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dc.contributor.advisor Ostner, Julia Prof. Dr.
dc.contributor.author Müller, Nadine
dc.date.accessioned 2019-03-04T09:15:48Z
dc.date.available 2019-03-04T09:15:48Z
dc.date.issued 2019-03-04
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E5B7-1
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc 570 de
dc.title The costs and benefits of sociality in semi-free ranging Barbary macaques (Macaca sylvanus) de
dc.type doctoralThesis de
dc.contributor.referee Schülke, Oliver Dr.
dc.date.examination 2018-08-07
dc.description.abstractger Infektionen mit Parasiten sind im Tierreich allgegenwärtig, und ein erhöhtes Risiko für Parasitenübertragung gilt als einer der größten Nachteile des Gruppenlebens. Mit zunehmender Gruppengröße und Anzahl an Interaktionen sollte es zu häufigeren Kontakten mit Krankheitserregern und damit zu vermehrter Krankheitsübertragung kommen. Im Gegensatz dazu tragen soziale Integration und enge affiliative Beziehungen bei sozial lebenden Tierarten zu besserem Gesundheitszustand, höherer Lebenserwartung und höherem Reproduktionserfolg bei. Es wird daher angenommen, dass durch soziale Interaktionen positive Einflüsse auf die Gesundheit, unter anderem niedrigere Anfälligkeit für Krankheiten, entstehen, die zu Fitnessvorteilen führen. Besonders bei wildlebenden Tieren sind die Mechanismen, über die Sozialverhalten zu Gesundheitsvorteilen führt, noch weitestgehend unbekannt. Jüngste methodologische und theoretische Fortschritte auf den Gebieten der Krankheitsökologie und Öko-Immunologie erleichtern die Erforschung der Verbindungen zwischen Parasiten und dem Sozialverhalten des Wirts. Somit rückt die Erforschung der Dynamik zwischen Wirtstieren und Parasiten und die verbindung zwischen Sozialverhalten und Gesundheit zunehmend auch in den Fokus der Verhaltensökologie und Evolutionsbiologie. Gastrointestinale Parasiten sind ein vielversprechendes System, um die Zusammenhänge zwischen Sozialverhalten und Gesundheit zu untersuchen, da sie nicht-invasiv analysiert werden können. Allerdings sind Wirt-Parasitenbeziehungen komplex und beinhalten oft Rückkopplungsschleifen: Während Infektionen mit Parasiten das Verhalten des Wirtes beeinflussen, bestimmen Verhalten und Physiologie des Wirtes Kontaktraten mit Krankheitserregern und Anfälligkeit für Infektionen. Da zumeist Korrelationsstudien vorliegen, sind die kausalen Zusammenhänge zwischen den Interaktionen von Wirtsverhalten, Physiologie und Parasiteninfektionen weitestgehend unbekannt. Zusätzlich kann das Verhalten des Wirtes gleichzeitig zum Kontakt mit Krankheitserregern und der Infektionsanfälligkeit beitragen und beide Komponenten können miteinander verwoben sein, so dass es schwierig ist, die Rolle von sozialen Interaktionen für Parasitenübetragung zu entschlüsseln. Um die Ursachen und Konsequenzen von Infektionen mit gastrointestinalen Helminthen zu verstehen, werden in dieser Dissertation die Zusammenhänge zwischen gastrointestinalen Parasiten, Physiologie, Verhalten und sozialen Interaktionen bei sozialen Primaten, den Berberaffen (Macaca sylvanus) untersucht. Dabei mache ich mir die routinemäßige Entwurmung einer halbwilden Population zu Nutze, die zur Freiheit von Infektionen mit Strongiliden führt. Durch die experimentelle Veränderung des Parasitenstatuses können eher Schlüsse über Kausalzusammenhänge der Interaktionen zwischen Wirt und Parasiten, insbesondere im Bezug auf das Sozialverhalten, gezogen werden, als es in Korrelationsstudien möglich ist. Hierzu werden Verhaltensdaten (ca. 3500 Stunden) mit Analysen von molekularen Marker der Immunregulation (Neopterin im Urin), der körperlichen Verfassung (C-Peptide im Urin) und der Aktivität der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-(HPA)-Achse und die Bestimmung des Infektionsstatuses verbunden. Um die methodische Ungenauigkeit der nicht-invasiver Parasitenanalysen zu berücksichtigen, werden Patch-Occupancy-Modelle zur Abschätzung der Infektionswahrscheinlichkeiten und des Risikos der Wiederansteckung genutzt. Zusätzlich wird analysiert, ob infektionsbezogene Verhaltensänderungen eine Folge von Krankheitsverhalten oder der Vermeidung infizierter Artgenossen sind. Dies lässt Rückschlüsse auf den Einfluss von Parasiteninfektionen auf das Sozialverhalten zu, die möglicherweise auf die soziale Evolution der Tiere übertragen werden können. Ich überprüfe auch, ob soziale Fellpflege als möglicher direkter Übertragungsweg das Risiko einer Ansteckung mit Darmparasiten vorhersagt. Infektionen mit Strongiliden, zumeist Oesophagostomum spp., waren in der Studiengruppe allgegenwärtig und zeigten meist geringe Ei-Ausscheidungsraten, aber große interindividuelle Unterschiede in der Wiederansteckungswahrscheinlichkeit. Diese Infektionen verursachten keine offensichtlichen Symptome oder eine Veränderung der körperlichen Verfassung. Sie riefen dennoch Anzeichen für Krankheitsverhalten hervor, messbar als stärkere Aktivität der HPA-Achse und geringere Aktivität infizierter Tiere. Die Entwurmung rief keine Veränderungen der Neopterinlevel hervor. Diese stiegen jedoch im Alter an, was auf Immunoseneszenz hindeutet. Da Infektionen mit weiteren Helminthen vorwiegend in älteren Individuen vorkommen, könnte dies darauf hindeuten, dass Immunoseneszenz die Fähigkeit der Tiere, Parasiteninfektionen einzudämmen, beeinflusst. Die Rate, mit der die Tiere sich Artgenossen annäherten, hing nicht mit dem eigenen Parasitenstatus, sondern dem des Partners zusammen, was auf eine Vermeidung infizierter Artgenossen hindeutet. Wiederansteckung wurde durch Marker für Parasitenanfälligkeit und -kontakt bestimmt. Der stärkste Prädiktor für eine schnellere Wiederansteckung war eine Ko-Infektion mit weiteren gastrointestinalen Helminthen. Es gab keine Hinweise darauf, dass HPA-Achsenaktivität oder Immunfunktion starke Prädiktoren für eine Wiederansteckung sind. Eine gute körperliche Verfassung führte zu einer tendenziellen Erhöhung des Ansteckungsrisikos, was wahrscheinlich ein Zeichen für Toleranz gegenüber Darmparasiteninfektionen in Berberaffen ist. Der Übertragunsweg von Strongyliden über die Umwelt wurde bestätigt: Tiere, die viel Zeit in Gebieten mit hoher Kotkontamination verbrachten, d.h. wahrscheinlich häufig Kontakt mit infektiösen Parasitenstadien hatten, hatten auch ein erhöhtes Ansteckungsrisiko. Starke soziale Bindungen zu Partnern des anderen Geschlechts verringerten das Infektionsrisiko, wahrscheinlich auf Grund positiver Effekte sozialer Interaktionen auf die Funktion des Immunsystems. Im Gegensatz dazu führten soziale Fellpflege mit einer Vielzahl an Partnern und enge Bindungen mit gleichgeschlechtlichen Partnern zu einer höheren Ansteckungswahrscheinlichkeit, was eine soziale Komponente bei der Parasitenübertragung nahelegt. Dabei deutet die Diskrepanz zwischen den Effekten von Bindungen zu getrennt- und gleichgeschlechtlichen Partnern wahrscheinlich darauf hin, dass spezifische Verhaltensweisen unterschiedlich stark zum Kontakt mit Parasiten und der Infektionsanfälligkeit beitragen. Zusammenfassend legen die Ergebnisse nahe, dass Infektionen mit gastrointestinalen Parasiten das Sozialverhalten nichtmenschlicher Primaten beeinflussen können. In Anbetracht der zweischneidigen Rolle sozialer Beziehungen erscheint das Ausprägen weniger, starker Bindungen als mögliche Strategie, die Vorteile von Beziehungen voll auszukosten und gleichzeitig die Nachteile zu minimieren - mit dem Vorbehalt, dass einige Interaktionsmuster mehr Vorteile mit sich bringen können als andere. Durch meine Ergebnisse ergeben sich eine Reihe neuer Fragen, die in zukünftigen Studien beantwortet werden sollten, insbesondere ob Primaten Parasitentoleranzstrategien nutzen können, um die Kosten von Parasiteninfektionen einzudämmen. Zu entschlüsseln, welche Komponenten des Sozialverhaltens mit Kontakt zu Krankheitserregern und der Anfälligkeit für Infektionen zusammenhängen ist wichtig, um die Variation des Infektionsrisikos zwischen einzelnen Tieren und deren Beitrag zur Übertragung von Krankheiten innerhalb einer Population zu verstehen. Zu untersuchen, ob Unterschiede in der Reaktion auf Parasiteninfektionen Langzeitfolgen für Gesundheit und Fitness vorhersagen, ist ein wichtiger nächster Schritt, um den Einfluss der Wirt-Parasitenbeziehung auf das Verhalten möglicherweise die soziale Evolution von Wirtstieren zu verstehen. de
dc.description.abstracteng Parasite infections are ubiquitous throughout the animal kingdom, and increased risk of parasite transmission has been suggested as one of the major costs of group living. With bigger group size and higher interaction frequencies, transmission is expected to increase due to higher pathogen exposure. In contrast, social integration and close affiliative relationships are known predictors of increased health, longevity and reproductive success in social animals. Sociality is thus hypothesized to offer fitness benefits by improving health, including reduced susceptibility to infectious diseases. The underlying mechanisms mediating the health benefits of social interactions are still largely unclear, particularly in wildlife. Recent methodological and theoretical advances in the fields of disease ecology and eco-immunology make studying the links between host sociality and parasites more feasible. Consequently, understanding host-parasite dynamics and the role of sociality for health has received increasing attention in behavioural ecology and evolutionary biology. Gastrointestinal (GI) helminths are a powerful tool to study the links between sociality and health, as they can be assessed noninvasively. However, host-parasite interactions are complex and can function as feedback loops: parasites alter their host’s physiology and behaviour, which in turn predict exposure and susceptibility to parasite infection. Often the directionality of the links between host behaviour, sociality and physiology and infection isn’t clear due to the correlational nature of conducted studies. Additionally, host behaviour can contribute to both exposure and susceptibility simultaneously and both factors can be intertwined, so understanding the role of sociality for parasite transmission is challenging. In this thesis I investigate the host-parasite dynamic between GI helminth infections and a social primate, the Barbary macaque (Macaca sylvanus), aiming at understanding the causes and consequences of GI helminth infection. Capitalizing on strongyle nematode clearance by routine anthelmintic treatment in a semi-free ranging population, I can take a step beyond correlational studies and draw more causal inferences about the direction of host-parasite interactions, placing a special focus on social behaviour. I combine behavioural observation data (~ 3500 hours) with analyses of molecular markers of immune regulation (urinary neopterin, uNEO), physical condition (urinary C-peptide, uCP) and hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis activation and parasite status assessment. This enables me to assess the consequences of parasite clearance and investigate the predictors of reinfection with GI helminths. To account for uncertainty of noninvasively assessed parasite status, I use patch occupancy modelling to estimate infection probabilities and individual reinfection risk. I test whether infection related behavioural changes are attributable to sickness behaviour or avoidance of infected conspecifics to extrapolate the impact of GI helminth infections on social behaviour and potentially evolution. With regard to parasite transmission, I test whether grooming predicts reinfection risk, indicating transmission due to social contact. Strongyle nematode infections, mostly caused by Oesophagostomum spp., were ubiquitous within the study population, with generally low egg shedding and large inter-individual variation in reinfection risk. Infections did not cause overt symptoms or affect physical condition. They nonetheless elicited sickness behaviour responses, namely increased HPA axis activation in combination with reduced activity. Anthelmintic treatment did not alter uNEO levels, but uNEO increased with age, implying immunosenescence. As coinfections with further GI helminths occurred mostly in old individuals, immunosenescence might influence an individual’s ability to cope with GI helminth infections in general. Individual frequency to initiate proximity to others was not predicted by an individual’s, but by the potential partner’s infection status, indicating avoidance of infected individuals. Reinfection was predicted by measures of both susceptibility and exposure. The strongest predictor of earlier reinfection was coinfection with further GI helminth taxa. I found no evidence for HPA axis activation and immune function as strong predictors of reinfection. Being in good physical condition tended to increase reinfection risk, indicating the presence of parasite tolerance strategies in Barbary macaques. Time spent in areas likely contaminated with faeces, a measure of exposure to infective parasite stages, emerged as a predictor of increased infection risk, confirming the direct environmental transmission route of strongyle nematodes. High social bond strength with opposite sex partners decreased reinfection probability, probably due to reduced susceptibility resulting from immunomodulatory effects of affiliative interactions. In contrast, grooming a high number of partners and strong bonds with same sex partners emerged as predictors of increased infection probability, implying a social component of transmission. Social interactions can thus have an ambivalent effect, contributing to both protection from and increased risk of GI helminth infections. The discrepancy between same and opposite sex bond effects is likely attributable to differences in interaction patterns, resulting in different relative contributions of same and opposite sex bonds to exposure and susceptibility. In conclusion, the results suggest that GI parasite infections can influence social behaviour in nonhuman primates. Given the dual role of social interactions for GI helminth transmission, a possible strategy to maximize benefits while limiting costs of sociality could be selective formation of strong bonds with a small number of partners, with the caveat that particular interaction patterns might be more beneficial than others. My results lead to a range of questions which need to be addressed by future research, particularly whether primates mitigate costs of infection by employing tolerance strategies. Causally linking components of social behaviour to exposure and susceptibility will be important for understanding individual variation in infection risk and contribution to transmission through a population. Investigating whether variation in responses to GI helminth infections predict long-term health and fitness outcomes will be vital to assess the impact of host-parasite dynamics on behaviour and potentially host social evolution. de
dc.contributor.coReferee Penke, Lars Prof. Dr.
dc.subject.eng Macaques de
dc.subject.eng Social relationships de
dc.subject.eng Parasites de
dc.subject.eng Physiology de
dc.subject.eng Exposure de
dc.subject.eng Susceptibility de
dc.subject.eng anthelmintic treatment de
dc.subject.eng Parasite transmission de
dc.subject.eng Immunemarker de
dc.subject.eng Wildlife health de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-002E-E5B7-1-7
dc.affiliation.institute Biologische Fakultät für Biologie und Psychologie de
dc.subject.gokfull Biologie (PPN619462639) de
dc.identifier.ppn 1673518915

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