Univerzita Karlova v Praze Přírodov ědecká fakulta Katedra zoologie Odd ělení ekologie a etologie
Studijní program: Biologie Studijní obor: Zoologie
Bc. Barbora Žampachová
Opakovatelnost a personalita v testech explora čního chování
Repeatability and personality in tests of exploratory behaviour
DIPLOMOVÁ PRÁCE
Školitel: Doc. RNDr. Daniel Frynta, PhD.
Konzultant: RNDr. Eva Landová, PhD.
Praha, 2015
Prohlášení:
Prohlašuji, že jsem záv ěre čnou práci zpracovala samostatn ě a že jsem uvedla všechny použité informa ční zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla p ředložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu.
V Praze dne 13.8. 2015 ……………………………
Bc. Barbora Žampachová
Pod ěkování
Na tomto míst ě bych ráda pod ěkovala p ředevším svému školiteli docentu Danielu Fryntovi a své konzultantce doktorce Ev ě Landové za zajímavé téma práce a neocenitelnou pomoc p ři statistickém vyhodnocení a rady p ři sepisování práce. Velké pod ěkování pat ří také Han ě Šimánkové a Barbo ře Kaftanové za rady a pomoc, bez kterých by tato práce nevznikla. Také bych cht ěla pod ěkovat svojí rodin ě za veškerou podporu, kterou mi p ři studiu poskytli.
Abstrakt
Personalita, tedy individuální rozdíly mezi zví řaty, stabilní v čase i mezi kontexty, je vysoce populárním tématem. V poslední dob ě se do pop ředí zájmu dostává v souvislosti s personalitou i tzv. opakovatelnost, která m ěř í práv ě stabilitu t ěchto rozdíl ů v čase. Cílem této diplomové práce je vyhodnotit personalitu krys v běžn ě používaných testech chování v novém prost ředí (open field test, hole board test) a srovnat, jak chování v těchto testech vzájemn ě koreluje a jak se m ění v čase. Každý test byl zopakován osmkrát, s různými intervaly (24 hodin, 6 dní, 4 týdny). Z výsledk ů lze odvodit, že nejvíce variability chování v těchto testech vysv ětlují t ři hlavní osy. První z nich souvisí s lokomotorickou aktivitou. Prvky chování, sytící tuto osu, jsou nejlépe opakovatelné. Druhá osa je sycená p řevážn ě časem, který zví řata stráví v centrální části arény, a třetí osa p ředstavuje zájem o díry v hole board testu. Tyto dv ě osy jsou opakovatelné h ůř e. U všech prvk ů chování, spojených s těmito osami, se ale objevil pr ůkazný efekt identity zví řete, který p ředstavuje personalitu.
Klí čová slova: opakovatelnost, personalita, explorace, neofobie, open field test, hole board test
Abstract
Personality, or behavioural differences among individuals, which are stable both in time and across contexts, is a highly popular topic. Currently there has been an increase of interest in the relationship between personality and repeatability, which is a methodical approach developed to measure the stability of interindividual differences in time. The aim of this thesis is to evaluate the personality of rats according to behavioural patterns exhibited under widely used testing procedures in new environment (open field test, hole board test) and to compare, how behavioural traits in these tests mutually correlate and change over time. Each test trial was repeated eight times with different intervals (24 hours, 6 days, 4 weeks). The results suggest that most of the recorded behavioural variability can be explained with three principal axes. The first one is associated with loco-exploratory activity of the subject. The elements of behaviour associated with this axis are the most repeatable. The second axis is mostly associated with time the animal spent in the central part of the arena and the third axis represents the interest in holes in hole board test. These two axes are less repeatable. A significant effect of the identity of the animal was found in all behavioural traits, associated with these axes.
Key words: repeatability, personality, exploration, neophobia, open field test, hole board test
Obsah 1. Úvod ...... 1 2. Teoretický úvod ...... 2 2.1. Personalita ...... 2 2.1.1 Aktivita ...... 3 2.1.2. Agresivita a socialita ...... 4 2.1.3 Explorace a boldness ...... 4 2.1.4 Souvislost mezi osami personality ...... 6 2.1.5 Intraindividuální variabilita (IIV) ...... 6 2.2. Opakovatelnost ...... 7 2.2.1 Metody výpo čtu opakovatelnosti v behaviorálních studiích ...... 7 2.2.2 Dosavadní poznatky o opakovatelnosti chování ...... 9 2.3. Krysa obecná ( Rattus rattus ) ...... 13 2.3.1 Taxonomické za řazení a fylogenetické postavení krysy obecné ...... 14 2.3.2 P ůvod a geografické rozší ření krysy ...... 15 2.3.3. Biologie krysy ...... 17 2.4. Explorace a neofobie u hlodavc ů, zejména u rodu Rattus ...... 19 2.4.1 Chování v novém prost ředí ...... 19 2.4.2. Reakce na nový p ředm ět ...... 22 2.4.3. Rozdíly mezi pohlavími ...... 23 2.4.4. Shrnutí ...... 23 3. Metodika ...... 25 3.1 Behaviorální testování ...... 26 3.2 Vyhodnocení záznam ů chování ...... 27 3.3 Statistické vyhodnocení ...... 29 4. Výsledky ...... 31 4.1 Explora ční analýza ...... 31 4.2 Modely ...... 39 4.3 Opakovatelnost ...... 43 4.4 Osy personality ...... 48 4.5 Vztah mezi personalitou a fyziologickým stavem ...... 51 4.6 Reakce na nový p ředm ět (Novel object test) ...... 51 5. Diskuze ...... 53
5.1 Lokomotorická a explora ční aktivita ...... 53 5.2 Sezení v centrální části ...... 56 5.3 Head-dipping ...... 57 5.4 Reakce na nový p ředm ět ...... 58 5.4 Rozdíly mezi pohlavími ...... 59 6. Záv ěr ...... 61 7. Seznam literatury ...... 62 8. P řílohy ...... 73
1. Úvod
V poslední dob ě je velmi populárním tématem personalita u zví řat. Jedna z definic personality říká, že se jedná o opakovatelné rozdíly v chování mezi jedinci, zejména v agresivit ě, socialit ě, aktivit ě, boldness a exploraci (Réale et al., 2010; Careau & Garland, 2012). Existuje mnoho komplexních review o personalit ě (Sih et al., 2004a, 2004b; Carere & Eens, 2005; Réale et al., 2010) a práce zabývající se opakovatelností (Bell et al., 2009), ale velmi málo studií se zabývá pr ůběhem chování, spojeného s personalitou, v čase a často testy tohoto chování neopakuje nebo má jen malý po čet opakování (Biro, 2012). Jednou z nej čast ěji testovaných os personality je explorace, tedy reakce na nový podn ět, která je velmi často m ěř ena jako chování v novém prost ředí. Tato metodika je často používána i ve farmakologickém a neurofyziologickém výzkumu. Je proto s podivem, že existuje jen málo informací o opakovatelnosti t ěchto test ů a vlivu ekologie a domestikace na chování v těchto testech. Cílem této práce je proto zam ěř it se na chování krysy obecné ( Rattus rattus ) v několika testech, často používaných pro blízce p říbuzné laboratorní potkany. Otázky, které by m ěly být zodpov ězeny, jsou následující: jak se m ění chování krysy obecné p ři n ěkolika opakováních stejného testu v různých časových intervalech? Jak vzájemn ě souvisí chování v různých uspo řádáních explora čních test ů (open field test, hole board test)? Existují u krysy konzistentní individuální rozdíly v chování v novém prost ředí, které by mohly být považovány za projev personality?
1
2. Teoretický úvod
2.1. Personalita
Personalitu zví řat obvykle chápeme intuitivn ě a u domácích mazlí čků ji lidé dokáží snadno popsat (Ley et al., 2008). P řesto není terminologie v odborné literatu ře ješt ě zcela sjednocena, ale b ěhem doby a v rámci r ůzných obor ů (etologie, behaviorální ekologie, ekologická fyziologie, neurofyziologie) existuje mnoho pojm ů, které ozna čují principiáln ě stejné nebo podobné jevy. Proto je nutné si používanou koncepci personality definovat. Navíc pojem personalita m ůže p ředstavovat ur čitou antropomorfizaci, n ěkdy se proto up řednost ňuje pojem temperament (Réale et al., 2007). Oba tyto termíny vyjad řují rozdíly v chování, které jsou konzistentní v čase a/nebo prostoru. Oproti tomu pojem behaviorální syndrom (Sih et al. 2004; Garamszegi et al. 2012) spíše zd ůraz ňuje, že se některé funk čně rozdílné vlastnosti často vyskytují pohromad ě, nap říklad že tzv. fast explorers (tj. zví řata, jejichž explora ční strategií je prostor prozkoumat rychle, za cenu toho, že ho neprozkoumají d ůkladn ě) jsou zárove ň i agresivn ější (Verbeek et al., 1996). Dále se používá rozd ělení na tzv. coping styles, což jsou rozdílné strategie, jak se zví řata vypo řádávají se stresem. Existují dv ě základní – proaktivní a reaktivní, kdy proaktivní zví řata se stresovou situaci snaží aktivn ě řešit, zatímco odpov ědí reaktivních zví řat je spíše imobilita. Proaktivní jedinci také bývají agresivn ější (Sluyter et al., 1996; Koolhaas et al., 1999). V lidské psychologii se objevil koncept p ěti základních os personality. Osa C vyjad řuje sv ědomitost a spolehlivost, osa O otev řenost v ůč i novým podn ětům, zv ědavost a kreativitu, osa E extroverzi, socialitu a asertivitu, osa A vst řícnost, ochotu k spolupráci a agresi, a osa N emo ční stabilitu, anxietu (úzkostlivost) a náladovost. Na základ ě tohoto modelu, tzv. Big Five Model nebo Five Factor Model (FFM) se mnoho prací snaží najít obdobných p ět os i u zví řat (Gosling & John, 1999). Tento model je ale n ěkdy považován za příliš složitý a n ěkteré práce dokonce tvrdí, že u lidí existuje jen jediná osa, tzv. General Factor of Personality (GFP), která spojuje všech p ět výše zmín ěných os do jedné (Rushton & Irwing, 2008). Nej čast ěji p řijímanými osami personality u zví řat jsou agresivita, socialita (neagresivní interakce s jedinci stejného druhu), aktivita, boldness (sm ělost) a explorace (Réale et al., 2010; Careau & Garland, 2012). Podrobn ější studie byly provád ěny u
2 konkrétních druh ů. Z analýzy studií personality ko ček (Gartner & Weiss, 2013) vystupovaly jako nejd ůležit ější osy p řátelskost (Sociable), dominance (Domintant) a zv ědavost (Curious), které by mohly odpovídat socialit ě, agresivit ě a exploraci. Studie ps ů, založená na dotaznících, které vypl ňovali majitelé, odhalila p ět komponent ů – extraverzi, nervozitu, soust řed ěnost na výcvik, p řátelskost a sebev ědomí. Zde už není analogie k obecn ě uznávaným osám tak jednozna čná, ale objevují se tam paralely k socialit ě (extraverze, p řátelskost) a k boldness (sebev ědomí, nervozita) (Ley et al., 2008). Podobná studie byla provedena na hyenách skrvnitých ( Crocuta crocuta ), kdy je hodnotili lidé, kte ří s nimi dlouhodob ě pracovali. I u nich bylo objeveno p ět os personality – pr ůbojnost (Assertiveness), vzrušivost (Excitability), vst řícnost v ůč i lidem (Human-Directed Agreeableness), sociabilita (Sociability) a zv ědavost (Curiosity). I zde se objevují chování související s explorací (zv ědavost), socialitou a agresivitou (pr ůbojnost) (Gosling, 1998). Přestože personalita sensu lato může být definována jako jakékoliv opakovatelné rozdíly v chování (Careau & Garland, 2012) a p řestože se u r ůzných druh ů zví řat liší metodické p řístupy ke zkoumání personality, v zásad ě se všeobecn ě uznává výše uvedených pět os. Agresivita je definována jako agonistické chování v ůč i jedinc ům stejného druhu, zatímco do sociality, jak už bylo zmín ěno výše, spadají veškeré neagresivní interakce s jedinci stejného druhu. Za aktivitu se považuje všeobecná míra pohybové aktivity, kterou jedinec vykazuje. Do boldness (odvážnosti) spadají reakce na potenciáln ě nebezpe čné situace, které ale nejsou pro jedince neznámé (v četn ě interakcí s člov ěkem), zatímco reakce na jakýkoliv nový podn ět, a ť už nové prost ředí, novou potravu nebo nový p ředm ět se řadí do explorace (shrnuto v Réale et al. 2007). Přestože osy personality spolu mohou korelovat, jedná se o samostatné teoretické koncepty, často zkoumané pomocí velmi rozdílných metodik. Jejich pochopení je d ůležité pro výb ěr správné metodiky pro vlastní výzkum personality. Tyto koncepty budou rozebrány v následujících podkapitolách.
2.1.1 Aktivita
Individuálními rozdíly ve spontánní aktivit ě se klasické personalitní práce zabývají spíše mén ě. Pokud už se o aktivit ě zmi ňují, je to p ředevším aktivita v novém prost ředí, která by ale ve zde používaném d ělení spadala spíše k ose explorace. Jak se ale ukázalo u koljušek tříostných ( Gasterosteus aculeatus ), tato dv ě chování nemusí být korelovaná (Dingemanse et al., 2007) a p ři komplexním studiu personality by se m ěla spontánní aktivit ě ve známém 3 prost ředí v ěnovat v ětší pozornost, než se doposud v ěnovala. U hlodavc ů lze používat tzv. voluntary wheel running, tedy dobrovolná aktivita v kole čku na b ěhání (Sherwin, 1998; Knab et al., 2009; Meek et al., 2009). Z řejm ě se jedná o d ědi čnou vlastnost, protože je možné vyšlechtit kmeny myší se zvýšenou fyzickou aktivitou a zvýšenou ochotou b ěhat v kole čku (Swallow et al., 1998). Aktivita samozřejm ě m ůže být ovlivn ěna mnoha dalšími vlastnostmi, nap ř. zdravotním stavem, ale i morfologickými parametry daného jedince (Hanson et al., 2007).
2.1.2. Agresivita a socialita
Interindividuální variabilita se projevuje i v sociálním kontextu, a ť už agresivním nebo přátelským chováním. Tradi čně se tyto dva projevy považují za dv ě r ůzné osy, ale jiný p řístup by je mohl považovat za dva protipóly téže vlastnosti. Individuální rozdíly v chování v sociálním kontextu se objevují ve v ětšin ě komplexn ějších studií personality (nap ř. Verbeek et al. 1996; Gosling 1998; Korpela 2011; Koski 2011; Gartner and Weiss 2013). Agresivita m ůže být do zna čné míry ovlivn ěná zkušenostmi, zejména tím, zda jedinec vyšel z předchozí agresivní interakce vít ězn ě nebo ne (Kudryavtseva et al., 2004; Lehner et al., 2011). Mimo jiné m ůže záviset i na jiných faktorech, nap ř. u gekon čík ů no čních (Eublepharis macularius ) m ůže být ovlivn ěná i teplotou inkubace (Flores et al., 1994). Pokud agresivitu a sociální chování bereme jako dv ě rozdílné osy, je z řejmé, že mezi nimi musí existovat trade-off a jednotlivé personalitní typy se mohou lišit v tom, jak budou tento trade-off řešit. Nap říklad u koljušek t říostných ( Gasterosteus aculeatus ) byl tento problém zkoumán tak, že samc ům byly zárove ň prezentovány dva konfliktní stimuly – samice a cizí samec. Reakce jednotlivých samc ů se konzistentn ě lišily – všichni se věnovali ob ěma stimul ům, ale n ěkte ří („lovers“) preferovali dvo řit se samici, ostatní se spíše v ěnovali útok ům na samce („fighters“) (Dzieweczynski et al., 2009).
2.1.3 Explorace a boldness
Podobn ě jako s chováním v sociálním kontextu je u boldness a explorace problém, zda tyto projevy považovat za dv ě rozdílné osy a pokud ano, tak které chování by se m ělo za řazovat do které osy. Explorace je chování z principu riskantní, a ť už je to pohyb po neznámém prost ředí, nová, potenciáln ě jedovatá potrava nebo explorace nového p ředm ětu, o
4 kterém zví ře neví, zda to není predátor (Réale et al., 2007). Za pravou exploraci se považuje chování, které nemá jiný cíl, než prozkoumat novou situaci (Hughes, 1997). Na druhou stranu explorace m ůže p řinést prosp ěch, řeší se tedy trade-off, kde se zví ře musí rozhodnout, jak moc bude riskovat, aby získalo p řípadné výhody, které explorace m ůže p řinést. M ůže být i kompeti ční výhodou, nap říklad se ukázalo, že více explorativní čipmanci východní ( Tamias striatus ) jsou čast ější v oblastech, kde se pohybuje hodn ě lidí (Martin & Réale, 2008a). Explorativní zví řata by tedy mohla lépe využívat prost ředí kolem lidských sídel. Rozdíl mezi boldness (sm ělostí) a explorací Reále a kol. (2007) spat řují v tom, že explorace je reakce na nové podn ěty, zatímco boldness se projevuje v případech, kdy situace není nová. Na druhou stranu p ři volné exploraci, kde se zví ře m ůže rozhodnout, zda do nového prostoru vstoupí nebo ne, se latence, než opustí úkryt a za čne explorovat, považuje za boldness, p řestože je situace pro zví ře nová (Dzieweczynski & Crovo, 2011; Herde & Eccard, 2013). Tato chování byla v souvislosti s personalitou pe čliv ě prostudována. P ři testech explorace nového prost ředí a nového p ředm ětu na sýkorách ( Parus major ) byla zví řata rozd ělena do dvou personalitních typ ů – „fast“ a „slow“. Tyto typy se objevují i u dalších druh ů pták ů, nap ř. u krkavc ů velkých ( Corvus corax ) (Stöwe & Kotrschal, 2007) a zvonk ů zelených ( Carduelis chloris ) (Herborn et al., 2011), ale i savc ů ( čipmank východní, Tamias striatus , Montiglio et al. 2013) a ryb (kan čík p říčnopruhý, Amatitlania nigrofasciata , Jones & Godin 2010). „Fast explorers“ prozkoumávají jak prostor, tak nový p ředm ět rychle a povrchn ě, zatímco „slow explorers“ jsou pomalejší, ale d ůkladn ější (Verbeek et al., 1994). V rychle se m ěnícím prost ředí jsou ve výhod ě „slow explorers“, kte ří díky d ůkladné exploraci lépe zaznamenávají zm ěny a jsou na n ě schopni reagovat. Ve stabilním prost ředí mají výhodu „fast“ zví řata, která neztrácejí čas s drobnými zm ěnami (Verbeek et al., 1994; Carere et al., 2005). Mohou mít ale zárove ň pomalejší reakce na hrozbu predace (Jones & Godin, 2010). U boldness se mluví o tzv. shy-bold kontinuu (Wilson et al., 1994). I boldness m ůže být ovlivn ěná zkušenostmi, nap ř. p ředchozími agresivními interakcemi (Kudryavtseva et al., 2004). Také se m ůže lišit v různých kontextech, zejména v potravním kontextu (Wilson & Stevens, 2005; Dammhahn & Almeling, 2012). Měř ení explora čního chování a boldness je metodicky velmi jednoduché a tyto testy jsou pro výzkum personality velice časté. P řesto mají z os personality nejnižší opakovatelnost (viz dále), která by m ěla být podmínkou k tomu, abychom chování mohli spojovat s explorací. Z tohoto d ůvodu je t řeba se podrobn ěji zabývat vztahem explora čního chování a opakovatelnosti, v četn ě otázky, jak se explora ční chování m ění v čase.
5
2.1.4 Souvislost mezi osami personality
Jak jsem již zmínila d říve, n ěkteré personalitní vlastnosti spolu mohou korelovat. Tento jev je popsán pojmem behaviorální syndrom. Nap říklad u sasanek Actinia equina se ukázalo, že jedinci, kte ří se po vyrušení rychleji vzpamatovali (tedy na shy-bold kontinuu se pohybovali spíše v „bold“ části spektra), byli také agresivn ější (Rudin & Briffa, 2012). Podobn ě i studie u halan čík ů mangrovových ( Kryptolebias marmoratus ) ukazuje korelaci mezi boldness a agresivitou (Edenbrow & Croft, 2012). Oproti tomu studie rozdíl ů mezi třemi druhy ryb rodu Danio (Danio rerio, Danio rerio lof, Danio albolineatus ) ukázala, že druh, který byl „nejodvážn ější“ ( Danio rerio ), byl zárove ň nejmén ě agresivní (Ruhl et al., 2012). Lze tedy p ředpokládat, že i explorace bude souviset s ostatními osami. Je prokázáno, že „fast explorers“ jsou agresivn ější (Verbeek et al., 1996) a podle van Oers a kol. u sýkor (Parus major ) spolu souvisí i explorace a tzv. risk-taking behaviour, tedy ochota riskovat (van Oers et al., 2004). Oproti tomu u halan čík ů ( Kryptolebias marmoratus ) žádná souvislost mezi boldness a explorací objevená nebyla (Edenbrow & Croft, 2012). Explorace se tedy v pracích, zabývajících se korelacemi mezi osami, objevuje pom ěrn ě často. Nelze ale s jistotou říct, zda explora ční chování m ůže být použito jako snadno měř itelný ukazatel komplexu korelovaných chování (behaviorálního syndromu) nebo zda se jedná jen o jeden aspekt personality, který nám sám o sob ě poskytuje náhled jen do jediného okruhu chování, aniž by nám poskytl informace o jakékoliv jiné ose.
2.1.5 Intraindividuální variabilita (IIV)
Pokud má být personalita definována jako konzistentní rozdíly mezi jedinci, nutn ě vyvstává otázka, jak konzistentní je chování jedinců samotných. Intraindiviudální variabilita v chování m ůže být ovlivn ěna mnoha faktory - od pr ůměrné hodnoty, kterou se dané chování měř í (nap ř. u lidí rychlejší b ěžci jsou mén ě variabilní, Hopkins & Hewson 2001), p řes v ěk a zkušenosti až po osobnost jedince (tedy n ěkte ří jedinci jsou více prediktabilní než jiní) (Stamps et al., 2012; Biro & Adriaenssens, 2013). Japyassú a Malange uvád ějí do souvislosti s intraindiviuální variability i stereotypii jako příklad extrémn ě nízké intra-individuální variability a pokouší se sjednotit terminologii spojenou s personalitou s pojmy, které se používají ve studiích behaviorální plasticity (Japyassú & Malange, 2014). Behaviorální plasticita se zabývá spíše variabilitou chování jedince. Pokud je tato variabilita výrazn ě menší
6 než variabilita mezi jedinci, pak je chování opakovatelné, což je jedna z podmínek personality (Careau & Garland, 2012). Proto budou teoretické aspekty opakovatelnosti a komplikace v metodice jejího výpo čtu a testování krátce p ředstaveny v následujících kapitolách.
2.2. Opakovatelnost
Obecn ě je opakovatelnost (repeatability, zna čí se r) veli čina, která vyjad řuje pom ěr variability mezi skupinami a v rámci skupiny. Pro účely studia personality se za „skupinu“ považují výsledky opakovaného testování jednoho jedince, opakovatelnost pak tedy m ěř í pom ěr variability v rámci jedince a mezi jedinci. Tento koncept byl pro studium chování převzat ze studia kvantitativní genetiky (Lessells & Boag, 1987). Existuje n ěkolik metod výpo čtu (viz dále), ale maximální hodnota je vždy r = 1, minimální potom r = -1 nebo r = 0, podle metody. Základním vzorec, používaný v kvantitativní genetice vypadá následovn ě:
(1) =
Vg představuje genotypovou variabilitu, V e všeobecnou variabilitu v prost ředí, zatímco
Vt je celková fenotypová variabilita (Lessells & Boag, 1987).
2.2.1 Metody výpo čtu opakovatelnosti v behaviorálních studiích 2.2.1.1. Data s normálním rozd ělením
Pro data s normálním rozd ělením se obvykle používá koeficient vnit řní korelace (intraclass correlation coeficient). Pokud vzorec používaný v kvantitativní genetice zobecníme, získáme následující rovnici: