Trăirea în grupuri sociale stabile este asociată cu dimensiunea creierului redusă la ciocănitori (Picidae)

Școala de Psihologie, Universitatea din St Andrews, St Andrews, Fife KY16 9JP, Marea Britanie

Școala de biologie, Universitatea din St Andrews, St Andrews, Fife KY16 9ST, Marea Britanie

Richard W. Byrne

Școala de Psihologie, Universitatea din St Andrews, St Andrews, Fife KY16 9JP, Marea Britanie

Școala de biologie, Universitatea din St Andrews, St Andrews, Fife KY16 9ST, Marea Britanie

Richard W. Byrne

Școala de Psihologie, Universitatea din St Andrews, St Andrews, Fife KY16 9JP, Marea Britanie

Abstract

Mărimea grupului prezice mărimea creierului la primate și la alte grupuri de mamifere, dar nu s-a găsit o astfel de relație la păsări. În schimb, legătura stabilă a perechilor și îngrijirea bi-parentală au fost identificate ca corelate ale creierului mai mare la păsări. Am investigat relația dintre dimensiunea creierului și sistemul social din cadrul familiei Picidae, folosind analiza de regresie controlată filogenetic. Nu am găsit niciun efect specific al duratei sau puterii legăturilor de perechi, dar dimensiunile creierului au fost sistematic mai mici la speciile care trăiesc în grupuri sociale de lungă durată, de dimensiuni mai mari. Trăirea în grup poate prezenta o provocare cognitivă numai în grupuri în care membrii au relații competitive individuale; prin urmare, propunem ca grupurile care funcționează în beneficiul cooperării să permită dezinvestirea în țesutul cerebral scump.

1. Fundal

2. Metode

(a) Măsurători ale creierului și ale masei corporale

Măsurile de volum ale creierului pentru un total de 61 de specii au fost incluse în analize. Datele pentru 39 de specii erau deja disponibile [11]; în plus, am măsurat dimensiunea creierului pentru 30 de specii la Muzeul de Istorie Naturală din Londra, Tring, unde a fost posibil, medierea măsurătorilor a două exemplare diferite pentru fiecare ( = 52). Pentru cele nouă specii care s-au suprapus între aceste două surse, măsurile s-au corelat îndeaproape (r = 0,995, = 9, = 0,01).

(b) Categorizarea sistemului social

Informațiile despre organizarea socială a ciocănitorului [12] au fost clasificate după cum urmează. Solitar a inclus specii care au fost legate în pereche numai la reproducere și izolate altfel (izolate mai mult de jumătate din fiecare an). Viața în pereche a inclus specii care au prezentat legături de pereche pe termen lung și/sau au rămas în grupuri familiale dincolo de sezonul de reproducere (mai mult de jumătate din fiecare an cu un partener sau într-un grup). Trăirea în grup a inclus specii care au trăit pe termen lung în grupuri comunale; în toate cazurile, membrii grupului au petrecut mai mult de jumătate din fiecare an în asociere cu specificați, în plus față de partenerul lor și ultimul lor puiet (vezi materialul suplimentar electronic pentru detalii despre sistemele sociale).

(c) Metode statistice

Am analizat datele folosind regresia filogenetică a celor mai mici pătrate generalizate (PGLS), care încorporează relația filogenetică a speciilor în termenul de eroare al modelului [13]. Un arbore de credibilitate maximă a cladei (MCC) (adică cel mai probabilistic arbore; vezi figura 1) a fost identificat folosind software-ul TreeAnnotator [14,16] dintr-un eșantion de 3000 de filogenii construite folosind o coloană vertebrală familială de Hackett și colegii [15,17] . Toate filogeniile au fost obținute de pe site-ul www.birdtree.org [15]. Lambda (λ), o măsură a semnalului filogenetic care poate varia între 0 (minim) și 1 (maxim), a fost estimată din reziduurile modelului folosind probabilitatea maximă și a fost utilizată pentru a controla neindependența statistică rezultată din relația dintre specii. Deoarece analizele efectuate folosind un singur arbore MCC nu țin cont de posibilitatea incertitudinii filogenetice, am efectuat și analiza noastră pe întregul eșantion de 3000 de filogenii folosind metode Bayesian Markov lanț Monte Carlo (MCMC) (rezultate din analiza Bayesian MCMC, care a făcut nu diferă ca model de cele generate cu ajutorul arborelui unic MCC, pot fi găsite în materialul electronic suplimentar).

Figura 1. Relații evolutive între ciocănitori. Arborele maxim al credibilității cladei cu înălțimile medii ale nodului, produs folosind TreeAnnotator [14]. Speciile sunt colorate de organizarea socială: albastru: solitar; roșu: trăire în pereche; galben: trăire în grup. Lungimile ramurilor reprezintă timpul; bara de scară reprezintă 3 Myr [15].

Modelul de regresie a inclus organizarea socială ca o variabilă independentă categorică pe trei niveluri (solitară, la speciile cu legături de perechi evidente numai în timpul creșterii tinerilor; viață de pereche, la speciile în care perechea și puii lor rămân împreună o mare parte sau tot anul; viața de grup, la speciile care trăiesc în grupuri mai mari și mai permanente de mai multe tipuri diferite) și volumul creierului transformat în log ca variabilă dependentă. O măsură de dimensiune a corpului transformată în jurnal a fost inclusă ca o covariabilă pentru a se adapta efectelor de scalare alometrice asupra dimensiunii creierului. Am testat efectul principal al organizării sociale utilizând ANOVA și, de asemenea, am făcut trei contraste planificate între categoriile de organizare socială (solitară versus viață de pereche, solitară versus viață de grup și viață de pereche versus viață de grup) prin schimbarea categoriei nivelul de referință din model. Am efectuat toate analizele în R v. 3.1.3 folosind pachetele ape [18] și tumbă [19], și am văzut copaci în F ig T ree [20].

3. Rezultate

Modelul complet PGLS a oferit o potrivire semnificativ mai bună a datelor decât modelul nul (numai interceptare) (F3,57 = 63,54, 2 = 0,76, λ = 0,79). La 61 de specii de ciocănitoare, dimensiunea creierului a fost semnificativ asociată cu organizarea socială (F2,57 = 3,18,

Figura 2. Relația dintre dimensiunea corpului și dimensiunea creierului speciilor de ciocănitoare la diferite niveluri de organizare socială. Punctele reprezintă greutatea corporală transformată în bușteni și volumul creierului transformat în bușteni pentru speciile care trăiesc în organizații sociale solitare (albastre), cu perechi (roșii) și cu grupuri (galbene). Liniile reprezintă pante și interceptări estimate de regresia PGLS pentru toate cele trei grupuri.

4. Discutie

Relațiile stabile în cadrul speciilor monogame, legate de perechi, au fost identificate ca fiind dimensiunea relevantă a provocării cognitive la păsări [7,8,10]; cu toate acestea, un studiu separat nu a detectat niciun efect evident asupra dimensiunii creierului din legăturile de pereche extinse la corvii care se reproduc în mod cooperativ [21]. Rezultatele noastre în mod similar nu acceptă un efect specific al obligațiunilor de pereche extinse în Picidae: am constatat că dacă legătura de pereche persistă dincolo de sezonul de reproducere nu are legătură cu dimensiunea creierului speciei. Toate speciile de ciocănitori sunt cel puțin sezoniere, deoarece ambii adulți lucrează împreună pentru a crește puii; astfel, dacă perechile sau familiile extinse rămân împreună pe tot parcursul anului poate fi mai puțin relevantă decât relația dintre adulții care se reproduc.