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Universität Konstanz

Kultureller Fortschritt bei Kohlmeisen, PI Nr. 36/2021

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Kultureller Fortschritt bei Kohlmeisen

Zuwanderung hilft Vogelpopulationen beim Wechsel zu effizienteren Verhaltensweisen

english version below

Forschende der Universität Konstanz und des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie haben herausgefunden, dass Vogelpopulationen in der Lage sind, sich kulturell anzupassen und dadurch effizienter zu werden. Die beobachteten Kohlmeisen-Populationen wechselten von einer traditionellen Verhaltensweise zu einer effektiveren Alternative, sofern es zu einem allmählichen Austausch von bestehenden Gruppenmitgliedern gegen externe Artgenossen kam. Die gerade im Open-Access-Format in der Fachzeitschrift Current Biology erschienene Studie beschreibt damit Zuwanderung als eine wichtige Triebkraft kulturellen Wandels bei Tieren, die es Tiergruppen ermöglicht, sich effektiv an schnellwechselnde Umweltbedingungen anzupassen.

Unter „Kultur bei Tieren“ verstehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler jegliche Verhaltensweisen, die durch soziales Lernen erworben wurden, unter den Mitgliedern einer Gruppe geteilt werden und über Generationen hinweg in der Gruppe Bestand haben. Derartige kulturelle Traditionen sind heute von verschiedenen Tiergruppen bekannt. Wir finden sie zum Beispiel bei Primaten, Walen und Delfinen, Nagetieren und Vögeln.

Ein anschauliches Beispiel für kulturelle Traditionen im Tierreich wurde ebenfalls bei Kohlmeisen beschrieben: In den 1920er Jahren wurde beobachtet, wie diese in einer Stadt in Großbritannien die Verschlussfolie von Milchflaschen öffneten, um an die darunterliegende Rahmschicht zu kommen. Das Verhalten breitete sich über die nachfolgenden 20 Jahre weiter unter den Kohlmeisen aus, bis schließlich überall in Großbritannien Artgenossen zu finden waren, welche das gleiche Verhalten zeigten.

Im Jahr 2015 bestätigten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler experimentell, dass Kohlmeisen dazu in der Lage sind, kulturelle Traditionen aufrechtzuerhalten. Einzelnen Kohlmeisen wurde eine neue Verhaltensweise – von Verhaltensforschenden als „Innovation“ bezeichnet – beigebracht. Die Innovation wurde anschließend von anderen, untrainierten Vögeln aufgegriffen und verbreitete sich nach und nach innerhalb der untersuchten Populationen.

Bisher war jedoch weder für Kohlmeisen noch für andere Tiere mit kulturellen Traditionen bekannt, ob Tiergruppen ihre Kultur nachträglich verändern und weiterentwickeln können. Sind die Mitglieder einer Gruppe dazu verdammt, dieselben traditionellen Verhaltensweisen zu wiederholen und beizubehalten, nachdem sich eine Tradition innerhalb der Population etabliert hat? Oder können sie zu effizienteren Verhaltensweisen wechseln?

Die aktuelle Studie zeigt nun, dass effizientere Verhaltensweisen ein bereits etabliertes aber weniger effizientes Verhalten verdrängen können. Fluktuationen in der Zusammensetzung der Population, ein grundlegender Prozess, der im Englischen als „population turnover“ bezeichnet wird, wurden dabei als entscheidend für eine solche Veränderung bestehender Traditionen bei Tieren ausgemacht. Die Studie, bei der Wildfängen von Kohlmeisen beigebracht wurde, eine Rätselaufgabe zu lösen, während ihr Verhalten mit hoher Genauigkeit nachverfolgt wurde, liefert quantitative Hinweise auf eine kulturelle Weiterentwicklung der Tiere.

„Experimentelle Beweise für kulturellen Wandel bei Tieren sind sehr selten. Wir waren daher von den Ergebnissen unserer Studie überrascht und begeistert“, sagt Michael Chimento, Erstautor der Studie und Doktorand in der Arbeitsgruppe „Kognitive und Kulturelle Ökologie“ am Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie.

Das Forschungsteam unter Führung der Max-Plank-Arbeitsgruppenleiterin Prof. Dr. Lucy Aplin, Letztautorin der Studie und Principle Investigator des Exzellenzclusters „Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour“ der Universität Konstanz, untersuchte Kohlmeisen-Populationen, welche aus den Wäldern rund um Konstanz stammten. Da wildlebende Kohlmeisen im Winter, sprich unter rauen Umweltbedingungen, in veränderlichen sozialen Verbänden leben, vermuteten die Forschenden, dass Zuwanderung eine Rolle bei der kulturellen Evolution spielen könnte.

„Aufgrund ihrer mangelnden Erfahrungen mit den kulturellen Traditionen der Gruppe könnten zugewanderte Artgenossen einen unvoreingenommeneren Blick auf mögliche Lösungen für bestehende Probleme haben und dadurch den kulturellen Wandel innerhalb der Gruppe beeinflussen“, erläutert Chimento.

Die Forschenden nutzten im Labor gehaltene Kohlmeisen-Populationen aus ehemals wildlebenden Tieren, um der Frage nachzugehen, ob und wie veränderliche soziale Gruppen ein sozial erlerntes, traditionelles Nahrungssuchverhalten ändern. Sie bildeten dafür 18 Vogelgruppen, von denen jede Zugang zu einer automatisierten Rätselbox mit Futterbelohnung hatte. Sobald ein Vogel das Rätsel löste und so an das Futter gelangte, wurden mithilfe von RFID- und Infrarot-Technologie sowie computergestützter Bildverarbeitung die Identität des Tieres, die Art der Lösung und die benötigte Lösungsdauer erfasst. Jede Gruppe hatte außerdem einen „Tutor“, dem eine vergleichsweise ineffiziente Lösung des Rätsels antrainiert wurde, welche sich dann in der Gruppe verbreitete. Anschließend wurde die Hälfte der Gruppen im weiteren Verlauf statisch gehalten. In der anderen Hälfte wurden über einen Zeitraum von vier Wochen nach und nach einzelne Gruppenmitglieder durch neue Wildfänge ausgetauscht.

Obwohl beide Gruppentypen, statische und veränderliche, im Laufe des Experiments eine effizientere Lösung für die Rätselaufgabe entwickelten, zeigten die veränderlichen Populationen eine deutlich höhere Wahrscheinlichkeit, diese als ihr bevorzugtes Verhalten zu übernehmen. Die ursprünglichen Gruppenmitglieder, die bereits mit der Rätselaufgabe vertraut waren, waren in der Regel diejenigen, welche die verbesserte Lösung für die Aufgabe entwickelten, diese jedoch nicht als ihre bevorzugte Lösung annahmen. Stattdessen waren es die unerfahrenen Zuzügler, welche die Innovation aufgriffen und übernahmen und damit die in der Gruppe zur Verfügung stehende soziale Information über die effektivere Lösung verstärkten. Vögel aus veränderlichen Gruppen waren dadurch am Ende in der Lage, die Rätselaufgabe schneller zu lösen als die aus statischen Gruppen, obwohl sie insgesamt weniger Erfahrung hatten.

„Kohlmeisen scheinen im Vergleich zu anderen Arten gut in vom Menschen geschaffenen Lebensräumen zurechtzukommen“, sagt Chimento. „Unsere Studie zeigt, wie ihre veränderlichen sozialen Dynamiken Teil ihres Erfolgsgeheimnisses sein und zu ihrer Anpassungsfähigkeit beitragen könnten.“

Faktenübersicht:

  • Originalpublikation: Population turnover facilitates cultural selection for efficiency in birds. Michael Chimento, Gustavo Alarcón-Nieto and Lucy Aplin. Current Biology (2021) https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.03.057
  • Studie liefert seltenen experimentellen Nachweis dafür, dass Tiere in der Lage sind, ihre Kultur zu verändern, um effizienter zu werden
  • Die Studie demonstriert anhand von Kohlmeisen-Populationen die entscheidende Rolle zugewanderter Vögel bei der kulturellen Annahme effizienterer Verhaltensweisen durch die Population
  • Populationen, in welchen einzelne Vögel durch naive Individuen ersetzt wurden, waren in der Lage, von einer ineffizienten in eine effiziente Kultur zu wechseln, während statische Population ohne Austausch von Individuen dies nicht konnten
  • Michael Chimento und Gustavo Alarcón-Nieto sind Wissenschaftler im Labor von Prof. Dr. Lucy Aplin, welche die Arbeitsgruppe „Kognitive und Kulturelle Ökologie“ am Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie leitet. Aplin ist außerdem Principle Investigator des Exzellenzclusters „Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour“ an der Universität Konstanz
  • Forschungsförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) über das Exzellenzcluster 2117 „Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour“ im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder.

Hinweis an die Redaktionen:

Ein Foto und ein Video können im Folgenden heruntergeladen werden:

Bild: https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2021_EXTRA/great_tits_change_their_traditions_for_the_better_credit_michael_chimento.jpg

Video: https://www.youtube.com/watch?v=vlOxRAvT5YQ

Video- und Bildunterschrift:

Mithilfe von automatisierten Rätselboxen, die bei Lösung des Rätsels eine Futterbelohnung bereitstellten, wurde getestet, ob Vogelgruppen ein sozial erlerntes, traditionelles Nahrungssuchverhalten ändern können. Bei Lösung des Rätsels wurden die Art der Lösung, die Lösungsdauer sowie die Identität des Vogels, der die Aufgabe gelöst hat, aufgezeichnet. Die Identitätserkennung erfolgte über eine in der Sitzstange versteckte Antenne und kleine Sender an den Beinen der Vögel sowie mithilfe von Strichcodes am Beingeschirr der Tiere.

Bild und Video: Michael Chimento

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Great tits change their traditions for the better

Immigration helps populations shift to more efficient behaviors

Researchers at the University of Konstanz and Max Planck Institute for Animal Behavior in Germany have found that birds are able to change their culture to become more efficient. Populations of great tits were able to switch from one behavior to a better alternative when their group members were slowly replaced with new birds. Published today as open access in the journal Current Biology, this research reveals immigration as a powerful driver of cultural change in animal groups that could help them to adapt to rapidly changing environments.

In animals, “culture” is considered to be any behavior that is learned from others, shared by members of the group, and persistent over generations. Cultural traditions are known to exist in many animal groups, including primates, dolphins and whales, rodents, and birds.

Great tits provide a classic example of animal culture. In the 1920s, birds in a town in Great Britain were observed to open the foil tops of milk bottles to steal cream. This behavior spread over 20 years, until birds throughout the country were doing the same.

In 2015 scientists experimentally confirmed that great tits were able to maintain cultural traditions. A new way of feeding—what scientists refer to as an innovation—could be taught to a single bird, and that solution would be learned by other birds and gradually spread throughout populations.

But for great tits, and other animals with cultural traditions, it was still not known if groups can change. Once a tradition has taken root, are animals condemned to repeating the same behaviors or can they pivot to more efficient ones?

Now, the new study has demonstrated that more efficient behaviors can outcompete an established inefficient behavior. It pinpoints a fundamental process—population turnover—as crucial for the ability of animals to change their traditions. The study, which involved teaching wild-caught birds to solve puzzles and fine-scale tracking of their behavior, provides quantitative support for the evolution of culture.

“Experimental evidence of cultural change in animals is pretty rare, so we were surprised and excited by the outcome,” says first author Michael Chimento, a doctoral student in the Research Group of Cognitive and Cultural Ecology at the Max Planck Institute of Animal Behavior.

The research team led by senior author Lucy Aplin, who is a Max Planck Research Group Leader and also a principal investigator at the Custer of Excellence ‘Centre for the Advanced Study of Collective Behavior’ at the University of Konstanz, studied populations of great tits caught from forests around Konstanz. Because wild great tits form changeable social groups during winter, when conditions are harshest, the scientists thought that immigration could play a part in cultural evolution.

“These fluid groups could influence how their culture changes, as new group members might see solutions to problems with clearer eyes, because of their lack of experience,” says Chimento.

The researchers used captive populations of wild-caught great tits to ask how fluid social groups might change a socially learned feeding tradition. They created 18 groups of birds, each with an automated puzzle-box that gave a reward. When a bird solved the puzzle, the type of solution, time of solution, and identity were recorded using RFID, infrared, and computer vision technology. Each group had a tutor that was trained on a relatively inefficient puzzle solution, which then spread through the group. Then, half of the groups were kept static, and in the other half, group members were gradually replaced with new birds from wild over the course of 4 weeks.

Despite both types of groups innovating a more efficient solution, fluid groups were much more likely to adopt it as their preferred behavior. The original residents, who were experienced with the puzzle, were generally the ones who innovated the efficient solution, but didn’t adopt it as their preferred behavior. The inexperienced immigrants, on the other hand, picked up on this innovation and did adopt it, amplifying the available social information. Birds in fluid groups were able to solve the puzzle-box faster than in static groups, despite having less overall experience.

“Great tits seem to do well in and among human-made habitats, compared to other species,” says Chimento. “Our study shows how their fluid social dynamics might be part of their secret to success and contribute to their flexibility.

Key facts:

  • Study shows rare experimental evidence that animals are able to change their culture to become more efficient.
  • Using populations of great tits caught in forests around the Konstanz region, the study highlights the crucial role of immigrant birds in enabling populations to adopt more efficient cultures.
  • Populations that replaced birds with naïve individuals were able to change from an inefficient culture to a more efficient culture, while populations that had static membership could not.
  • Original publication: Population turnover facilitates cultural selection for efficiency in birds. Michael Chimento, Gustavo Alarcón-Nieto and Lucy Aplin. Current Biology (2021). https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.03.057
  • Michael Chimento and Gustavo Alarcón-Nieto are researchers in the lab of Lucy Aplin who leads the Research Group of Cognitive and Cultural Ecology at the Max Planck Institute of Animal Behavior. Aplin is also a Principal Investigator at the Custer of Excellence ‘Centre for the Advanced Study of Collective Behavior’ at the University of Konstanz
  • Funding was provided by the DFG Centre of Excellence 2117 ‘‘Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour’’ under Germany’s Excellence Strategy-EXC2117-422037984.

Note to editors:

You can download a photo and a video here:

Photo: https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2021_EXTRA/great_tits_change_their_traditions_for_the_better_credit_michael_chimento.jpg

Video: https://www.youtube.com/watch?v=vlOxRAvT5YQ

Caption: Automated puzzle boxes, which gave a food reward if solved, were used to test if groups could change a socially learned feeding tradition. When a bird solved the puzzle, the type of solution, time of solution and bird identity were recorded. Individual identities of birds were obtained using an antenna in the perch which read transponders attached to the birds' legs, as well as a bar code attached to a leg harness.

Copyright: Michael Chimento

Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon: + 49 7531 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de

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