The integration of spatial-ecology and animal behaviour in the unpredictable arid zone : A case study with the zebra finch

Abstract

Unpredictable environments present several challenges for animals that need to gather information to track ecological fluctuations to ensure access to resources and optimise life-history decisions. Part of the environmental unpredictability is linked to a heterogeneous distribution of resources, both temporally and spatially. Additionally, extreme climatic events (e.g. heatwaves) can prove physiologically and behaviourally challenging. In my thesis I integrated approaches from spatial and behavioural ecology to overcome current difficulties in the study of animal behaviour in the Australian arid environment. I focused research on wild zebra finches (Taeniopygia guttata) foraging behaviour. Insight into environmental heterogeneity came from classical vegetation surveys and the most up-to-date freely available remote sensing data, focusing on the spatial distribution of the primary nutritious source for the zebra finch - Enneapogon grasses. Enneapogon abundance and productivity varied at a local scale, both temporally and spatially, primarily driven by local environmental determinants. This variation was detectable using Sentinel-2A imagery, although with some limitations, validating its use in Australian arid areas, as tool for understanding primary productivity. Furthermore, I demonstrated that in arid landscape, zebra finches have to overcome the challenge of finding food in a patchy environment and cope with extreme climatic conditions. I demonstrated that over two consecutive heatwave events, zebra finch temporal, social and spatial foraging patterns were constrained by the heat. Finally, by experimentally manipulating both food availability and brood size I demonstrated variation in individual foraging behaviour, with some birds using a greater variety of food sources and more persistently checking depleted patches. This behavioural variation in foraging strategy related to reproductive success, providing empirical support for optimal foraging theory. Overall, my results promote the use of a spatial framework for the study of animal behaviour to given valuable insight to the challenges and constraints individuals face in harsh, heterogeneous and unpredictable habitat.

Unvorhersehbar schwankende Umwelten stellen für Lebewesen eine spezielle Herausforderung dar. Die Bewohner solcher Lebensräume müssen laufend Informationen über die Struktur der Landschaft und die wechselnden Bedingungen sammeln um fortwährend ihren Zugang zu Ressourcen zu sichern. Ein Teil der Unvorhersagbarkeit der Umwelt entsteht durch die heterogene Verteilung von Ressourcen, wie Nahrungsquellen, aber auch das Auftreten extremer klimatischer Events, wie Hitzewellen, sind prägende Faktoren. In meiner Doktorarbeit zeige ich auf wie es durch die Integration von Methoden aus der Verhaltensökologie und der räumlichen Ökologie möglich ist einige der derzeitig bestehenden Schwierigkeiten in der Erforschung von tierischem Verhalten in den ariden Bereichen Australiens zu überwinden. Hierbei lege ich einen speziellen Fokus auf das Nahrungssuchverhalten freilebender Zebrafinken (Taeniopygia guttata). Dazu kombinierte ich klassische Vegetationsaufnahmen mit den aktuellsten verfügbaren Fernerkundungsdaten („remote sensing“) und legte den Fokus der Untersuchung auf die räumliche Verteilung der primären Nahrungsquelle von Zebrafinken, Enneapogon Grasflächen. So konnte ich zeigen, dass die Verfügbarkeit von Enneapogon schon in einem sehr kleinen Maßstab sehr stark variiert. Im weiteren konnte ich demonstrieren, dass die Bilder des Sentinel 2A Satelliten, mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung, genutzt werden können um verlässlich die räumliche Variation unterschiedlicher Vegetationstypen der ariden Zonen Australiens zu bestimmen, wenngleich es dabei einige Einschränkungen gibt. Zusätzlich analysierte ich das Nahrungssuchverhalten der Zebrafinken im Sommer während zwei aufeinanderfolgender Hitzewellen. Die hohen Temperaturen beschränkten die räumlichen, zeitlichen und sozialen Muster bei der Futtersuche, was darauf hindeutet, dass ein energetischer Konflikt zwischen Nahrungssuche und Thermoregulation besteht. Der erhöhte Aufwand für die Thermoregulation bestätigte sich auch durch die Beobachtung, dass Verhaltensweisen zur Wärmeabfuhr vom Körper mit steigenden Temperaturen zunahmen. In einem weiteren Versuch, bei dem sowohl die Verfügbarkeit von Futter als auch die Brutgrößen in der freilebenden Zebrafinkenpopulation manipuliert wurden, untersuchte ich die Rolle der Beständigkeit mit der Nahrungsstellen besucht wurden. Obwohl die Beständigkeit bei der Nahrungssuche zu einer höheren Anzahl besuchter Nahrungsstellen führte, wirkte sie sich negativ auf den Bruterfolg aus, was empirische Unterstützung für die „optimal foraging“ Theorie darstellt. Insgesamt zeigt die hier vorgestellte Arbeit wie wichtig es ist die räumlichen Rahmenbedingungen in die Untersuchung tierischen Verhaltens miteinzubeziehen um ganzheitlicher untersuchen zu können wie Lebewesen mit den Herausforderungen und Einschränkungen eines harschen, heterogenen, unvorhersehbaren Habitats umgehen.