 |
Ecological and evolutionary significance of within-individual behavioural variation
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
132041 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Horváth, Gergely |
| Title in Hungarian |
Az egyeden belüli viselkedési változatosság ökológiai és evolúciós jelentősége |
| Title in English |
Ecological and evolutionary significance of within-individual behavioural variation |
| Keywords in Hungarian |
állati személyiség, viselkedési változatosság, viselkedési plaszticitás, viselkedési prediktabilitás |
| Keywords in English |
animal personality, behavioural variation, behavioural plasticity, behavioural predictability |
| Discipline |
| Animal behaviour, behavioural ecology (Council of Complex Environmental Sciences) | 70 % | | Ortelius classification: Animal ethology | | Evolutionary ecology and genetics, coevolution (Council of Complex Environmental Sciences) | 30 % |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Department of Systematic Zoology and Ecology (Eötvös Loránd University) |
| Starting date |
2019-12-01 |
| Closing date |
2023-11-30 |
| Funding (in million HUF) |
24.594 |
| FTE (full time equivalent) |
3.80 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A viselkedési konzisztencia egy bizonyos viselkedésben megfigyelhető, hosszú távon fennálló, egyedek közötti változatosságot (állati személyiség), illetve funkcionálisan eltérő viselkedések között létrejött korrelációt (viselkedési szindróma) jelent. A legtöbb tanulmány az egyedi viselkedési átlagot (viselkedési típus) használja a jelenség leírására, azonban ez a megközelítés teljesen figyelmen kívül hagyja a viselkedési változatosság következő, egyeden belüli szintjét. Egyre több adat utal arra, hogy a környezeti változásra adott adaptív viselkedési válasz (viselkedési plaszticitás) és a viselkedési típus adott szituációban kifejezett variabilitása (viselkedési prediktabilitás) az egyeden belüli változatosság biológiailag értelmezhető komponensei és konzisztens egyedi eltéréseket mutatnak. Ám a növekvő tudományos érdeklődés dacára e két komponens evolúciós és ökológia jelentőségéről még mindig keveset tudunk, így az sem világos, hogy evolválódhat-e a viselkedési plaszticitás és a viselkedési prediktabilitás a viselkedési típustól függetlenül? Kutatásom során tesztelni fogom (i) az egyeden belüli viselkedési változatosság evolúciós adaptációit víziászkák (Asellus aquaticus) populációnak összehasonlításával; továbbá azt, hogy (ii) a viselkedési típusra ható szelekció befolyásolja-e az egyeden belüli viselkedési változatosságot labortenyésztett guppiknál (Poecilia reticulata); valamint (iii) az egyeden belüli viselkedési változatosság fenotípusos plaszticitását közönséges gömbászkáknál (Armadillidium vulgare). Kutatásom alapvető információkat szolgáltat a viselkedési heterogenitást kialakító ökológiai és evolúciós mechanizmusok megértéséhez.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az egyeden belüli viselkedési változatosság célzott kutatása csak nemrégiben indult meg, így viszonylag keveset tudunk a viselkedési plaszticitás és viselkedési prediktabilitás evolúciós és ökológiai szerepéről. A viselkedési típus (egyedi átlagos viselkedés) és az egyeden belüli viselkedési változatosság elméletben egymástól független komponenseknek tekinthetők, azonban az is elképzelhető, hogy genetikai és élettani kényszerek, valamint természetes szelekció révén kapcsolat alakul ki köztük. Ennek lényeges evolúciós következményei lehetnek, ugyanis a viselkedési típusra ható szelekció közvetett módon az egyeden belüli viselkedési változatosság megváltozását is maga után vonhatja. Kutatásom fő kérdései, hogy (i) hogy a viselkedési típusra ható szelekció eltörli-e az egyedek közötti konzisztens viselkedési változatosságot, valamint, hogy (ii) az egy bizonyos viselkedési típusra ható szelekció hatással van-e ugyanazon és funkcionálisan eltérő viselkedési jellegek egyeden belüli viselkedési változatosságára A változó körülményekhez való viselkedésbeli alkalmazkodást többek között az is megszabja, hogy a környezetből származó jelzések mennyire megbízhatóak. Stabil környezetben (barlang) alacsonyabb plaszticitás és magasabb prediktabilitás feltételezhető, mint kevésbé stabil élőhelyeken (felszín). Vizsgálni fogom, (iii) a környezet stabilitásának az egyeden belüli viselkedési változatosság adaptációjára gyakorolt hatását különböző élőhelyekről származó populációk összehasonlításával, valamint (iv) az egyes környezeti változók tér- és időbeli eltéréseinek egyeden belüli viselkedési változatosságra gyakorolt hatását egy populáción belül.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az egyeden belüli viselkedési változatosság biológiai jelentőségének felismerése csupán nemrégiben történt meg, így a viselkedés e komponensét befolyásoló mechanizmusokról és evolúciós jelentőségéről még mindig keveset tudunk. A viselkedési típus, viselkedési plaszticitás és viselkedési prediktabilitás együttes kísérletes vizsgálata csak ritkán történik meg, emellett a viselkedési plaszticitás és prediktabilitás egyértelmű statisztikai szétválasztásához hosszú távú, kontrollált környezetben végzett viselkedési tesztekre van szükség. Jelen kutatás úttörő eredményeket szolgáltat a viselkedési plaszticitás és prediktabilitás evolúciójáról és fenotípusos plaszticitásáról. Víziászkák (Asellus aquaticus) különböző öökotípusainak vizsgálata lehetővé teszi a stabilizáló és fluktuáló szelekció egyeden belüli viselkedési változatosságra kifejtett hatásának tesztelését egyazon fajon. Továbbá, a szociabilitás viselkedési típusban szignifikánsan eltérő (> 15%) guppi (Poecilia reticulata) szelekciós vonalak alkalmazása egyedi lehetőséget kínál a viselkedési variancia három komponense közti genetikai kapcsolat vizsgálatára egy viselkedési jellegen belül és funkcionálisan különböző viselkedések között is. A gömbászkák (Armadillidium vulgare) pedig széles ökológiai tűrőképességük révén kiválóan alkalmasak az egyeden belüli viselkedési változatosság fenotípusos plaszticitásának. Ezek a modellorganizmusok nem nagy helyigényűek, könnyen tarthatók és szaporíthatók mesterséges körülmények között. A viselkedési tesztek kamerák használata révén kiválóan automatizálhatók, ezért nagyszámú egyed hosszú időn keresztül történő nyomon követése valósítható meg. Ezen sajátságok révén a projekt kitűzött célja, az egyeden belüli viselkedési változatosság evolúciós szerepének feltárása nagy hatékonysággal valósulhat meg.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A természetes szelekció az egy populációban kialakuló fenotípusos (pl. morfológia, viselkedés) eltérésekre hat. A viselkedést használva példaként, ez azt jelenti, hogy ha egy bizonyos csoport egyedeinek viselkedése nem tér el egymástól, akkor nem történik evolúciós változás ebben a jellegben. Ez az egyik oka annak, hogy a viselkedésökológusok manapság a populációs viselkedési átlag helyett inkább az egyedek között fennálló, hosszútávú viselkedési eltérések, más néven állati személyiség vizsgálatára koncentrálnak. A viselkedési változatosságnak azonban egy következő, egyeden belüli szintje is létezik. Ez két biológiailag értelmezhető komponensből áll: viselkedési plaszticitásból (a környezet változására adott viselkedési válasz) és viselkedési prediktabilitástól (a környezettől független, rövid távú viselkedési változás). Ez a két komponens is mutat egyedi eltéréseket, azonban evolúciós és ökológiai szerepükről alig tudunk valamit. Kutatásommal mindenekelőtt azt szeretném tisztázni, hogy az egyeden belüli viselkedési változatosság független szelekció alatt áll-e? Ehhez egy komplex kísérletsorozatot terveztem, mely során víziászkákkal, közönséges gömbászkákkal és szivárványos guppikkal fogok dolgozni. Kutatásom értékes információkat szolgáltat a viselkedés evolúcióját illetőn, végső soron az emberi viselkedést is jobban megérthetjük. Másrészt ismeretekkel gazdagodunk arról, hogyan reagálnak az élőlények a környezet megváltozására, ami különösen fontos és aktuális kérdés, hiszen napjainkban a természetkárosítás és átalakítás soha nem látott gyorsasággal zajlik.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The term ‘behavioural consistency’ refers to consistent between-individual behavioural variation in a single behaviour (i.e. animal personality) and between-individual correlation across multiple, functionally different behaviours (i.e. behavioural syndromes). Individual behavioural mean (i.e. behavioural type) is commonly used to describe animal personality, however, this approach entirely neglects behavioural variance on the next level: within-individual. Recently, a growing body of empirical data suggests that the extent individuals adjust their behaviour to changing environmental conditions (i.e. behavioural plasticity) and the variation of behavioural type at the given situation (i.e. behavioural predictability) are biologically relevant components of within-individual behavioural variation and differ consistently between individuals. Despite the growing research interest, our general knowledge regarding evolutionary and ecological importance of these components is rather insufficient. In particular, it is not clear whether behavioural plasticity and behavioural predictability could evolve independently of behavioural type. During my proposed project, I will test (i) evolutionary adaptations of within-individual behavioural variation across populations of Asellus aquaticus, further, (ii) whether selection on behavioural type affects within-individual behavioural variation in laboratory populations of Poecilia reticulata. Moreover, I will study (iii) phenotypic plasticity of within-individual behavioural variation in Armadillidium vulgare. My research will provide essential information on the ecological and evolutionary causes of behavioural heterogeneity.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Targeted research on within-individual behavioural variation are still in their initial phase, thus, empirical data on the evolutionary and ecological importance of behavioural plasticity and behavioural predictability is rather scarce. In principle, behavioural type (individual mean behaviour) and within-individual variation are independent, however, genetic or physiological constraints in accordance with natural selection could result in covariation between them. This may have substantial evolutionary outcomes as selection on behavioural type will produce an indirect response in within-individual behavioural variation. My goals are to elucidate (i) whether selection on behavioural type erode consistent between-individual behavioural differences and (ii) whether selection on a certain behavioural trait affects within-individual behavioural variation in the same and other, functionally different behaviours; in other words: whether behavioural syndromes act as evolutionary constraints. The ability to react to changing conditions might depend on the reliability of cues from the environment. In more stable environments (caves) decreased behavioural plasticity and higher behavioural predictability is expected than in less stable environments (surface). I will test (iii) the effect of environmental stability on the evolutionary adaptations of within-individual behavioural variation by comparing populations from various habitats. In addition, I will test (iv) how spatiotemporal environmental variability affect individual behavioural variation within a population.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Biological importance of within-individual behavioural variation has been recognized only a few years ago and our understanding regarding mechanisms affecting this component of behaviour is still insufficient, particularly, we know virtually nothing about its evolutionary potential. Behavioural type, behavioural plasticity and behavioural predictability are rarely assessed together, moreover, clear separation of behavioural plasticity and predictability requires long term behavioural assays under controlled environmental conditions. The proposed research project will provide pioneering results about the evolution and phenotypic plasticity induced by environmental variability of individual behavioural plasticity and behavioural predictability (besides behavioural type). Various ecotypes of Asellus aquaticus allow testing the effect of stabilizing vs. fluctuating selection on within-individual behavioural variation in the same species. Further, Poecilia reticulata selection lines differing significantly (> 15%) in sociability behavioural type provides a unique opportunity to test genetic linkage between the three individual behavioural components both within and across behaviours directly. Armadillidum vulgare is a perfect model to test phenotypic plasticity of within individual behavioural variation because of its tolerance for a wide array of ecological factors. These model organisms do not require much space, they are relatively easy to keep and breed under artificial conditions and by using cameras, assays could be highly automatized. Thus, assessment of multiple animals during long periods is achievable. These features make my proposed research particularly potent to reveal the evolutionary potential of within-individual behavioural variation.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Natural selection acts on variation in phenotypic traits (e.g. morphology, behaviour) within a population. With other words, using behaviour as an example, if individuals of the same group do not differ in their behaviour, there is no evolutionary change in this trait. This is one of the main reasons why behavioural ecologists started to focus on consistent between-individual behavioural differences, often referred to as ‘animal personality’, instead of studying behaviour on the group-level. However, behavioural variation consists of another level: within-individual. There are two biologically relevant components of within-individual behavioural variation: behavioural plasticity (change in an individual’s behaviour resulted by environmental conditions) and behavioural predictability (short-term, reversible behavioural variability, independent of environment). Individuals consistently differ in the level of both behavioural plasticity and predictability, yet we know virtually nothing regarding the evolutionary and ecological importance of these components. Here I aimed to study whether within-individual behavioural variance is under selection per se. In order to elucidate this question, I will apply a complex experimental procedure using waterlouse, common pill bug and Trinidadian guppy as model organisms. Based on my research, we could gain valuable information about how behaviour is evolving, potentially gather new insight into the evolution of human behaviour. On the other hand, we could understand how animals react to the changing environment, which is a relevant question nowadays when human impact on nature reached a previously unseen extent.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
