeing as a dynamic defense‐implications for the control of defensive behavior. Neuroscience and biobehavioral reviews, 29, 1181–91. 

Eilam, D., Dayan, T., Ben‐eliyahu, S., Schulman, I., Shefer, G. & Hendrie, C.A. (1999) Differential behavioural and hormonal responses of voles and spiny mice to owl calls. Animal Behaviour, 58, 1085–1093. 

El‐bakry, H.A., Plunkett, S.S. & Bartness, J. (1999) Photoperiod, but not a high‐fat diet, alters body fat in Shaw’s jird. Physiology & behavior, 68, 87–91. 

Finger, B.C., Dinan, T.G. & Cryan, J.F. (2011) High‐fat diet selectively protects against the effects of chronic social stress in the mouse. Neuroscience, 192, 351–60. 

Geiser, F.  (2004) Metabolic rate and body  temperature reduction during hibernation and daily torpor. Annual review of physiology, 66, 239–274. 

Gentle, L.K. & Gosler, A.G. (2001) Fat reserves and perceived predation risk in the great tit. Proc R Soc Lond B, 268, 487–491. 

Getschow, C.M., Rivers, P., Sterman, S., Lumpkin, D.C. & Tarvin, K.A. (2013) Does Gray Squirrel (Sciurus  carolinensis)  Response  to  Heterospecific  Alarm  Calls  Depend  on  Familiarity  or Acoustic Similarity? (ed D Zeh). Ethology, 119, 983–992. 

Goymann, W., Mostl, E., Hof, T.V., East, M.L. & Hofer, H. (1999) Noninvasive Fecal Monitoring of Glucocorticoids  in  Spotted  Hyenas,  Crocuta  crocuta.  General  and  Comparative Endocrinology, 114, 340–348. 

Jedrzejewski, W., Rychlich, L. & Jedrzejewski, B. (1993) Responses of bank voles to odours of seven species of predators experimental. Oikos, 68, 251–157. 

Page 140: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

120 

 

Johansson, F. & Andersson, J. (2009) Scared fish get lazy, and lazy fish get fat. The Journal of animal ecology, 78, 772–7. 

Kohsaka, A., Laposky, A.D., Ramsey, K.M., Estrada, C., Joshu, C., Kobayashi, Y., Turek, F.W. & Bass, J.  (2007) High‐fat diet disrupts behavioral  and molecular  circadian  rhythms  in mice. Cell metabolism, 6, 414–21. 

Levitsky, D.A.  (2002) Putting behavior back  into  feeding behavior: a  tribute  to George Collier. Appetite, 38, 143–8. 

Lima,  S.L.  (1998) Nonlethal  Effects  in  the  Ecology of Predator‐Prey  Interactions What  are  the ecological effects of anti‐predator. BioScience, 48, 25–34. 

Mamuneas, D., Spence, A.J., Manica, A. & King, A.J.  (2015) Bolder stickleback  fish make  faster decisions, but they are not less accurate. Behavioral Ecology, 26, 91–96. 

Mizunoya, W., Ohnuki, K., Baba, K., Miyahara, H., Shimizu, N., Tabata, K., Kino, T., Sato, Y., Tatsumi, R. & Ikeuchi, Y. (2013) Effect of dietary fat type on anxiety‐like and depression‐like behavior in mice. SpringerPlus, 2, 165. 

Peacock, W.L. & Speakman, J.R. (2001) Effect of high‐fat diet on body mass and energy balance in the bank vole. Physiology & Behavior, 74, 65 – 70. 

Prentice, A.M. (2001) Obesity and its potential mechanistic basis. British medical bulletin, 60, 51–67. 

Réale, D., Reader, S.M., Sol, D., McDougall, P.T. & Dingemanse, N.J.  (2007)  Integrating animal temperament  within  ecology  and  evolution.  Biological  reviews  of  the  Cambridge Philosophical Society, 82, 291–318. 

Sih,  A.,  Bell,  A. &  Johnson,  J.C.  (2004)  Behavioral  syndromes:  an  ecological  and  evolutionary overview. Trends in ecology & evolution, 19, 372–8. 

Song, Y.‐M., Lee, K. & Sung, J. (2014) Genetic and environmental relationships between change in weight and insulin resistance: the Healthy Twin Study. Twin research and human genetics : the official journal of the International Society for Twin Studies, 17, 199–205. 

Speakman, J.R. (2007) A Nonadaptive Scenario Explaining the Genetic Predisposition to Obesity: The “Predation Release” Hypothesis. Cell Metabolism, 6, 5–12. 

Speakman, J.R. (2014) If body fatness is under physiological regulation, then how come we have an obesity epidemic? Physiology, 29, 88–98. 

Speakman, J.R., Levitsky, D.A., Allison, D.B., Bray, M.S., de Castro, J.M., Clegg, D.J., Clapham, J.C., Dulloo, A.G., Gruer, L., Haw, S., Hebebrand, J., Hetherington, M.M., Higgs, S., Jebb, S.A., Loos, R.J.F.,  Luckman,  S.,  Luke,  A., Mohammed‐Ali,  V.,  O’Rahilly,  S.,  Pereira, M.,  Perusse,  L., Robinson, T.N., Rolls, B., Symonds, M.E. & Westerterp‐Plantenga, M.S.  (2011) Set points, settling points and some alternative models: theoretical options to understand how genes and environments combine to regulate body adiposity. Disease models & mechanisms, 4, 733–45. 

Page 141: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 4 – Physical Activity and Behaviour 

 

121 

 

Speakman,  J.R. &  Rossi,  F.P.  (1999) No  support  for  socio‐physiological  suppression  effect  on metabolism of paired white mice (Mus sp.). Functional Ecology, 13, 373–382. 

Sundell, J. & Norrdahl, K. (2002) Body size‐dependent refuges in voles: an alternative explanation of the Chitty effect. Ann. Zool. Fennici, 39, 325–333. 

Tataranni, P.A., Monroe, M.B., Dueck, C.A., Traub, S.A., Nicolson, M., Manore, M.M., Matt, K.S. & Ravussin,  E.  (1997)  Adiposity,  plasma  leptin  concentration  and  reproductive  function  in active  and  sedentary  females.  International  journal  of  obesity  and  related  metabolic disorders: journal of the International Association for the Study of Obesity, 21, 818–21. 

Walsh, R.N. & Cummins, R.A. (1976) The Open‐Field test: A critical review. Psychological Bulletin, 83, 482–504. 

Willott,  J.F. & Turner,  J.G.  (1999) Prolonged exposure  to an augmented acoustic environment ameliorates age‐related auditory changes in C57BL/6J and DBA/2J mice. Hearing Research, 135, 78–88. 

Yang, Y., Smith, D.L., Keating, K.D., Allison, D.B. & Nagy, T.R. (2014) Variations in body weight, food intake, and body composition after long‐term high‐fat diet feeding in C57BL/6J mice. Obesity, 22, 2147–55. 

Ylönen, H., Eccard, J.A., Jokinen, I. & Sundell, J. (2006) Is the antipredatory response in behaviour reflected in stress measured faecal corticosteroids in a small rodent? Behavioral Ecology and Sociobiology, 60, 350–358. 

Zhang,  L.‐N., Mitchell, S.E., Hambly, C., Morgan, D.G., Clapham,  J.C. & Speakman,  J.R.  (2012a) Physiological  and  behavioral  responses  to  intermittent  starvation  in  C57BL/6J  mice. Physiology & behavior, 105, 376–87. 

Zhang, L., Morgan, D.G., Clapham, J.C. & Speakman, J.R. (2012b) Factors Predicting Nongenetic Variability in Body Weight Gain Induced by a High‐Fat Diet in Inbred C57BL/6J Mice. Obesity, 20, 1179–1188. 

 

Page 142: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

   

Page 143: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 5 

General Discussion 

 

   

Page 144: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

 

 

 

Page 145: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

125 

 

5. General Discussion 

 

The dysregulation of the balance between energy input and expenditure is the main cause 

of obesity. A combination of environmental and genetic factors have been recognized to 

influence  such  imbalance  of  energy  homeostasis.   However,  the  evolutionary  factors 

explaining  the  origin,  prevalence  and  success  of  obesity  phenotypes  are  still  under 

discussion.  

It  is generally accepted  that body weight  is  regulated, as supported by several studies 

(MacLean et al. 2006; Hambly et al. 2012). However the factors involved in setting body 

weight limits are still unclear. According to the predation release hypothesis (Speakman 

2007), small mammals are able to maintain their body weight within certain limits. It has 

been  suggested  that  the  upper  limit  is  set  by  the  risk  of  predation,  given  that  larger 

individuals would require more energy to maintain their body, therefore spend more time 

foraging and exposed to predators. Moreover, animals carrying larger fat depots may not 

be able  to hide  in  small burrows and may have  their  running and escaping  capacities 

compromised. On the other hand, the risk of starvation due to carrying reduced energy 

stores has been suggested as the factor underpinning the lower limit of body weight. 

Following  the predictions of  the predation  release hypothesis,  this  thesis aims  to  test 

whether the risk of being predated influences the body weight of small mammals (Wood 

mouse Apodemus sylvaticus and Laboratory mice – C57BL/6), in addition to elucidate the 

physiological and behaviour  factors  that are modified  to  support  such alterations and 

Page 146: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

126 

 

balance the trade‐off between the risk of being predated and the risk of starvation, and 

how these alterations are signalled. Accordingly, 3 key questions were considered: 

 

1) Do animals under perceived risk of predation adjust their body weight? 

Results shown that the perceived risk of predation is likely to cause reductions in body 

weight in adult mice, reduction in growth rate of pups, and reduction of weight gain when 

exposed  to enriched  fat diets, which  strongly  supports  the proposed hypothesis. Both 

animal models were equally affected by the risk of predation, showing 6% to 8% reduction 

on  the body weight when  compared with  controls. Moreover,  the data on  the wood 

mouse also points to some sex‐specific responses. In humans, intentional weight loss is 

highly sex‐influenced,  females are often more concerned about  their appearance  than 

males, and have different eating patterns (Rolls, Fedoroff & Guthrie 1991; Keski‐Rahkonen 

et  al.  2005).  However,  in  rodents  these  differences  may  be  associated  with  social 

dominance and reproductive success,  larger animals are usually higher  in the hierarchy 

rank  (Huang,  Wey  &  Blumstein  2011)  and  dominance  has  been  correlated  with 

reproductive success (Horne & Ylönen 1996; Rolland et al. 2003), which may stimulate 

individuals to drift from their upper intervention point. 

The dual intervention point model suggests that predation risk is one of the main factors 

setting the upper limit boundary for body weight, as the risk of starvation may support 

the lower point of intervention (Speakman et al. 2011). The wood mouse response to the 

stochastic starvation exposure were not in line with the predictions of the model. The dual 

intervention point model suggests that the risk of starvation is responsible for setting the 

Page 147: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

127 

 

lower limit of intervention, therefore an increased risk of starvation should push the fat 

storage above  the  lower boundary, re‐setting  the  lower  limit above  the  initial  limit,  to 

avoid starvation, during further famine events. 

The complexions of these  interventions points are unclear, however  it  is expected that 

their genetic encoding comprises multiple genes, with different mutation  rates, which 

may explain  the variability of physiological and behavioural  responses encountered  to 

predation risk treatment. 

 

2) Which physiological and behaviour factors are changed to produce such 

adjustments? 

The alterations  in body weight were mostly explained by adjustments  in the energy 

intake, modification of the energy expenditure and a combination of both, suggesting that 

multiple strategies can be involved in the energy homeostasis. 

Energy  intake was  reduced  through  reducing  the amount of  ingested  food and not by 

alteration of the digestive efficiency, to extract or absorb less energy from the consumed 

food, which  is unexpected given that the digestive features are highly plastic and often 

vary their function according with environmental conditions (McWilliams & Karasov 2001; 

Naya,  Karasov  &  Bozinovic  2007).  However,  these  results  are  consistent  with  the 

compensation  mechanisms  identified  to  cope  with  caloric  restriction  (Hambly  & 

Speakman 2005; Mitchell et al. 2015). 

Page 148: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

128 

 

Although  animals’ metabolic rate have been linked with the wiliness to take risks (Careau 

et al. 2008; Huntingford et al. 2010). A possible explanation for this relation is the fact that 

animals with higher metabolic rates have elevated energetic requirements. To fulfil such 

demands, animals may require more time foraging and may need to forage more often, 

therefore increasing the time expose to predators and the overall risk taking. The energy 

expenditure variation pointing to an increase in energy loss is not achieved by modifying 

resting metabolic rate. 

Physical activity and behaviour were revealed to be highly flexible traits. The adjustments 

of  physical  activity  and  behaviour  resulted  into  embracing  activities  less  energetically 

costly to save energy to cope with starvation, and optimize the regain of the lost weight. 

On  the  other  hand,  predation  risk  induced  animals  to  spend more  time walking  and 

moving in the cage, than spending time resting, sleeping or ingesting food, resulting in an 

overall increase of energy expenditure and reduction in body weight. These activities are 

possibly related with the attempts to escape the risk.   

The exposure to predation risk did not cause adjustments in the core body temperature. 

Some bird species use facultative hypothermia as a strategy to save energy, and also rats 

have  altered  their  body  temperature  in  response  to  caloric  restriction  (Severinsen & 

Munch 1999). However, it has been suggested that hypothermia involves extra costs, as 

being highly vulnerable to predators (Pravosudov & Lucas 2000). Therefore, under severe 

risk of predation is likely that hypothermia is avoided, which is supported by the present 

results. 

Page 149: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

129 

 

Results  provided  evidence  that  the  risk  of  predation  has  a  role modulating  the  body 

weight of small mammals. Thus, is likely to be involved in the environmental components 

affecting the upper limits of body weight. The role of starvation is not so clear. Exposure 

to stochastic starvation did not provide strong evidence for the role of starvation on the 

definition of the lower limits of weight. Animals were able to compensate the body mass 

lost during the starvation periods by overfeeding and reducing physical activity, during 

the recovery period, but did not overcompensate the food intake to load the fat stores, 

as insurance measure against further starvation events. 

However, the hypothesis of overstock food stores due to starvation should not be fully 

excluded, given  that some species, such as  the Syrian hamster  (Mesocricetus auratus), 

respond to starvation by increasing hoarding and supplying their external food storages 

(Buckley &  Schneider 2003).  The wood mouse  is  a  scatter hoarder  (Jensen & Nielsen 

1986),  therefore  external  energy  storage may  take  part  in  the  energy  balance of  the 

species. Nevertheless, hoarding may have only a partial  role, because  contrary  to  the 

Syrian hamster whose overfeeding capacity is nearly absent (Day & Bartness 2003), the 

wood mice has been demonstrated to be capable of over feeding in energetic demanding 

periods. Hoarding is overall considered advantageous (Mcnamara, Houston & Krebs 1990; 

Wauters, Suhonen & Dhondt 1995), particularly if the metabolic costs of carrying reserves 

are  high,  or  if  the  intake  rate  is  reduced.  However,  external  storages  are  extremely 

vulnerable to pilferage (Vander Wall & Jenkins 2003) and perishing (Hadj‐Chikh, Steele & 

Smallwood 1996), therefore carrying internal storages can be a safer strategy. 

 

 

Page 150: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

130 

 

3) What  signal  the  energy  balance  and  imbalance  to  produce  such 

adjustments? 

Transmission of information across the body is an essential factor to understand the 

interaction between nutritional status of the animal and its environment, to respond the 

need of acquiring energy through foraging or fat storages, and assess the risks of being 

predated. The brain is the main controller that receives, transmits and integrates signals 

from multiple  sources,  hormonal,  neural,  and  sensory, modulating  the  foraging  and 

metabolism. 

Corticosterone  (the  primary  glucocorticoid  in  rodents)  has  been  used  to  provide 

information about the perceived risk of predation, and recently was related with obesity 

increase and food intake (La Fleur et al. 2004; Sominsky & Spencer 2014). Accordingly, the 

exposure to sounds simulating the presence of an avian predator, increased the levels of 

faecal corticosterone. As response to the sound treatment animals generally  increased 

their  levels of corticosterone, suggesting an elevated stress  level due to the treatment. 

However, corticosterone  levels were also elevated  in  the animals under neutral sound 

treatment,  which may  conceal  a  generalised  response  towards  the  sound might  be 

occurring. Moreover, even  though  the corticosterone  levels were elevated,  the effects 

over  body mass  and  food  intake were  different  between  the wood mouse  and  the 

C57BL/6 mouse.  The predation pressure has been  eliminated  from  the C57BL/6 mice 

many generations ago,  therefore  the  successful  response  to predation  cues no  longer 

compromises survival and no  longer acts as a selective  factor. On the contrary, on the 

wood mice the response to the risk of being predated is still an important trait for their 

survival. 

Page 151: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

131 

 

The primarily role of leptin is to inform the brain about the nutritional status of the body 

triggering the need to eat in case of energy deficiency or to stop eating if energy levels are 

sated, working in a feedback loop to maintain constant energy stores. Results shown that 

circulating levels of leptin are consistent with the levels of body fatness. However, animals 

exposed to starvation revealed unexpected low levels of leptin explained by the absence 

of post restriction hyperphagia (Schwartz et al. 2000; Hambly et al. 2012). The mechanism 

underpinning  the avoidance of hyperphagia after weight  loss may be essential  to help 

humans coping with weight reduction diets, given that clinical trials have suggested that 

the absence of  leptin signalling after weight  loss  is responsible for the  lack of satiation 

(Kissileff et al. 2012). 

 

Implications and future directions 

To experimentally test the predation release hypothesis, the predator‐prey complex 

dynamic was  reduced  to  a  simple  one  prey  species‐one  predator  species  interaction 

system. However, multi‐predator environments have also received attention (Lima 1992; 

Sih, Englund & Wooster 1998). Some of  the multi‐predator models suggest  that when 

more  than one predator  is  involved,  the optimal strategy  for survival, may actually be 

investing in foraging rather than evade predation (Sih et al. 1998). Few animals in the wild 

exist as part of single predator prey relationships and expanding the predation release 

hypothesis in the light of a multi predator model may represent a future challenge. 

The existence of a lower limit intervention point explains why generally losing weight is 

not an easy process, and commonly the resistance to lose weight is higher than to gain 

Page 152: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

132 

 

weight (Levin & Keesey 1998; Levin & Dunn‐Meynell 2002). Current data shows that mice 

are able to lose weight either due to exposure to predation or to starvation, and to gain 

weight due to diet alteration. These observations suggest that when having free access to 

food, and a non‐enriched diet, their body weight is placed comfortably above the lower 

limit intervention point. 

Assuming  that  the upper  and  lower  limits of body weight  are  genetically encoded by 

multiple genes, the genetic basis of such regulation system  is crucial for understanding 

the molecules involved, as well as for the development of animal models for the study of 

obesity. 

Currently,    several  animal models  are  available  for  the  study  of  obesity  and  obesity‐

associated human diseases  (reviews by  (Kanasaki & Koya  2011;  Lutz & Woods  2012). 

Rodents (mice and rats) are among the most popular models, however given the close 

phylogenetic  relationship  to  humans, Old World monkeys,  such  as macaques,  rhesus 

monkey, and baboons are also relevant models for the study of obesity (Comuzzie et al. 

2003; Wagner et al. 2006). 

The use of two animal models, the wood mouse Apodemus sylvaticus and the C57BL/6 

strain of laboratory mice, provided a broader view when testing the initial hypothesis, and 

helped identify that a very dynamic system can involve multiples strategies of response.  

In  humans,  the  framework  supporting  the  predation  release  hypothesis,  and  the 

expansion  of  the  obese  phenotypes  is  no  longer  viable  at  the  light  of  the  present 

environmental  and  socio‐economic  context. One of  the  assumptions of  the predation 

release hypothesis in that the increase of body weight is limited by an upper boundary, 

Page 153: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

133 

 

such limit is in first hand dependent on the risk of predation. Taking this principle to the 

edge, the predation risk will restrain the growth of an obesity epidemic. However, if the 

population has been released from predation pressure, the body weight will theoretically 

grow until the drifted upper point is attained. Even though, the results presented supports 

the down regulation of body weight due to predation effect, the  information provided 

regarding the extent of a possible epidemic  is very  limited. The predation pressure has 

been eliminated from human societies many years ago, however given that recent data 

shows some apparent stability on the obesity prevalence (Ogden et al. 2014), the role of 

predation may have been  replaced by another environmental pressure  likely  to affect 

modern humans. 

The World Health Organization has recognised obesity as disease in 1948, and later, as an 

epidemic  (James  2008).  Around  the  world, many  efforts  have  been  devoted  to  the 

prevention of obesity, such as encouraging physical activity (Pratt et al. 2015), and healthy 

diets (James, Thomas & Kerr 2007), however the success of these programmes is low, and 

medical treatment is often pursued.  Obesity can rarely be cured, and the current drugs 

available either affect food intake and fat absorption, or affect thermogenesis increasing 

energy expenditure (Bray & Tartaglia 2000). Thus one of the most important implications 

of  uncover  the  mechanisms  underpinning  energy  homeostasis  and  body  weight 

modulation is the development of ways to successfully control it. In other words, once the 

mechanisms  involved  in  the  body  weight  regulation  are  fully  established,  new 

pharmaceuticals and therapies can be produced for the treatment and control of obesity.  

Therefore, uncovering the genetic and molecular basis of the body weight regulation is a 

fundamental step for the development new therapeutics, the genes related with obesity 

Page 154: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

134 

 

control multiples aspects, such appetite, metabolism and energy homeostasis (Yang, Kelly 

& He 2007).  The way  these phenotypes  are expressed under different environmental 

conditions, is an interesting approach to disclose the basis the regulation model. 

Recent developments on  the  study of metabolomics  (Rauschert et al. 2014) may also 

provide good  instruments  to understand  the genetic‐environment  interaction of body 

weight  regulation,  offering  new  analysis  tools,  which  by  the  discovery  of  suitable 

biomarkers  can  help  identifying  precursors  of  obesity  phenotype,  being  an  important 

resource for the prevention of associated disorders.  

Along with the molecular basis of the system, the way the molecular signals are received 

and interpreted by the central nervous system also require further investigation. This will 

provide the necessary framework, given that ultimately the brain is the main coordinator 

of energy homeostasis,  integrating peripheral signals and responding accordingly to  fix 

the energetic imbalance. 

 

 

References 

Bray, G.A. & Tartaglia, L.A. (2000) Medical strategies  in the Treatment of Obesity. Nature, 404, 672–677. 

Buckley,  C.A.  &  Schneider,  J.E.  (2003)  Food  hoarding  is  increased  by  food  deprivation  and decreased  by  leptin  treatment  in  Syrian  hamsters.  American  journal  of  physiology. Regulatory, integrative and comparative physiology, 285, R1021–9. 

Careau, V.,  Thomas, D., Humphries, M.M. &  Réale, D.  (2008)  Energy metabolism  and  animal personality. Oikos, 117, 641–653. 

Page 155: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

135 

 

Comuzzie, A.G., Cole, S. a, Martin, L., Carey, K.D., Mahaney, M.C., Blangero, J. & VandeBerg, J.L. (2003) The baboon as a nonhuman primate model for the study of the genetics of obesity. Obesity research, 11, 75–80. 

Day, D.E. & Bartness, T.J. (2003) Fasting‐induced increases in food hoarding are dependent on the foraging‐effort level. Physiology & Behavior, 78, 655–668. 

La Fleur, S.E., Akana, S.F., Manalo, S.L. & Dallman, M.F. (2004) Interaction between corticosterone and  insulin  in obesity: Regulation of  lard  intake and fat stores. Endocrinology, 145, 2174–2185. 

Hadj‐Chikh, L.Z., Steele, M. a. & Smallwood, P.D. (1996) Caching decisions by grey squirrels: a test of the handling time and perishability hypotheses. Animal Behaviour, 52, 941–948. 

Hambly, C., Duncan, J.S., Archer, Z.A., Moar, K.M., Mercer, J.G. & Speakman, J.R. (2012) Repletion of  TNFα  or  leptin  in  calorically  restricted mice  suppresses  post‐restriction  hyperphagia. Disease models & mechanisms, 5, 83–94. 

Hambly, C. & Speakman, J.R. (2005) Contribution of Different Mechanisms to Compensation for Energy Restriction in the Mouse. Obesity Research, 13, 1548–1557. 

Horne, T.J. & Ylönen, H.  (1996) Female bank voles  (Clethrionomys glareolus) prefer dominant males; but what if there is no choice? Behavioral Ecology and Sociobiology, 38, 401–405. 

Huang, B., Wey, T.W. & Blumstein, D.T. (2011) Correlates and consequences of dominance  in a social rodent. Ethology, 117, 573–585. 

Huntingford, F.A., Andrew, G., Mackenzie, S., Morera, D., Coyle, S.M., Pilarczyk, M. & Kadri, S. (2010)  Coping  strategies  in  a  strongly  schooling  fish,  the  common  carp  Cyprinus  carpio. Journal of Fish Biology, 76, 1576–1591. 

James, W.P.T.  (2008) WHO  recognition of  the global obesity epidemic.  International  journal of obesity, 32 Suppl 7, S120–6. 

James, J., Thomas, P. & Kerr, D. (2007) Preventing childhood obesity: two year follow‐up results from  the Christchurch obesity prevention programme  in  schools  (CHOPPS). BMJ  (Clinical research ed.), 335, 762. 

Jensen, T.S. & Nielsen, O.F. (1986) Rodents as seed dispersers in a health ‐ oak wood sucession. Oecologia, 70, 214–221. 

Kanasaki, K. & Koya, D. (2011) Biology of obesity: lessons from animal models of obesity. Journal of biomedicine & biotechnology, 2011, 197636. 

Keski‐Rahkonen, A., Neale, B.M., Bulik, C.M., Pietiläinen, K.H., Rose, R.J., Kaprio, J. & Rissanen, A. (2005)  Intentional  weight  loss  in  young  adults:  sex‐specific  genetic  and  environmental effects. Obesity research, 13, 745–753. 

Kissileff, H.R.,  Thornton,  J.C.,  Torres, M.I.,  Pavlovich,  K., Mayer,  L.S.,  Kalari,  V.,  Leibel,  R.L. & Rosenbaum,  M.  (2012)  Leptin  reverses  declines  in  satiation  in  weight‐reduced  obese humans. American Journal of Clinical Nutrition, 95, 309–317. 

Page 156: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

136 

 

Levin, B.E. & Dunn‐Meynell, A.A. (2002) Defense of body weight depends on dietary composition and palatability in rats with diet‐induced obesity. American journal of physiology. Regulatory, integrative and comparative physiology, 282, R46–R54. 

Levin, B.E. & Keesey, R.E. (1998) Defense of differing body weight set points in diet‐induced obese and resistant rats. The American journal of physiology, 274, R412–R419. 

Lima,  S.L.  (1992)  Life  in  a mul‐predator  environment:  some  considerations  for  anti‐predatory vigilance. Ann. Zool Fennici, 29, 217–226. 

Lutz,  T.A. & Woods,  S.C.  (2012)  Overview  of  animal models  of  obesity.  Current  protocols  in Pharmacol., Chapter 5: 

MacLean,  P.S.,  Higgins,  J.A.,  Jackman, M.R.,  Johnson,  G.C.,  Fleming‐Elder,  B.K., Wyatt,  H.R., Melanson,  E.L.  &  Hill,  J.O.  (2006)  Peripheral metabolic  responses  to  prolonged  weight reduction  that promote  rapid, efficient  regain  in obesity‐prone  rats. American  journal of physiology. Regulatory, integrative and comparative physiology, 290, R1577–R1588. 

Mcnamara, J.M., Houston, A.I. & Krebs, J.R. (1990) Why hoard? The economics of food storing in tits, Parus spp. Behavioral Ecology, 1, 12–23. 

McWilliams, S.R. & Karasov, W.H. (2001) Phenotypic flexibility in digestive system structure and function  in migratory birds and  its ecological  significance. Comparative biochemistry and physiology. Part A, 128, 579–593. 

Mitchell, S.E., Tang, Z., Kerbois, C., Delville, C., Konstantopedos, P., Bruel, A., Derous, D., Green, C., Aspden, R.M., Goodyear, S.R., Chen, L., Han, J.J.D., Wang, Y., Promislow, D.E.L., Lusseau, D., Douglas, A. & Speakman, J.R. (2015) The effects of graded levels of calorie restriction : I . impact of short  term calorie and protein  restriction on body composition  in  the C57BL/6 mouse. Oncotarget, 1–29. 

Naya, D.E., Karasov, W.H. & Bozinovic, F. (2007) Phenotypic plasticity in laboratory mice and rats: a meta‐analysis of  current  ideas on gut  size  flexibility. Evolutionary Ecology Research, 9, 1363–1374. 

Ogden, C.L., Carroll, M.D., Kit, B.K. & Flegal, K.M. (2014) Prevalence of childhood and adult obesity in the United States, 2011‐2012. Jama, 311, 806–814. 

Pratt, M., Perez, L.G., Goenka, S., Brownson, R.C., Bauman, A., Sarmiento, O.L. & Hallal, P.C. (2015) Can Population Levels of Physical Activity Be  Increased? Global Evidence and Experience. Progress in Cardiovascular Diseases, 57, 356–367. 

Pravosudov, V. V &  Lucas,  J.R.  (2000)  The  costs of being  cool:  a dynamic model of nocturnal hypothermia by small food‐caching birds in winter. Journal of Avian biology, 31, 463–472. 

Rauschert, S., Uhl, O., Koletzko, B. & Hellmuth, C. (2014) Metabolomic Biomarkers for Obesity in Humans: A Short Review. Annals of Nutrition and Metabolism, 64, 314–324. 

Rolland, C., MacDonald, D., de Fraipont, M. & Berdoy, M.  (2003) Free Female Choice  in House Mice: Leaving Best for Last. Behaviour, 140, 1371–1388. 

Page 157: Isabel Caetano Monarca - ULisboarepositorio.ul.pt/bitstream/10451/20636/1/ulsd071688_td_Rita... · possível existência de um equilíbrio entre o risco de predação e o risco de

Chapter 5 – General Discussion 

137 

 

Rolls, B.J., Fedoroff,  I.C. & Guthrie,  J.F.  (1991) Gender differences  in eating behavior and body weight regulation. Health psychology, 10, 133–142. 

Schwartz, M.W., Woods, S.C., Jr, D.P., Seeley, R.J. & Baskin, D.G. (2000) Central nervous system control of food intake. Nature, 404, 661–671. 

Severinsen, T. & Munch, I.C. (1999) Body core temperature during food restriction  in rats. Acta physiologica Scandinavica, 165, 299–305. 

Sih, A., Englund, G. & Wooster, D. (1998) Emergent impacts of multiple predators on prey. Trends in Ecology & Evolution, 13, 350–355. 

Sominsky, L. & Spencer, S.J. (2014) Eating behavior and stress: A pathway to obesity. Frontiers in Psychology, 5, 434. 

Speakman, J.R. (2007) A Nonadaptive Scenario Explaining the Genetic Predisposition to Obesity: The “Predation Release” Hypothesis. Cell Metabolism, 6, 5–12. 

Speakman, J.R., Levitsky, D.A., Allison, D.B., Bray, M.S., de Castro, J.M., Clegg, D.J., Clapham, J.C., Dulloo, A.G., Gruer, L., Haw, S., Hebebrand, J., Hetherington, M.M., Higgs, S., Jebb, S.A., Loos, R.J.F.,  Luckman,  S.,  Luke,  A., Mohammed‐Ali,  V.,  O’Rahilly,  S.,  Pereira, M.,  Perusse,  L., Robinson, T.N., Rolls, B., Symonds, M.E. & Westerterp‐Plantenga, M.S.  (2011) Set points, settling points and some alternative models: theoretical options to understand how genes and environments combine to regulate body adiposity. Disease models & mechanisms, 4, 733–45. 

Wagner, J.E., Kavanagh, K., Ward, G.M., Auerbach, B.J., Harwood, H.J. & Kaplan, J.R. (2006) Old world nonhuman primate models of type 2 diabetes mellitus. ILAR journal, 47, 259–271. 

Vander Wall, S.B. & Jenkins, S.H. (2003) Reciprocal pilferage and the evolution of food‐hoarding behavior. Behavioral Ecology, 14, 656–667. 

Wauters, L.A., Suhonen, J. & Dhondt, A.A. (1995) Fitness consequences of hoarding behaviour in the Eurasian red squirrel. Proceedings. Biological sciences / The Royal Society, 262, 277–281. 

Yang, W., Kelly, T. & He, J. (2007) Genetic epidemiology of obesity. Epidemiologic Reviews, 29, 49–61.