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Cognitive adaptations in two sympatric mouse lemur species occupying different ecological niches

dc.contributor.advisorFichtel, Claudia Dr.
dc.contributor.authorHenke-von der Malsburg, Johanna
dc.date.accessioned2021-11-16T14:04:41Z
dc.date.available2021-11-23T00:50:03Z
dc.date.issued2021-11-16
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-5983-0
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-8948
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleCognitive adaptations in two sympatric mouse lemur species occupying different ecological nichesde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeFichtel, Claudia Dr.
dc.date.examination2021-05-11
dc.description.abstractgerMit kognitiven Fähigkeiten können Tiere Informationen aus der abiotischen und biotischen Umwelt wahrnehmen, verarbeiten und auf diese Informationen in einem angemessenen Umfang reagieren. Die Untersuchung kognitiver Variabilität zwischen Individuen und Arten ist von großem wissenschaftlichem Interesse, das zur Formulierung mehrerer Hypothesen zur Erklärung kognitiver Evolution geführt hat. Hirnareale können in Größe und Entwicklung mit kognitiven Fähigkeiten, die sie verarbeiten korrelieren, und sozio-ökologische Faktoren wurden mit verschiedenen Maßen zur kognitiven Entwicklung in Verbindung gebracht. Um den adaptiven Wert kognitiver Fähigkeiten zu verstehen, sind jedoch Kovariationen zwischen phänotypischen kognitiven Leistungen und sozio-ökologischen Faktoren ausschlaggebend. Während die Untersuchung entsprechender Zusammenhänge mit sozialen Faktoren im Fokus vergleichender Studien standen, wurde weniger systematisch untersucht, inwiefern kognitive Fähigkeiten mit welchen ökologischen Faktoren verknüpft sind. So wird zwar vermutet, dass ökologische Generalisten ökologische Spezialisten bei kognitiven Herausforderungen konsequent übertreffen, ein entsprechender Zusammenhang ist jedoch empirisch nicht systematisch belegt. In dem ersten theoretischen Ansatz meiner Dissertationsarbeit, habe ich bisherige vergleichende Studien untersucht, in denen kognitive Leistungen zwischen mindestens zwei Arten der gleichen phylogenetischen Ordnung experimentell verglichen wurden. Diese Studien belegen, dass kognitive Variationen mit artspezifischen Nahrungs-präferenzen, damit im Zusammenhang stehenden Futtersuchverhalten, sowie der Anpassung zur Migration oder der Komplexität des Lebensraums zusammenhängen können. Andere ökologische Faktoren, wie beispielsweise eine Synökologie mit Raubtieren oder Parasiten, oder der Grad der ökologischen Spezialisierung, wurden jedoch nur gelegentlich mit kognitiven Leistungen in Verbindung gebracht. Nur ein Teil der untersuchten Studien erwähnte ausdrücklich den Grad der ökologischen Spezialisierung der verglichenen Arten. Nachdem ich die entsprechenden Informationen durch das Heranziehen zusätzlicher Literatur ergänzt hatte, verwendete ich einen Vorzeichentest, um abzuschätzen, ob der Grad der Nahrungs- oder Habitatspezialisierung konsistent mit kognitiven Leistungen kovariiert. In insgesamt 26 von 34 Vergleichen unterschieden sich die untersuchten Arten in ihren kognitiven Leistungen. In 62% dieser Vergleiche erzielte der Nahrungsgeneralist höhere Leistungswerte als der relative Nahrungsspezialist. Habitatgeneralisten erzielten in 72% der Vergleiche höhere Werte als relative Habitatspezialisten. Allerdings war die Ausprägung zum ökologischen Generalisten nicht signifikant mit höheren Leistungswerten verbunden, vor allem, wenn andere kognitive Fähigkeiten als innovative und flexible Lernfähigkeiten untersucht wurden. Es bleibt daher fraglich, ob Generalisten über ein breiteres Spektrum kognitiver Fähigkeiten hinweg generell besser abschneiden als spezialisiertere Arten. In dem zweiten empirischen Ansatz meiner Dissertationsarbeit, habe ich zwei wildlebende Primatenarten in einer umfangreichen kognitiven Testbatterie getestet. Die beiden Schwesterarten, der Graue und der Madame Berthe-Mausmaki besitzen ein vergleichbares Sozialsystem, sind im gewählten Studienort zeitgleich vorzufinden, sind dort aber unterschiedlich an ökologische Faktoren angepasst. Im Wesentlichen ist der Graue Mausmaki ein Nahrungs- und Habitatgeneralist, während der Madame Berthe- Mausmaki entlang dieser Achsen ihrer ökologischen Nische stärker spezialisiert ist. Das Besetzen unterschiedlicher ökologischer Nischen bei ähnlichen ökologischen Herausforderungen steht mit komplexen evolutionären Prozessen für ökologische Anpassungen in Zusammenhang, die mit der kortikalen Entwicklung verbunden sein und mit kognitiven Fähigkeiten kovariieren können. Entsprechend der Hypothese zur Opportunistischen Intelligenz, sollte der generalistische Graue Mausmaki den spezialisierten Madame Berthe-Mausmaki durchwegs in kognitiven Tests übertreffen. Alternativ dazu könnten artspezifische Leistungsniveaus mit artspezifischen ökologischen Anpassungen kovariieren. Zum Beispiel fressen Graue Mausmakis mehr Baumharz, eine Eigenschaft, die mit besserer Selbstkontrolle in Verbindung gebracht wurde. Madame Berthe-Mausmakis bewegen sich über größere Aktionsräume und ernähren sich hauptsächlich von ungleichmäßig verteilten Insektensekreten, was mit räumlichen Fähigkeiten kovariieren könnte. Letztendlich haben sich die beiden Arten in etwa zwei Dritteln der untersuchen kognitiven Leistungswerte unterschieden. Graue Mausmakis waren dabei innovativer, was ihnen den Vorteil verschaffen könnte, adaptiv auf variable Umweltbedingungen zu reagieren. Jedoch übertrafen sie die Madame Berthe-Mausmakis nicht durchgehend. Diese waren beispielsweise aktiver und konnten visuelle und räumliche Zusammenhänge mit einer Futterbelohnung schneller erlernen. Meine experimentellen Ergebnisse der Mausmakis decken sich also mit den theoretischen Erkenntnissen der untersuchen Literatur, indem Generalisten Spezialisten nicht per se in kognitiven Experimenten übertreffen. Trotz der scheinbaren Überlegenheit von Generalisten in Bezug auf innovatives Problemlösen, sind sie Spezialisten in anderen kognitiven Aufgaben nicht durchweg überlegen. Vielmehr sind kognitive Leistungen besser mit anderen ökologischen Faktoren verknüpft, die in zukünftigen Studien detaillierter entschlüsselt werden könnten, wenn anstelle der kategorischen Klassifizierung der ökologischen Nische eher metrische Variablen gemessen würden. Nichtsdestotrotz geben die Ergebnisse meiner Arbeit als erster groß angelegter vergleichender Ansatz in diesem spannenden Forschungsfeld einen wesentlichen Einblick in den Zusammenhang zwischen testbaren kognitiven Fähigkeiten und ökologischen Faktoren.de
dc.description.abstractengCognition describes an individual’s abilities to perceive, process, and act on information of the abiotic and biotic environment. The investigation of cognitive variation between individuals and species has been of interest for many decades and several hypotheses have been proposed to explain the evolution of cognition. Sizes of certain brain areas covary with the cognitive abilities they process, and socio-ecological factors have been related to various brain size measures. However, covariations of phenotypic cognitive performances with socio-ecological factors are essential to understand the adaptive value of cognitive abilities. While links with social factors have been the focus of comparative studies, which and how cognitive abilities and ecological factors link with each other, has been less systematically investigated. Precisely, it is assumed, that ecological generalists consistently outperform ecological specialists in cognitive challenges, but a respective link lacks systematic empirical evidence. In my first theoretic approach, I reviewed the literature for comparative studies that experimentally assessed cognitive performances among at least two species of the same phylogenetic order. I found that cognitive variation can be related to species-specific dietary preferences, related foraging behaviors, migratory behavior, or habitat complexity. However, other ecological factors, such as the synecology with predators or parasites, or the degree of ecological specialization, have largely been disregarded to be linked with cognitive performances. Only a subset of the reviewed studies specifically mentioned the degree of ecological specialization of the species in comparison. After complementing the respective information using additional literature, I applied a sign-test to estimate whether the degree of dietary or habitat specialization consistently covaries with cognitive performances. Across a total of 34 comparisons, N = 26 cognitive performances differed between the species in comparison. In 62% of these comparisons, the dietary generalist achieved higher performance scores than the relative dietary specialist. Habitat generalists achieved higher scores than relative habitat specialists in 72% of the comparisons. However, ecological generalism was not significantly associated with higher performances that go beyond innovative and flexible learning abilities. It remains therefore questionable, whether generalist species consistently outperform more specialist species across a broader range of cognitive abilities. In my second empirical approach, I applied a conclusive cognitive test battery to two wild primate sister species. The gray and the Madame Berthe’s mouse lemur possess a comparable social system, occur in sympatry at the chosen study site, but are differentially adapted to ecological factors. Essentially, the gray mouse lemur is a dietary and habitat generalist, while the Madame Berthe’s mouse lemur is more specialized along these ecological niche axes. Occupying different ecological niches, while experiencing similar ecological challenges, assumes complex evolutionary processes for ecological adaptations that may be linked to cortical development, and may covary with cognition. Following the Opportunistic Intelligence Hypothesis, the generalist gray mouse lemur should consistently outperform the specialist Madame Berthe’s mouse lemur across the various cognitive tests. Alternatively, species-specific performance levels could covary with specific ecological adaptations. For instance, gray mouse lemurs feed more on gum, a characteristic that has been associated with better self-control. Madame Berthe’s mouse lemurs have larger home ranges and feed mostly on spatially clumped homopteran secretions, which may covary with spatial abilities. In summary, the two species differed in about two third of the assessed performance scores. Gray mouse lemurs were more innovative, which may provide them the advantage to adaptively respond to variable environmental conditions. However, they did not consistently outperform Madame Berthe’s mouse lemurs, which were more active and learned visual and spatial reward contingencies faster. Hence, the experimental results in mouse lemurs parallel the theoretic findings of the reviewed literature, in that generalist species do not outperform specialist species per se. Despite the apparent superposition of generalists with respect to innovative problem-solving, they do not consistently outperform specialists in other cognitive tasks. Rather, performances are better linked to other ecological factors, which might be more accurately disentangled in future studies using metric estimates instead of the categoric classification of ecological specialization. Nevertheless, as the first large scale comparative approach within this exciting research field, the results of my thesis offer substantial insight into the link between cognitive test performances and ecological factors.de
dc.contributor.coRefereeOstner, Julia Prof. Dr.
dc.subject.engmouse lemursde
dc.subject.engdegree of ecological specializationde
dc.subject.engcognitive evolutionde
dc.subject.engcognitionde
dc.subject.engexperimental test batteryde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-5983-0-4
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät für Biologie und Psychologiede
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.description.embargoed2021-11-23
dc.identifier.ppn1777581389


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