MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV BOTANIKY A ZOOLOGIE
AKADEMIE VĚD ČR ÚSTAV BIOLOGIE OBRATLOVCŮ, V.V.I.
Personality, reprodukční strategie a pohlavní výběr u vybraných taxonů ryb
Disertační práce
Radomil Řežucha
ŠKOLITEL: doc. RNDr. MARTIN REICHARD, Ph.D. BRNO 2014
Bibliografický záznam
Autor: Mgr. Radomil Řežucha Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav botaniky a zoologie
Název práce: Personality, reprodukční strategie a pohlavní výběr u vybraných taxonů ryb
Studijní program: Biologie
Studijní obor: Zoologie
Školitel: doc. RNDr. Martin Reichard, Ph.D. Akademie věd ČR Ústav biologie obratlovců, v.v.i.
Akademický rok: 2013/2014
Počet stran: 139
Klíčová slova: Pohlavní výběr, alternativní rozmnožovací takti- ky, osobnostní znaky, sociální prostředí, zkuše- nost, Rhodeus amarus, Poecilia wingei
Bibliographic Entry
Author: Mgr. Radomil Řežucha Faculty of Science, Masaryk University Department of Botany and Zoology
Title of Dissertation: Personalities, reproductive tactics and sexual selection in fishes
Degree Programme: Biology
Field of Study: Zoology
Supervisor doc. RNDr. Martin Reichard, Ph.D. Academy of Sciences of the Czech Republic Institute of Vertebrate Biology, v.v.i.
Academic Year: 2013/2014
Number of pages: 139
Keywords: Sexual selection, alternative mating tactics, per- sonality traits, social environment, experience, Rhodeus amarus, Poecilia wingei
Abstrakt
Vliv osobnostních znaků na alternativní reprodukční taktiky (charakteris- tické typy reprodukčního chování) patří mezi zanedbávané oblasti studia po- hlavního výběru. Současně bývá opomíjen i vliv sociálního prostředí a zkuše- nosti na tyto taktiky, a studium schopnosti jedinců v průběhu námluv mas- kovat své morfologické nedostatky. Jako studovaný systém alternativních rozmnožovacích taktik byl zvolen v přírodě nejběžnější komplex – sneaker × guarder (courter) komplex, popisující teritoriální a neteritoriální role samců. U hořavky duhové (Rhodeus amarus) byly potvrzeny osobnostní rozdíly mezi jedinci. Preference využívání konkrétní alternativní reprodukční taktiky jed- notlivých samců však u tohoto druhu nebyla ovlivněna žádným ze zkouma- ných osobnostních znaků (odvahou či agresivitou), ale vznikala zřejmě jako důsledek působení vlivu okolních environmentálních a sociálních faktorů s ohledem na morfologické znaky jedince. Nepotvrdila se ani přítomnost beha- viorálního syndromu (souboru korelovaných rysů chování). V experimentech s živorodkou Endlerovou (Poecilia wingei) se ukázalo, že i mladí nezkušení je- dinci preferují jednu z taktik a již při prvním setkání se samicí se přednostně pokouší buď o násilné páření (sneaking) nebo se samicím dvoří (courting). Re- produkční chování těchto jedinců bylo následně silně ovlivněno jejich sociál- ním prostředím. Své reprodukční chování, modifikované sociálním prostředím, si navíc přenášeli dále do budoucích setkání s potenciálními partnerkami. Je- dinci, kteří žili v prostředí bez samčího rivala, navíc vykazovali celkový pokles sexuální aktivity a relativně zvýšenou míru dvoření v kontrastu s pokusy o nedobrovolné páření. Naopak jedinci vystaveni konkurenci jiného samce se snažili o kopulaci pomocí sneakingu. Vliv sociálního prostředí na výběr alter- nativní taktiky byl velmi silný a potvrdilo se, že časově méně náročný sneaking bývá výhodný v konkurenčních prostředích, kde musí samec soupeřit často i se zdatnějším konkurentem. Dále se potvrdila schopnost samců P. wingei identifikovat v průběhu námluv svou pro samici atraktivnější stranu, a tu jí následně přednostně předvádět v průběhu dvoření. Tento efekt však trval pou- ze v konkurenčním prostředí. V konkurenceprostém prostředí tento trend vy- mizel. To vše ukazuje na silný vliv sociálního prostředí, konkurence a indivi- duální zkušenosti na epigamní chování jedinců.
Abstract
Research on the roles that personality characteristics play in the choice of alternative mating tactic (discrete alternative ways how individuals maxim- ize their reproductive success) are largely neglected area of sexual selection research. The influence of social environment and individual experience on these tactics are equally overlooked. Finally, the ability of individuals to com- pensate their morphologic deficiencies during courtship also remains poorly understood. The study system of alternative mating tactics was sneaker × guarder (courter) complex – the most common complex in nature consisting of territorial and non-territorial males. Distinct behavioural differences be- tween males of the European bitterling (Rhodeus amarus), my first model spe- cies, were confirmed. However, individual choice of alternative mating tactics was not influenced by any personality trait studied (boldness, aggressiveness). Instead, surrounding environmental and social factors coupled with morpho- logic characteristics of an individual affected the preferential use of the alter- native mating tactic. I also did not confirm presence of correlated suite of be- haviours (behavioural syndrome). In the next study, I investigated that even sexually naïve males of the Endler’s guppy (Poecilia wingei) had their preferred mating tactic (sneaking × courting) during their first encounter with a female. Behaviour of these males was later influenced by their current social envi- ronment, with consequences for their mating behaviour in future encounters with females. Individuals kept in the environment without a male rival (fe- male–biased, non–competitive) decreased their overall sexual interest in fe- males, but tended to use courtship displays rather than sneaking. On the other hand, individuals housed with a male rival (male–biased, competitive environment) used sneaking preferentially. The effect of social environment on the choice of alternative mating tactic was therefore very strong. I suggest that sneaking, being less time consuming, is more effective in competitive envi- ronment where an individual has to compete with a rival. Finally, I confirmed individual’s ability to identify more colourful side and use it preferentially dur- ing courtship. Notably, this strategic exploitation of lateral asymmetry was apparent only in male–biased (competitive) environment but not in female– biased environment. These results highlight the influence of current social en- vironment, competition and past experience on male sexual behaviour.
© Radomil Řežucha, Masarykova univerzita, 2014
7 Obsah
PODĚKOVÁNÍ ...... 8
CÍLE PRÁCE...... 9
ÚVOD ...... 10
POHLAVNÍ VÝBĚR A MAXIMALIZACE REPRODUKČNÍ ÚSPĚŠNOSTI ...... 11
PERSONALITY A BEHAVIORÁLNÍ SYNDROMY ...... 13
ALTERNATIVNÍ REPRODUKČNÍ TAKTIKY ...... 14
ZKUŠENOST A SOCIÁLNÍ PROSTŘEDÍ ...... 15
POUŢITÉ DRUHY A METODIKA ...... 17
HOŘAVKA DUHOVÁ (RHODEUS AMARUS) ...... 17 Metodika ...... 19
ŢIVORODKA ENDLEROVA (POECILIA WINGEI) ...... 20 Metodika ...... 22
IMPAKTOVANÉ PUBLIKACE ...... 25
ČLÁNEK 1 ...... 25
ČLÁNEK 2 ...... 49
ČLÁNEK 3 ...... 58
ZÁVĚR ...... 89
IDENTIFIKACE POTENCIÁLNĚ ZAJÍMAVÝCH TÉMAT PRO DALŠÍ VÝZKUM ...... 91
POUŢITÉ ZDROJE ...... 97 NAVŠTÍVENÉ KONFERENCE S VLASTNÍM PŘÍSPĚVKEM ...... 106 PŘÍLOHA – PUBLIKACE NESOUVISEJÍCÍ S DISERTACÍ ...... 109
ČLÁNEK A ...... 109
ČLÁNEK B ...... 122
ÚVOD
8
Poděkování
Na tomto místě bych chtěl poděkovat všem, kteří mě po celou dobu stu- dia podporovali a nějakým způsobem přispěli ke vzniku této práce. Přede- vším a hlavně chci poděkovat Martinu Reichardovi za jeho skvělé vedení, které trvalo přes 7 let. Děkuji mu za to, ţe to celou tu dobu vydrţel, i kdyţ to se mnou neměl jednoduché a nezlomil nade mnou hůl, ani kdyţ ze mě vypa- dla nějaká opravdu velká hloupost. Dále mu chci poděkovat za podporu při mých prvních krůčcích ve světě velké vědy a také za to, ţe jsem díky němu mohl své studium nazývat i svým zaměstnáním. Toho jsem si celou dobu ne- smírně váţil. Dále chci poděkovat Milanu Vrtílkovi za pomoc při černé práci, kritické komentáře, spoustu podnětných myšlenek a především jeho těţko popsatelnou objektivitu, která někdy ani nebyla na místě. Nikdy by mě ne- napadlo, ţe můţe existovat někdo aţ tak objektivní. Děkuji také Mateji Pola- čikovi za jeho pomoc, cenné rady zkušenějšího kolegy, jeho skepsi, realismus jdoucí ruku v ruce s pesimismem, a také za upřímné diskuze o podstatě a pozadí věcí. Především diskuze o pohlavním výběru u ţivorodek byla velmi podnětná. Jeho názory a pohled na ţivot pro mě byly oporou. Radimu Blaţ- kovi děkuji za pomoc při experimentech, rady, a také neskutečnou spoustu informací kterými mě celou tu dobu pravidelně zásoboval, stejně jako i za fotky gupek. Radku Michalkovi děkuji za četné kuloární diskuze o vědě a je- jím pozadí, a také za jeho názory a pochybovačnost. Jiřímu Farkačovi děkuji za pomoc s péčí o ryby a za akvarijní ţivočichy a informace které jsem od něj získal. Dále děkuji všem ostatním spolupracovníkům a kolegům z ÚBO za vytvoření přátelské a kolegiální atmosféry. Josefu Hufovi děkuji za revizi mých jazykových nedostatků. Nakonec bych chtěl poděkovat Lubomíru Hláskovi za laskavý souhlas s pouţitím jeho fotografií v této práci. Speciální dík patří všem těm asi padesáti anonymním oponentům, recenzentům a edi- torům, kteří strávili čas nad našimi články, a svými pozornými a detailními komentáři a starostí o spokojenost ryb velkou měrou přispěli k jejich kvalitě. Pokud jsem zde někoho důleţitého opomenul, tak se tak stalo zcela neú- myslně a omlouvám se mu tímto za to. Práce na této disertaci byla průběţně finančně podporována prostřednictvím projektů GA ČR 206/09/1163, GA
ÚVOD
9
ČR P506/11/0112 a GA ČR P505/12/G112. Dále také GA ČR 526/09/H025 a MUNI/A/0888/2013.
Cíle práce
zkoumat souvislost mezi osobnostními charakteristikami a alternativ- ním reprodukčním chováním, které jedinec upřednostňuje při maxi- malizaci své reprodukční úspěšnosti
testovat vliv demografických parametrů, zkušenosti a variability znaků na směr a sílu selekce znaků ovlivňovaných pohlavním výběrem
sledovat roli sociálního prostředí a individuální zkušenosti ve stabilní koexistenci alternativního reprodukčního chování samců
ÚVOD
10
Úvod
Studium osobnostních rysů u zvířat se dostává do popředí zájmu beha- viorálních ekologů. Tento trend můţeme pozorovat jiţ několik let. Pohlavní výběr je naproti tomu studován jiţ od samého vzniku behaviorální ekologie jako vědecké displíny. Současná popularita a zájem o zvířecí osobnosti re- centně vyvrcholily i vydáním obsáhlé knihy Animal personalities: behavior, physiology, and evolution (Carere & Maestripieri 2013), která shrnuje a uce- luje vše podstatné, co je o zvířecích personalitách prozatím známo. Spojitost osobnostních rysů jedinců, tedy to, jak se většinou chovají v určitých situa- cích, a pohlavního výběru, tedy jejich vliv na volbu partnera, je však aţ na výjimky (Godin & Dugatkin 1996; Schuett et al. 2011; Ariyomo & Watt 2013; Kelley et al. 2013; Dzieweczynski et al. 2014) studována spíše zřídka (Schu- ett et al. 2010). Dokládá to i fakt, ţe i ve výše uvedené knize není problemati- ce pohlavního výběru a personalit věnována ţádná ucelená kapitola a celá problematika je probírána jen na několika málo stranách této publikace. Na- víc zde autoři nabízejí spíše více otázek neţ odpovědí. Jeden z autorů knihy a také nejvýznamnější výzkumník zabývající se zvířecími osobnostmi, An- drew Sih, poukazuje také na závaţný nedostatek prací, které by se zabývaly spojitostí konkrétních behaviorálních typů a alternativních párovacích tak- tik, nebo tím, zda jsou alternativní taktiky součástí nějakého behaviorálního syndromu (souboru navzájem korelovaných chování) (Sih 2013). Ve své di- sertační práci jsem se také pro výše zmíněný nedostatek zaměřil na obě tyto oblasti a pokusil se studovat jejich vzájemný vztah. Téměř ţádné chování jedince se neděje v izolaci, zejména u silně spole- čenských druhů, ale je ve velké míře ovlivněno i ostatními jedinci – sociálním prostředím. Jedinci se nemohou chovat jen podle svých potřeb nebo schop- ností, ale jsou nuceni se do značné míry chovat tak, jak jim dovolí okolí, kte- ré je obklopuje (Bergmüller & Taborsky 2007). Proto jsem se také zaměřil na vliv sociálního prostředí, které obklopuje jedince v průběhu jeho ontogeneze, na alternativní párovací taktiky a epigamní chování obecně. Vliv sociálního prostředí a s ním související sbírání sociálních a sexuálních zkušeností v so- bě neodmyslitelně zahrnuje zpětnou vazbu v podobě samičí reakce na sam-
ÚVOD
11 covo chování. Proto byl za účelem komplexního pochopení systému osob- nostních znaků a rozmnoţovacího chování rovněţ zkoumán vliv samic na utváření a modulaci alternativního reprodukčního chování samců. Důraz byl kladen jak na znaky behaviorální, tak i morfologické a jejich vzájemnou in- terakci, jelikoţ oba druhy znaků jedinec uplatňuje v průběhu námluv sou- časně. V případě morfologických znaků mě především zajímalo, zda dokáţe jedinec kompenzovat svou nedokonalost v podobě různě zbarvených stran svého těla (vysoká fluktuační asymetrie) a zda dokáţe na tento stav nějak re- agovat v průběhu dvoření.
Pohlavní výběr a maximalizace reprodukční úspěšnosti
Po dlouhou dobu, která uplynula od vyslovení základů teorie pohlavní- ho výběru jejím autorem Charlesem Darwinem v 19. století (Darwin 1859), se vědci zaměřovali na studium obrovského mnoţství aspektů, které pohlav- ní výběr jako teorie pojímá. Základní rozdělení pohlavního výběru na soupe- ření o partnery s jedinci stejného pohlaví (intrasexuální výběr) a snahu o za- ujetí partnerů opačného pohlaví (intersexuální výběr) dále určuje dvě hlavní skupiny zájmu. V rámci intrasexuálního výběru se pozornost výzkumníků zaměřovala především na struktury či charakteristiky určené buď k boji s protivníky (kly, parohy), nebo na znaky slouţící pouze k zastrašování kon- kurentů (zbarvení, pach, akustické projevy). Podobné znaky se ale také uplatňují i při výběru intersexuálním (Andersson 1994). Existuje nespočet prací zabývajících se problematikou, které znaky jsou samicemi preferovány a z jakého důvodu. O vysvětlení evoluce těchto znaků a s nimi spojených samičích preferencí se snaţí dokonce hned několik hypotéz (např. Fisher 1930; Zahavi 1975; Ryan 1998). Kromě zjevných vnějších znaků mohou samice také volit samce na zá- kladě znaků, které nejsou na první pohled patrné, např. na základě genetic- ké kompatibility. Nemusí tedy pro ně být nejvýhodnější páření se samcem, který je díky svým vlastnostem preferován většinou samic, ale se samcem, který je nejvýhodnější pro ně samotné díky tzv. kompatibilním genům (Neff & Pitcher 2005). Ty mohou v kombinaci s geny samice zajistit např. rychlejší
ÚVOD
12 růst potomstva a jeho vyšší ţivotaschopnost. Uvádí se, ţe do této skupiny patří tzv. MHC geny (major histocompatibility complex, soubor genů zodpo- vědných za adaptivní imunitní reakci) a samice na základě olfaktorických signálů (Agbali et al. 2010) přednostně volí samce, který má tyto geny odliš- né od těch jejích (Reichard et al. 2012). Hlavním důvodem výběru partnera jsou u samic v kaţdém případě vý- hody pro samici samotnou či pro její potomstvo. Tyto výhody mohou být pro samici přímé, které ovlivní ji samotnou, nikoliv další generaci, např. nutriční dar, lepší kvalita teritoria pro rozmnoţování či větší počet oplodněných vají- ček (Møller & Jennions 2001), nebo mohou být nepřímé, rovnající se větší genetické kvalitě jejího potomstva, tedy další generace (Jennions & Petrie 2000). Ukazatelů, kterými se samičky při volbě partnera řídí, je velké mnoţ- ství. Jejich studium se aţ donedávna zaměřovalo především na znaky akus- tické, pachové a vizuální (Andersson 1994). Tyto ukazatele jsou také silně specifické pro daný taxon. Například u ryb se studium těchto ukazatelů sou- středí především na vizuální signály (Amundsen 2003). V současné době se však začíná přikládat význam i znakům více abstraktním, jako jsou kogni- tivní schopnosti (Boogert et al. 2011) či osobnostní znaky (Schuett et al. 2010). Jedním z nejlépe prostudovaných modelových organizmů, co se týče funkce vizuálních signálů v epigamním chování, je dozajista ţivorodka duho- vá (Poecilia reticulata). O důleţitosti různých komponentů samčího zbarvení pro samičí volbu toho jiţ bylo napsáno mnoho (Houde 1997). Nejvíce se asi z hlediska samičí volby u P. reticulata diskutuje důleţitost oranţového zbar- vení na tělech a ploutvích samců. Jeho důleţitost byla potvrzena napříč po- pulacemi a má se všeobecně za to, ţe oranţovější samci jsou samicemi prefe- rováni. Nutno ale říci, ţe tato samičí preference nemusí být přítomna vţdy a jednotlivé populace se ve svých preferencích a jejich síle mohou značně li- šit (Endler & Houde 1995). Existují tak i populace, které preferují např. čer- nou, nebo dokonce modrou barvu (Sathyan & Couldridge 2013). Pokud je tedy samec více oranţový v populaci, kde je oranţová barva preferována, dá- vá mu to v intersexuálním výběru výhodu a bude samicemi pravděpodobně vybírán častěji. Mimo jiné také proto, ţe karotenoidy (jeţ jsou základem
ÚVOD
13 oranţového zbarvení samců těchto ţivorodek) slouţí jako indikátory samcovy kondice a schopnosti získávat potravu (Olson & Owens 1998), jelikoţ jinak neţ v potravě nemohou být u obratlovců získány (Latscha 1990). Bylo také dokázáno, ţe rozsah oranţového zbarvení můţe přímo indikovat samcovu plodnost (Locatello et al. 2006). Zůstává ale otázkou, jaké mají moţnosti je- dinci, kteří jsou zbarveni méně pestře. Dokáţí nějak operativně maskovat své nedostatky, a tím je efektivně kompenzovat? Téma behaviorálního masková- ní morfologických nedostatků však bývá studováno jen zřídka, i kdyţ vý- zkum laterality (předností vyuţívání jedné části těla před druhou) pokrývá velké mnoţství taxonů včetně ryb (Bisazza et al. 1998).
Personality a behaviorální syndromy
V současné době se u ryb (a nejen u nich) začíná zdůrazňovat také stu- dium osobnostních rysů, které utvářejí personalitu jedinců. Z výsledků zá- kladního výzkumu rybích personalit nyní čerpají dokonce i publikace zabý- vající se lidskou behaviorální psychologií (např. Cain 2012). Vlastní persona- litou jedince se rozumí konzistence jeho chování skrze čas a kontext. Ne- znamená to však, ţe se jeho chování nemůţe měnit, ale pouze to, ţe budou existovat inter- individuální rozdíly (Réale et al. 2007). Např. určitý jedinec bude v určitém časovém úseku průměrně více agresivní nebo odváţný neţ jedinec jiný. To, jak se jedinec chová v určitých situacích, má vliv např. na jeho přeţívání (Réale et al. 2009), prozkoumávání nových území a šíření (Co- te et al. 2010), mnoţství získané potravy (Harfmann Short & Petren 2008) a v neposlední řadě i na jeho reprodukční úspěšnost (Dingemanse et al. 2005; Reaney & Backwell 2007; Patterson & Schulte-Hostedde 2011; Colléter & Brown 2011). Nejčastěji zkoumaným osobnostním znakem bývá u zvířat, a především u ryb, jejich odvaha nebo naopak plachost (Budaev & Brown 2011). Jinými slovy se zkoumá jejich umístění na ose plachost – od- vaha (angl. shy – bold axis). Odvahou se pak rozumí ochota podstoupit riziko či prozkoumávat nové prostředí (Wilson et al. 1993, 1994). Tento hlavní osobnostní rys byl zdokumentován u široké škály druhů a má přímý vliv na fitness jedinců. U ryb se většinou stanovuje tzv. standard emergence testem,
ÚVOD
14 kdy se měří doba potřebná do opuštění bezpečného úkrytu (Brown et al. 2005), či méně častěji reakcí na neznámý předmět (novel object test) nebo sledováním chování jedince v neznámém prostředí (open field test) (Burns 2008). Výsledky emergence testu se zdají být dostatečně vypovídající o stup- ni skutečné odvahy jedince, a to dokonce i napříč různými taxony (Wilson & Godin 2009). Současně se však začíná prosazovat místo zkoumání osobnostních znaků odděleně jejich zkoumání coby souborů znaků, tzv. behaviorálních syndro- mů (Sih et al. 2004). Behaviorální syndromy jsou navzájem korelovaná cho- vání skrze čas a kontext. Prvním takovým zkoumaným syndromem byl sou- bor odvaha – agresivita. Agresivnější jedinci koljušky tříostné (Gasterosteus aculeatus) byli zároveň i odváţnější vůči predátorovi (Huntingford 1976). Kromě agresivity bývá ještě často s odvahou korelována aktivita (Sih et al. 2004). Spojení takových zdánlivě nesouvisejících chování můţe v počátku působit nelogicky, či dokonce maladaptivně, ale v důsledku můţe mít dale- kosáhlé ekologické či evoluční dopady (Sih et al. 2012; Wolf & Weissing 2012). Není ovšem zcela jasné, zda nějaké osobnostní znaky nebo soubory znaků, tzv. behaviorální syndromy, mohou mít přímý vliv na důleţitý pro- středek pohlavního výběru s nezanedbatelnými ekologickými a evolučními důsledky – alternativní reprodukční taktiky (ART) (Carere & Maestripieri 2013).
Alternativní reprodukční taktiky
ART jsou flexibilní rozdíly v chování jedinců, kterými se samci uvnitř druhu či populace snaţí maximalizovat svůj reprodukční úspěch během pá- ření či oplodňování gamet u druhů s vnějším oplozením (Oliveira et al. 2008). ART slouţí především kompetičně méně schopným jedincům k tomu, aby zvýšili svůj reprodukční úspěch v probíhající kompetici s více zdatnými kon- kurenty. Mohou být fixní, kdy jedinec zastává celý ţivot jednu taktiku, nebo naopak flexibilní, coţ v praxi znamená, ţe je jedinec můţe libovolně střídat v reakci na okolní podmínky (Candolin 2004). Pokud se v populaci vyskytuje více takovýchto taktik a všechny poskytují svým nositelům aspoň podobný
ÚVOD
15 reprodukční úspěch, pak mohou dohromady tvořit evolučně stabilní strategii (Andersson 1994). Tyto taktiky jsou dány morfologií jedinců (Shuster & Wa- de 1991) či fyzickými předpoklady a schopnostmi jedince samotného (Tho- rnhill 1981) i jeho konkurentů v sociální hierarchii (Chan & Ribbink 1990), nebo kondicí a věkem (Isvaran 2005). Zároveň jsou ovlivněny i velkým po- čtem environmentálních, ekologických a demografických faktorů, které je- dince obklopují a ovlivňují. Mohou jimi být například populační hustota (Kokko & Rankin 2006), intenzita osvětlení (Denoël & Doellen 2010), rychlost proudění vody (Magellan & Magurran 2006), úroveň predace (Godin 1995) nebo dostupnost zdrojů pro rozmnoţování (Przybylski et al. 2007). Taktiky mohou být také získané zkušeností a naučené (Guevara-Fiore 2012) či gene- ticky podmíněné (Lank et al. 1995). Zatímco všechny výše zmíněné vlivy byly a jsou intenzivně zkoumány, vliv osobnostních znaků jedince na vyuţívání alternativních reprodukčních taktik je studován jen zřídka. V přírodě je asi nejznámějším systémem ART tzv. guarder (courter) vs. non-guarder (sneaker) komplex (Oliveira et al. 2008). Jedná se o dichotomii mezi teritoriální a neteritoriální strategií. Guarder (teritoriální samec) je cha- rakterizován snahou o monopolizaci nějakého území, popř. zdrojů, jako jsou třecí substrát či samice. Alternativně také investuje čas a energii do předvá- dění svých kvalit nebo do dvoření se samicím. Sneaker (neteritoriální samec) se naproti tomu snaţí oplodnit vajíčka nepozorovaně, ze zálohy, často i proti vůli samice a obejít tak její volbu. Sneaking je také většinou znatelně časově úspornější neţ dvoření a jedinec tak můţe ušetřený čas věnovat hledání dal- ších potenciálních partnerek (Parker 1974). Největší variabilitu v ART vyka- zují mezi obratlovci ryby (Oliveira et al. 2008).
Zkušenost a sociální prostředí
U společenských druhů zvířat se ţádné chování neděje v izolaci. Proto je důleţité zakomponovat do úvah o konkrétním problému i vliv sociálního pro- středí na alternativní reprodukční taktiky a nevytrhávat tak toto chování z kontextu. Vliv demografických činitelů na vyuţívání ART byl jiţ studován (např. Taborsky 2001) a je známo, ţe různé taktiky mají v různých prostře-
ÚVOD
16 dích různou úspěšnost. Většinou platí, ţe při vysoké konkurenci by mělo být aspoň pro část jedinců výhodnější zastávat pozici sneakerů a snaţit se získat kopulace nepozorovaně či násilně, jelikoţ tato taktika není tak časově nároč- ná a je výhodná v boji se schopnějšími či vybarvenějšími konkurenty. Nao- pak v prostředí, kde konkurence není tak silná a je zde větší dostupnost sa- mic, by mělo být pro samce výhodné se samicím dvořit a pokusit se je pře- svědčit ke kooperativnímu páření. To je důleţité např. u ţivorodých ryb, kde jsou náznaky, ţe samec dokáţe takto přenést do samice více spermií neţ při sneakingu (Pilastro & Bisazza 1999). Některá tato chování mohou být získaná pozorováním nebo díky vlastní zkušenosti (Freeberg 2000). Ovšem to, jestli jedinec okamţitě reaguje na ak- tuální podmínky, nebo je jeho chování ovlivněno vlastními minulými zkuše- nostmi, nebo do jaké míry je jeho chování ovlivněno sociálním prostředím, zůstává často opomíjeno. Z demografických charakteristik sociálního pro- středí jsem se při hledání odpovědi na tuto otázku zaměřil především na zá- sadní aspekty jako počet a dostupnost samic a také na jejich následný vliv na samčí sexuální chování.
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
17
Použité druhy a metodika
Hořavka duhová (Rhodeus amarus)
Jako jeden z modelo- vých druhů jsem zvolil ho- řavku duhovou (Rhodeus amarus). Je to drobná kap- rovitá ryba z podčeledi Acheilognathinae a vyznaču- je se nevšedním způsobem rozmnoţování. Je rozšířená na většině území dnešní Ev- Obrázek 1 Samec Rhodeus amarus s detailem duhov- ropy (Van Damme et al. ky. Fotografie samce Roman Hlásek, detail duhovky 2007). V České republice se Martin Reichard. vyskytuje v povodí všech velkých řek, především ve slepých ramenech a po- malu tekoucích vodách. Dorůstá obvykle délky přibliţně 7 cm (Smith et al. 2004). Způsob její reprodukce umoţňuje nezávislé porovnání významu pří- mých a nepřímých zisků v samičí volbě (Smith et al. 2002). Chování hořavky duhové je jiţ velmi dobře prostudováno. Samci vyzná- vají alternativní reprodukční taktiky – mohou se stát dominantními jedinci, kteří brání své teritorium obsahující jednoho či více mlţů. Nebo mohou být neteritoriálními jedinci, tzv. sneakery, a mohou se snaţit oplodnit jikry na- kladené samičkou do mlţe nepozorovaně (Smith et al. 2004). Více neţ na fy- zickou kompetici se tito jedinci zaměřují na kompetici spermií. Sneakeři mo- hou být u hořavek jak obligatorní, tak i fakultativní (Kanoh 1996). Obě tak- tiky také nejsou fixní a jedinec je můţe často střídat (Candolin & Reynolds 2001; Smith et al. 2002). To, jakou taktiku zvolí, záleţí na dostupnosti mlţů (Przybylski et al. 2007) a samic, denzitě jedinců (Reichard et al. 2004) či na samcově velikosti (Smith et al. 2002; Reichard et al. 2008) nebo jeho kompe- tičních schopnostech (Candolin & Reynolds 2002).
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
18
Vlastní párovací systém hořavky je promiskuitní a zaloţený na zdrojích (Reichard et al. 2008). Teritoriální samci (Obrázek 1) se v době rozmnoţová- ní, které u nás začíná v dubnu, vrcholí v květnu a pokračuje aţ do července, pestře zbarví na ventrální části těla a řitní ploutvi a lá- kají samičky s prodlouţeným kladélkem (Obrázek 2) ke tření do ţivých mlţů čeledi Unionidae, na jejichţ výskyt je hořavka vázána. U nás to jsou především druhy Ano- donta cygnea, A. anatina, Obrázek 2 Samička Rhodeus amarus s prodlouženým Unio tumidus a U. pictorum kladélkem. Fotografie Roman Hlásek. (Smith et al. 2004). Samička za pomoci proudu moči umístí kladélkem do ţaberní dutiny mlţe 1 – 6 jiker (průměrně 3) a můţe je takto klást i několikrát denně. Sameček je pak oplodní vypuštěním spermatu nad inhalačním sifonem mlţe. Do mlţe však ejakuluje i před nakladením jiker z důvodu zvýšení šance na úspěšné oplo- zení. Mladé ryby svůj úkryt opouští asi po jednom měsíci (Smith et al. 2004). Na počáteční rozhodnutí, zda bude samička samečka k mlţi následovat, má vliv intenzita jeho červeného zbarvení a také intenzita námluv (Candolin & Reynolds 2001). Ty překvapivě neslouţí jako ukazatel nepřímých zisků pro samičku, jak by se dalo tušit, kdeţto spíše zisků přímých v podobě větší šance na oplození jejích jiker, protoţe červenější samci mívají větší zásobu spermií (Smith et al. 2014). Své partnery ke tření si vybírají samičky hořavek také za pomoci olfaktorických signálů, které značí genetickou kompatibilitu (Agbali et al. 2010; Reichard et al. 2012). Na finální rozhodnutí, do kterého mlţe samička jikry naklade, má vliv především obsah kyslíku vycházející z jeho exhalačního sifonu (Smith et al. 2001). Samičky ovšem také za účelem maximalizace svých zisků překvapivě vyhledávají tření v blízkosti sneakerů (Smith & Reichard 2005), které jim také zajišťuje zvýšení jejich reprodukční úspěšnosti.
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
19
To, jakou alternativní taktiku pro oplození jiker sameček hořavky zvolí, ovlivňuje, jak jiţ bylo zmíněno výše, velké mnoţství faktorů. Avšak aţ do současnosti se nikdo nezaměřil na to, zda zastávání jedné z taktik popř. je- jich střídání mohou nějak ovlivňovat osobnostní rysy jedince a zda tyto rysy nemohou společně tvořit nějaký behaviorální syndrom (soubor navzájem ko- relovaných chování).
Metodika
Pokusní jedinci byli pro studii o personalitách (Řeţucha et al. 2012), která vychází jiţ z mé diplomové práce (Řeţucha 2010), odchyceni za pomoci elektrolovu v říčce Kyjovce u soutoku Moravy a Dyje na jiţní Moravě. Poté byli převezeni na Ústav biologie obratlovců v Brně. Kaţdý pokusný samec byl individuálně označen barevnou elastomerovou značkou injektovanou pod kůţi. Ke stanovení základních a také nejčastěji studovaných osobnostních rysů – odvahy a plachosti, jsem pouţil zavedenou metodiku, tzv. emergence test, který spočívá v měření času, který jedinec potřebuje k opuštění bezpeč- ného úkrytu a vyplavání na volné prostranství. Dále se u jedinců stanovovala míra jejich dominance – schopnost uhájit teritorium. To bylo prováděno v la- boratorních podmínkách a pak dále konfrontováno s podmínkami ve velké venkovní nádrţi na úrovni mezokosmu v polopřírodních podmínkách. Tam měli jedinci k dispozici časově variabilní počet teritorií reprezentovaných jed- notlivými mlţi a byla kvantifikována jejich schopnost teritoria obsadit a udr- ţet. Dále byla softwarem Genepop 4.0.10 (Rousset 2008) zjišťována hetero- zygotnost jedinců na základě třinácti mikrosatelitových lokusů. Rovněţ se stanovoval gonadosomatický index (GSI, poměr hmotnosti gonád ke zbytku těla) a také velikost a hmotnost jedinců spolu s plochou červené barvy v du- hovce coby relativním ukazatelem dominance (Reichard et al. 2009).
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
20
Živorodka Endlerova (Poecilia wingei)
Jako další modelový druh jsem si pro svou další práci (Řeţucha & Reichard 2014, Řeţucha & Reichard, submitováno) vybral ţivo- rodku Endlerovu (Poecilia wingei). Je to endemický druh jihoamerické ţivorodé ryby z čeledi Poeciliidae,
Obrázek 3 Samec Poecilia wingei. Fotografie Radim Bla- který je rozšířen pouze žek. v nevelké oblasti kolem se- verovenezuelského města Cumaná (Poeser et al. 2005; Evans et al. 2011). Je blízce příbuzná velmi dobře známé a prozkoumané ţivorodce duhové (Poecilia reticulata), od níţ se odlišuje především svým barevným vzorem (zejména větší plochou oranţové a černé barvy), lehce rozdílnou morfologií gonopodia (pářícího orgánu samců vzniklého přeměnou řitní ploutve) a také několika aspekty chování (Poeser et al. 2005). Od ţivorodky duhové byla odlišena také na základě molekulárních dat (Schories et al. 2009) a druhový status byl ověřen i v recentní studii potvrzující postavení Poecilia wingei coby sester- ského druhu Poecilia reticulata (Meredith et al. 2010). U obou druhů existuje silný pohlavní dimorfismus, kdy samci jsou pestře zbarvení (Obrázek 3) a velcí zhruba 2,5 cm. Naopak šedozelené samice (Obrázek 4) dorůstají při- bliţně 4 cm. V přírodě ţijí ve stojatých vodách i menších řekách a tvoří smí- šená hejna čítající přibliţně 60 jedinců (Poeser et al. 2005). Párovací systém ţivorodky Endlerovy je čistě promiskuitní, bez zaloţení na jakýchkoliv zdro- jích. Samci P. wingei jsou charakterističtí přítomností alternativních repro- dukčních taktik, které jsou za účelem maximalizace individuálního repro- dukčního úspěchu samců flexibilní, a jedinec je tak můţe podle potřeby stří- dat. Samec se můţe samici dvořit formou tzv. sigmoidního předvádění, kdy se před ní rychle natřásá a ukazuje své pestře zbarvené, doširoka roztaţené
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
21 ploutve a tělo má zkroucené v pozici připomínající písmeno S. Tímto dvoře- ním se snaţí samici přesvědčit ke kooperativnímu páření. Samec se také můţe pokusit oplodnit samici nepozorovaně za pomoci sneakingu, kdy potají zezadu zasune vztyčené gonopodium do samičina gonoporu (pohlavní otvor) a vypustí malé mnoţství spermatu uskladněného ve váčcích (spermatozeug- matech). Celá akce je oproti dvoření velmi rychlá a většinou trvá od zlomku sekundy po pár vteřin. Objem přesunutého spermatu během sneakingu je obyčejně menší neţ během koo- perativního páření (Pilastro & Bisazza 1999) a je při něm také menší šance, ţe samička nako- nec porodí nějaká mláďata (Sato Obrázek 4 Samice P. wingei. Fotografie Radim Bla- et al. 2011). Samička je recep- žek. tivní pouze pár dní po porodu a v této době také samečkům dovoluje se s ní pářit. Mimo toto období však můţe být oplodněna nedobrovolně za pomoci sneakingu, jelikoţ spermie přenesené do samičích vejcovodů (gonoduktů) v nich dokáţí zůstat ţivotaschopné dlouhou dobu (Houde 1997). Často se stává, ţe spousta samečků příbuzné Poecilia reticulata tak zplodí potomstvo dokonce i po své smrti (López-Sepulcre et al. 2013). U těchto ryb platí priori- ta posledního samce, kdy poslední samec, se kterým se samička páří, zplodí většinu potomstva (Evans & Magurran 2001). Samci věnují snaze o páření a pronásledování samiček většinu svého času (Magurran & Seghers 1994). Jak pouţití alternativních taktik samec vybalancuje, závisí u těchto ţi- vorodek jak na environmentálních faktorech, jako jsou intenzita okolního světla (Reynolds et al. 1993; Chapman et al. 2009) či rychlost proudění vody (Magellan & Magurran 2006), tak i na faktorech ekologických – např. do- stupnost potravy (Kolluru & Grether 2004; Kolluru et al. 2007), stupeň pre- dace (Godin 1995), intrasexuální kompetice (Evans & Magurran 1999), po- pulační hustota (Farr & Herrnkind 1974), poměr pohlaví (Magurran & Magellan 2007), stupeň parazitace (Kolluru et al. 2009) či faktorech fyzio-
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
22 logických, morfologických a genetických – březost samice (Ojanguren & Ma- gurran 2004), zbarvení (Jirotkul 2000; Kiritome et al. 2012) či délka ocasu (Karino & Kobayashi 2005; Karino & Kamada 2009). Pouţívání těchto taktik můţe být zároveň vrozené (Rodd & Sokolowski 1995) nebo získané vlastní zkušeností či pozorováním ostatních jedinců (Farr 1980; Jordan & Brooks 2012; Guevara-Fiore et al. 2012). V mém experimentu jsem se zaměřil na jeden z posledních jmenovaných faktorů, a to na vliv zkušenosti v kombinaci s vlivem sociálního prostředí (Řeţucha & Reichard 2014). Vliv sociálního prostředí a zkušenosti byl jiţ zkoumán u Poecilia reticulata (např. Guevara-Fiore 2012; Guevara-Fiore et al. 2012), nicméně vliv dlouhodobého působení sociálního prostředí (pomě- rově vychýleného na stranu samců nebo samic) na osvojení alternativní tak- tiky u dospělých jedinců a její budoucí vyuţívání, byl hodně opomíjen. Zamě- řil jsem se na to, jak bude u samců budoucí vyuţití alternativních taktik modifikováno jejich současným sociálním prostředím a zda dokáţí rychle re- agovat na změnu v tomto prostředí a promptně přizpůsobí své chování aktu- ální sociální situaci.
Metodika
Původně získaní jedinci byli potomky ryb z přírody (oblast kolem seve- rovenezuelského města Cumaná) a byli na Ústavu biologie obratlovců AV ČR, v.v.i. v Brně drţeni po několik generací ve velké společenské nádrţi. Na za- čátku experimentů bylo vybráno 65 juvenilních samců hned, jak je bylo moţné rozlišit od samic, a ti byli dále drţeni odděleně od zbytku ryb po celou dobu jejich adolescence. Nepřišli do kontaktu ani se samicemi či jinými sam- ci. Vlastní pokus začal jejich rozdělením do 2l individuálních nádrţí, které od sebe byly vizuálně odděleny. Po době aklimatizace následovalo 1. měření epi- gamního chování ve standardizovaných podmínkách. Probíhalo v malé nádr- ţi s jednou samicí. Zaznamenáván byl počet a délka jednotlivých dvoření (sigmoidních předvádění, levá × pravá strana), počet pokusů o sneaking, po- hyby gonopodia do vzpřímené pozice (napumpování gonopodia spermatem (Liley 1966)) a počet kousnutí do gonoporu samice (zkoumání olfaktorických
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
23 informací vylučovaných samicí (Herdman et al. 2004)). Kvantifikace byla prováděna za pomoci programu pro hodnocení chování – JWatcher (Blum- stein et al. 2006). Díky němu bylo moţné zaznamenávat zároveň více druhů chování, jak jejich počet, tak i délku. Tyto údaje pak software umoţňuje na konci také analyzovat a vyhodnocovat, ale protoţe tento program ukládá průběh vlastního pozorování do časové osy, je moţné se k výsledkům měření i zpětně vrátit a analýzu opravit či zpřesnit. Po skončení prvního testování byla do poloviny nádrţí s pokusnými samci přidána samice a další samec (ri- val) a do druhé poloviny dvě samice. Tím vnikla dvě sociální prostředí – jedno s více samci (male – biased) a jedno s více samicemi (female – biased). Po pěti týdnech ţivota v těchto prostředích následovalo 2. testování rozmnoţovacího chování pokusných samců. Paralelně byla za účelem srovnání otestována a vyfocena skupina 32 náhodně vybraných samců P. wingei ze společenské nádrţe. Ti vyrůstali a ţili společně s velkým počtem rivalů a samic, a měli tak od nich ke svému chování zpětnou vazbu. Výsledky experimentu jsou disku- továny v rámci pohlavního výběru a vlivu zkušenosti, sociálního prostředí a zbarvení na rozmnoţovací chování samců. V druhé části experimentu jsem cílil na to, zda má sociální prostředí vliv nejen čistě na behaviorální aspekty samčího epigamního chování, ale také na aspekty, které souvisí se vzhledem jedince. Konkrétně bylo zkoumáno, zda pokusní jedinci dokáţí nějak účinně behaviorálně maskovat své fyzické ne- dostatky a zda se tato jejich případná schopnost bude lišit svou intenzitou v různých sociálních prostředích (Řeţucha & Reichard, submitováno). Gross et al. (2007) zjistil, ţe nezkušení samečci Poecilia reticulata předváděli samič- kám během dvoření především svou více oranţovou stranu. Nezkoumali však vznik a vývoj tohoto fenoménu a také jaký vliv mohou mít na tento trend okolní faktory, především zkušenost jedinců a sociální prostředí, jehoţ vliv je u této skupiny společenských ryb rozhodující. Můţe být např. důleţitější snaţit se vypadat barevněji v prostředí, kde jsou přítomni konkurenti, a samice tak můţe samce navzájem porovnávat, coţ je důleţitý proces v samičí volbě (Gasparini et al. 2013), neţ v prostředí bez konkurentů, kde tlak na kvalitu dvoření nebude tak silný.
POUŽITÉ DRUHY A METODIKA
24
Za účelem pochopení těchto vlivů byli jedinci v našem pokusu vyfoto- grafováni fotoaparátem Canon EOS Rebel XTi z kaţdé strany, dvakrát v prů- běhu experimentu a v návaznosti na behaviorální pozorování. Analýza jejich zbarvení byla provedena za pomoci programu pro analýzu obrazu Fiji (Schindelin et al. 2012). Sledována byla především plocha nejdůleţitějších barevných odstínů – černé, oranţové a iridescentní. Ta byla stanovena po- mocí funkce programu Fiji Color Threshold, která oproti jiným dostupným a většinou pouţívaným řešením umoţňuje precizní, přesnou a především opakovatelnou kvantifikaci dané plochy zájmu. Plochu iridescentních barev by bez pouţití mnou zvoleného postupu nebylo moţné adekvátně změřit. A pokud ano, tak jen velmi nepřesně. Počet skvrn byl pak určen na základě jejich vizuálního součtu. Zaznamenávány dále byly i další proměnné, jako např. délka gonopodia, celková délka, délka ocasu a hřbetní ploutve. Tyto údaje pak byly dány do souvislosti s behaviorálními daty a byl zkoumán vliv rozloţení těchto barevných elementů na těle samce na jeho chování během dvoření. Konkrétně na frekvenci předvádění jeho barevnější strany během námluv v různých sociálních prostředích (male biased × female biased) a s rozdílnými zkušenostmi (naivní × zkušený). Výsledkem mělo být zjištění, zda dokáţe samec operativně kompenzovat své nedostatky ohledně zbarvení a zda dokáţe přednostně předvádět během sigmoidních předvádění samicím svou atraktivnější stranu, a tím u nich budit dojem, ţe je barevnější neţ ve skutečnosti. Výsledky jsou diskutovány v kontextu pohlavního výběru a s ním související samičí volby.
IMPAKTOVANÉ PUBLIKACE
25
Impaktované publikace
Článek 1
Řeţucha, R., Smith, C. & Reichard, M. 2012. Personality traits, reprodu- ctive behaviour and alternative mating tactics in male European bitter- ling, Rhodeus amarus. Behaviour, 149, 531-553.
V této práci jsem provedl všechny experimenty a měření (kromě analýzy mikrosatelitových lokusů) a napsal první verzi rukopisu. Dále jsem přispíval k vytvoření finální verze.
Behaviour 149 (2012) 531–553 brill.nl/beh
Personality traits, reproductive behaviour and alternative mating tactics in male European bitterling, Rhodeus amarus
Radomil Režuchaˇ a, Carl Smith b and Martin Reichard a,∗ a Institute of Vertebrate Biology, Academy of Sciences of the Czech Republic, Kvetnᡠ8, 603 65 Brno, Czech Republic b School of Biology, University of St Andrews, St Andrews, Fife KY16 8LB, UK *Corresponding author’s e-mail address: [email protected]
Accepted 23 April 2012
Abstract Individual differences in behavioural traits may play a role in reproductive behaviour and it is likely that different personality types have different reproductive success across specific social environ- ments. This suggests a role for sexual selection for personality types, including a link between behavioural traits and alternative reproductive tactics. While research on morphological differ- ences between guarders (bourgeois males defending resources) and sneakers (males parasitizing the territories of bourgeois males) is well characterized, the role of personality in the adoption of alternative mating tactics has hitherto been largely ignored. We investigated individual behavioural differences in a sneaker–guarder mating system using size/age-matched males of a small freshwa- ter fish, the European bitterling (Rhodeus amarus). We predicted distinct behavioural responses by guarder and sneaker males that were consistent in different contexts, indicating the existence of behavioural syndromes associated with male mating tactic. No behavioural syndromes were detected in male R. amarus, despite ability of individual male bitterling to establish dominance, boldness and investment in sperm competition being relatively repeatable across three consecu- tive trials. Male aggression, though not repeatable, was negatively correlated with the number of ejaculations, indicating a trade-off between aggression and sperm loading. No association between the tendency of males to guard a territory and behavioural traits was found, despite a significant association between the tendency to guard and morphological and physiological traits, with higher relative testis size and more breeding tubercles in guarder males. Our data suggest male bitterling mating tactics are largely unconstrained by innate factors and likely to be the product of prevailing environmental and social conditions. Keywords alternative reproductive behaviour, animal personality, boldness, behavioural syndrome, mat- ing system, sperm competition, territorial males.
© 2012 Koninklijke Brill NV, Leiden DOI:10.1163/156853912X643908 532 Personality and alternative male mating behaviour
1. Introduction Research on animal behaviour increasingly recognizes that behavioural traits can be consistent through time and contexts, resulting in the emergence of distinct behavioural types (Stamps & Groothuis, 2009). Such types have been termed ‘personalities’ (defined as a set of personality traits consis- tent through time). Additionally, ‘behavioural syndromes’ are recognized as an inter-correlated set of individual personality traits (Sih & Bell, 2008). For example, ‘personality’ can be recognized when an individual is boldest among a group of conspecifics as a juvenile and expresses a relatively high level of boldness later in life, when compared to similarly-aged conspecifics. A ‘behavioural syndrome’ is observed when a positive or negative corre- lation is found between traits, such as aggression directed at conspecifics and boldness towards predators (Huntingford, 1976). Such correlated suites of behaviours may be favourable in certain environments or situations (Re- aney & Backwell, 2007), while maladaptive in others (Johnson & Sih, 2005). Consequently the existence of distinct behavioural types has important impli- cations for the way in which selection acts on behavioural traits, and thereby on the maintenance of behavioural variation among and within populations. To investigate personality, a group of individuals can be observed through a suite of contexts and their behavioural traits compared. A typical approach is to expose animals to new or threatening stimuli (Weinstein et al., 2008) and score their behaviour with respect to a shy–bold axis, with the relative position of an individual along this continuum representing its willingness to take risks (Wilson et al., 1994). Bold individuals are more prone to engage in risky behaviour, such as predator inspection, more readily switch to unfamil- iar diets, interact readily with novel objects or individuals, and are generally more explorative (Budaev, 1997; Godin & Clark, 1997; Wilson, 1998). In contrast, shy individuals engage in behaviours yielding lower profits but also less risk (Ward et al., 2004). The position of individuals on the shy-bold axis can predict their behaviour in the presence of predators, under competition, and their ability to monopolize resources (Weinstein et al., 2008). Behavioural traits can play a role in reproductive behaviour, either directly or by their covariance with other traits via pleiotropic effects. For exam- ple, Colléter & Brown (2011) have shown that the most dominant males of the crimson-spotted rainbowfish (Melanotaenia duboulayi) were also more aggressive, bold and more active than subordinates. Males at the top of rain- bowfish social hierarchies have better access to females and are able to R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 533 monopolize them, which significantly enhances their reproductive success (Young et al., 2010). Personality also plays a role in individual reproductive success in the Trinidadian guppy (Poecilia reticulata). Godin & Dugatkin (1996) demonstrated that females preferred mating with bolder males who were more likely to inspect a predator in a female’s presence, and apparently were better informed about imminent attack from predators. Under certain demographic and environmental conditions, females may, thus, increase their fitness by mating with bolder males in the case there is heritable component to boldness (Brown et al., 2007). While it appears that different personality types may have different re- productive success across specific social environments, the impact of sexual selection on personality traits has only rarely been studied (Schuett et al., 2010), including the link between personality traits and alternative repro- ductive tactics (ARTs) (Brockmann et al., 2008; Bergmüller & Taborsky, 2010). ARTs represent mating polymorphisms, often maintained through negative frequency-dependent selection (Shuster, 2010). ARTs are a general phenomenon among competing males, particularly in taxa with external fer- tilization reflecting a functional distinction between ‘producers’ (bourgeois males) and ‘scroungers’ (parasitic males) (Taborsky et al., 2008). One of the most common forms of ART is the sneaker–guarder system, in which guarders monopolize females or critical breeding resources, while sneakers attempt to mate deceptively and engage in sperm competition (Parker et al., 1997; Taborsky, 1998). The relative success of an ART depends on indi- vidual competitive capability, environmental and population parameters, and the level at which reproductive competition occurs (Reichard et al., 2004b; Taborsky, 2008; Konecnᡠet al., 2010; Shuster, 2010). While research on morphological differences between guarders and sneakers has received some attention, the role of behavioural syndromes and personality in the adoption of alternative tactics has so far been largely ignored (Brockmann et al., 2008; Bergmüller & Taborsky, 2010). Here, we investigated individual behavioural differences in bourgeois- parasitic tactics using males of a small freshwater fish, the European bit- terling (Rhodeus amarus). Because ARTs are associated with contrasting roles, we predicted that guarder (bourgeois) and sneaker (parasitic) males would differ in personality traits across contexts. We anticipated that the expression of discrete behavioural syndromes would predispose individual males to largely act in one mating role, with guarder (bourgeois) males being 534 Personality and alternative male mating behaviour bolder, more aggressive and dominant. We further tested the association be- tween particular behavioural traits and morphological (body size, abundance of breeding tubercles, fluctuating asymmetry), physiological (testis size, red colour in eye iris, growth rate) and genetic (heterozygosity at microsatellite loci) characters. We tested a group of bitterling males in a series of aquarium and semi-field experiments. We controlled for the effect of body size, since this trait is known to affect dominance and territorial status in R. amarus.
2. Methods 2.1. Study species The European bitterling is a cyprinid fish (subfamily Acheilognathinae) that uses freshwater mussels for oviposition (Smith et al., 2004). Bitterling have a promiscuous resource-based mating system (Reichard et al., 2008), with adult body size ranging from 35 to 65 mm (Smith et al., 2004). Females deposit their eggs in the gills of mussels using an unusually long oviposi- tor, while males release sperm over the inhalant siphon of mussels, so that water filtered by a mussel carries the sperm to the eggs. During the reproduc- tive season males defend small territories around living freshwater mussels. Guarder males actively court females and attempt to lead them to mussels in their territory. Males can also act as sneakers, interrupting spawning pairs by darting next to a spawning pair from a shelter and fertilizing eggs by re- leasing sperm into the mussel defended by another male. Larger males are more likely to become guarders than smaller males (Reichard et al., 2008), but there are no apparent morphological differences between guarders and sneakers. Male tactics are sensitive to prevailing environmental and social conditions (Przybylski et al., 2007) and it appears that all males are capable of both tactics, though disproportionally perform one of the roles (Smith et al., 2004). For further details on bitterling mating systems see Smith et al. (2004). 2.2. Subjects Experimental fish were collected in the River Kyjovka in the southeast of the Czech Republic using a portable electrofishing backpack, modified to capture small fish efficiently (Lena, www.r-bednar.cz), and transported in aerated river water to the Institute of Vertebrate Biology (IVB) in Brno. Prior to experiments, a stock of wild fish was held in a large pond in the garden of R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 535 the IVB under natural conditions. In March (prior to the onset of the bitter- ling spawning season), a sample of males was measured for Standard Length (SL, body size excluding caudal fin) and 24 selected on the basis of their sim- ilar body size (mean ± SE = 53.8 ± 0.29 mm, range 51.5–57.0 mm). All the males were uniquely marked with coloured visible implant elastomer tags (VIE, Northwest Marine Technology Company). After marking, fish were housed in a large aquarium (126 × 41 × 40 cm) (henceforth referred to as the social tank) with a sand substrate and artificial plants as refuges. Fish experienced natural daylight (approx. 13 h of light) and water temperature fluctuation (mean 18°C, range 16–22°C) and were fed once each day with frozen chironomid larvae. The start of experiments coincided with the on- set of the bitterling reproductive season (early April). Experimental mussels were collected from an oxbow lake adjacent to the River Kyjovka prior to the start of bitterling spawning season. 2.3. Experimental procedures Individual boldness was measured as the time taken for a male to emerge from a shelter after introduction to a novel aquarium. The test aquarium was 75 × 40 × 38 cm and contained a 2 cm layer of river sand. Three sides of the aquarium were covered with opaque barriers to minimize external dis- turbance. Two large artificial plants were provided as shelters and situated in both of the rear corners. Before the start of the experiment all the experi- mental males were carefully removed from the social tank to six plastic tubs to standardize the effects of capture in fish that were tested. Trials were con- ducted on 7, 8 and 10 April 2009. After a short period of habituation in the tubs (15 min), an experimental fish was gently captured and released into the right front corner of the experimental tank. All fish immediately hid in the fronds of the artificial plants. The time taken to emerge from the shelter and swim in open water (i.e., to start tank exploration) was measured as index of boldness. Some individuals did not leave the shelter within 1200 s and were assigned a score of 20 min (maximum shyness). After emerging from shelter, or after 1200 s, whichever was sooner, the test male was captured and gen- tly returned to the social tank. Note that our measure of boldness could also reflect a measure of stress resistance, because it measures the recovery time after being caught, handled and moved. The test consisted of three replicates for each male. Each male was tested once each day of the experiment. The order of testing males followed a predetermined random sequence. 536 Personality and alternative male mating behaviour
Male dominance was measured as the ability of a male to establish a ter- ritory under competition with other males (conducted 14, 15 and 17 April 2009). All males likely interfered with each other prior to the test in the social tank, though their potential interactions before the test were standard- ized by using a single social tank for all males. Pre-experimental and tank conditions were identical to the test for boldness, except that a freshwater mussel, placed in a sand-filled plastic box (10 × 6 × 6 cm), was located in the centre of the tank. Three males were captured from a plastic box and simultaneously released into the experimental tank. The establishment of a dominance hierarchy was checked each 15 min. Dominant males were identified through mussel defence and aggressive displays directed towards other males (Reichard et al., 2005). Physical contact between males was oc- casionally recorded, but no injuries were observed. Territorial disputes are a common feature of male reproductive behaviour and are typically settled prior to physical contact (Smith, 2011). Subordinate males were provided with artificial vegetation and were able to readily escape and hide from dom- inant individuals. Once one male had unambiguously established dominance (chased the rivals from the territory and patrolled over the mussel), he was removed. This process was repeated with the two remaining males to enable the second and third ranked males to be identified. The trials took between 30 and 75 min before dominance was established. This period corresponds with the rapid establishment of territoriality observed in the field (Smith et al., 2003). Dominance was scored on a 3-point ordinal scale from 2 (the most dominant) to 0 (no dominance). Winner/loser effects were not considered. Each male was tested three times and male combinations were random ex- cept to ensure that no individual males were ever tested together more than once. Each male was tested once each day of the experiment. Male investment in aggressive behaviour and sperm competition was tested as a response by each male to a rival (conducted 21–28 April 2009). Pre-experimental and aquarium conditions were identical to the previous ex- periment, but with the addition of rival male in a glass jar (10 × 10 × 28 cm) positioned in the centre of the aquarium, 15 cm from the mussel, with a mesh top to permit ventilation. Small bitterling males (SL ± SE = 35 ± 0.7 mm) were used as rivals. Test males could not attack the bottled rival males directly, but the presence of a rival elicited the focal male to respond to the risk of sperm competition (Smith et al., 2003, 2009). The response of focal males was recorded 30 s after the first response to the rival male R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 537 and lasted 10 min. Head butting and parallel swimming (Smith et al., 2004) were recorded as aggressive bouts and their frequency was used in analyses. No other aggressive behaviour was observed. At the same time, investment in sperm competition was quantified as the number of ejaculations over the inhalant siphon of the mussel, which is a good approximation of sperm in- vestment by male bitterling (Smith et al., 2009). Male bitterling frequently ejaculate over mussels in the absence of females. This behaviour probably relates to the importance of sperm precedence in fertilization success, with preoviposition ejaculation rate (often in the absence of females) being the only significant predictor of paternity success (Reichard et al., 2004b). Rival males and mussels were replaced in each trial (to minimize their stress when constrained) and each male was tested on three separate occasions. In a final, large-scale trial, the ability of each male to defend a terri- tory under semi-natural conditions, their adoption of a specific mating tactic (guarder, sneaker), and a measure of their reproductive success were mea- sured in an outdoor concrete pool measuring 12.6 × 6 m filled to a water depth of 0.6 m (approximately 45 000 l). Large (1 m long) artificial plants were placed around the perimeter of the pool as shelters. On 30 April, 23 experimental males and 135 females were released into the pool and allowed to settle for one week. Fish fed on naturally occurring food items (detri- tus, algae, aquatic insect larvae) supplemented with a daily ration of frozen chironomids. Note that only 2–20% of female bitterling are in reproductive condition on any given day (Konecnᡠ& Reichard, 2011) yielding a local op- erational sex ratio (Seger & Stubblefield, 2002) typically encountered under natural conditions, despite the population sex ratio being significantly female biased. Both reproductively active and non-reproducing females swim in large shoals during the reproductive season, forage and visit male territories (Smith et al., 2004), and this behaviour was also observed in the experimen- tal pool (Reichard et al., 2004a; Konecnᡠet al., 2010). After one week, live mussels were placed in small sand-filled plastic boxes (18 × 14 cm) to rep- resent varying number of territories. A total of 18 plastic boxes were placed along three walls of the pool (one side was left empty to allow a diver to enter and leave the pool without disturbing fish) 1.7 m apart. A mussel was placed in a box to enable an active territory to be formed. The number of potential territories was varied between 1 and 18, with 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 14 or 18 territories active on a given day. The number of active territories was ran- domized among days. The position of active territories within the pool was 538 Personality and alternative male mating behaviour selected to maximize distances between adjacent territories. On each day of the experiment, a snorkeler observed every mussel for 15 min and recorded male behaviour. For each marked male, the number of defended territories, number of sneaking attempts, leading of females to a mussel, and number of spawnings were recorded. After completion of behavioural observations, all mussels were removed and replaced with new set of mussels that were positioned in accordance with the next experimental treatment. Behavioural observations took place between 9:00 and 17:00 Central European Summer Time; i.e., >3.5 h after sunrise and <3 h before sunset. A single treatment was completed each day. At the end of the experiment, the males were recaptured using baited net traps. Nine males were not recovered (and not observed during snorkelling after the end of the experiment) and those males appeared to have died over the course of the experiment. Intrinsic male mortality is naturally high dur- ing the reproductive season of the bitterling (Smith et al., 2000), with only 4–5% of males surviving until the end of reproductive season under natural conditions in the study population (Konecnᡠ& Reichard, 2011). Only recov- ered males were used in data analysis. Captured males were photographed (Olympus Mju 1030 SW) in a glass cell under identical light conditions from a distance of 25 mm to estimate the extent of red area in their iris, serving as carotenoid-based nuptial signal (Reichard et al., 2009). The male was killed with an overdose of anaesthetic (clove oil), a finclip taken for DNA extrac- tion and fixed in ethanol, and the body preserved in an 8% formaldehyde solution. After preservation, each male was measured for SL to the nearest mm and weighted to the nearest 0.001 g (wet weight). A count was made of the number of ventral fin rays, scales in the longest row along the body, and breeding tubercles on each side of the body and head. Males were dissected and their testes were weighted to the nearest 0.001 g. Gonad mass measured at the end of reproductive season denotes residual gonad mass and represents a valid relative index of investment in gonad tissue in the foregoing breeding season (Reichard et al., 2009). This measure overcomes the problem of tem- porary sperm depletion which commonly affects ejaculate size and sperm density (traits that can be measured during the reproductive season) in bitter- ling (Smith et al., 2009). Fish were individually marked using elastomer tags, which are widely used in experimental studies and have proven harmless (Halls & Azim, 1998; R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 539
Weston & Johnson, 2008), which was also the case in the present study. Mor- tality of a single male during the first phase of experimental work (aquarium), and a further nine males during the second phase was recorded. These mor- talities were not associated with experimental treatments. Our target sample size was estimated based on previous comparable experiments (Smith et al., 2003; Reichard et al., 2004b, 2005, 2006; Smith & Reichard, 2005) to achieve a trade off between maximizing experimental power while minimiz- ing the number of experimental fish used. 2.4. Data analysis The repeatability of behavioural traits was measured as intraclass correlation sensu Lessells & Boag (1987) (ICC1). However, our experimental design (constrained by the duration of the bitterling reproductive season) necessi- tated identical trials to be repeated within a relatively short period, with a risk that subjects habituated to experimental conditions (Chervet et al., 2011), which was indeed the case for some measures of personality traits (see Re- sults). To account for this, we calculated alternative intraclass correlations according to Shrout & Fleiss (1979) and implemented in package ‘psych’ for R 2.9.1 (R Development Core Team, 2009). Those intraclass correlations remove mean differences in response variables between trials (McGraw & Wong, 1996) and we present the outcomes of analyses where subjects were modelled as either random (ICC2) or fixed (ICC3) effects. We acknowledge, however, that our experimental design did not control for potential carry-over effects (Dochtermann, 2010). A fluctuating asymmetry index (FA) was calculated according to formula FA11 of Palmer (1994), whereby FA = |R − L|,whereR is the value for a trait on right side of the fish and L the value for the same trait on left side. Meristic data for ventral fins, breeding tubercles and the number of scales along the body axis were summed. The extent of eye redness was estimated as the proportion of the total iris that was red using ImageJ 1.43n (Abramoff et al., 2004; Reichard et al., 2009). The gonadosomatic index (GSI) was calculated as GSI = (WG/WE) × 100, where WG is gonad weight and WE is the weight of the eviscerated fish. The use of WE (weight of internal organs not included) minimized the effect of gut fullness. Growth rate was calculated as a difference in the natural log of body size measured on 1 April and 15 June, which coincided with the reproductive period and can be considered as growth rate over the breeding season (Reichard et al., 2009). 540 Personality and alternative male mating behaviour
Individual heterozygosity was estimated on the basis of 10 microsatellite loci (Rser01, Rser03, Rser05, Rser06, Rser08, Rser09, Rser10, Rser11, Rser12 and Rser13) (Dawson et al., 2003; Reichard et al., 2008) using Genepop 4.0.10 (Rousset, 2008). DNA extraction and microsatellite analysis followed established protocols given in Bryja et al. (2010). Prior to statistical analysis, all data were checked for assumptions of parametric tests (normality, homoscedasticity of variances) and transformed if necessary. Proportional data were square-root arcsine transformed. Final sample size was 23 males in aquarium experiments and a subset of 14 males in the outdoor experiments due to mortalities (see below). Given that some mortalities are common among males during the reproductive season, we anticipated that final sample size (at the end of reproductive season) to be lower than the number of males used at the beginning of experiments (at the start of reproductive season). Consequently, with a target final sample size of 18 males, we initially used 24 males. Therefore, our final sample size in aquarium experiments (N = 23) was slightly higher than planned, while the sample size for outdoor experiments was slightly lower (N = 14). Associations between personality traits and morphological traits were tested using summed values across all three trials. To test whether fish habit- uated to experimental conditions and changed their response among consec- utive trials, we fitted linear mixed models (nlme package in R 2.9.1, LMM) with particular personality trait as response variable and fish identity as ran- dom factor. The relationships between male territoriality in the outdoor pool, personality traits, and morphological characters were tested using a Spear- man correlation. A measure of territoriality (tendency of the males to guard a territory) was expressed as the number of cases when a particular male was observed to guard a territory.
3. Results Individual differences in the capacity to establish dominance, boldness, and investment in sperm competition were repeatable, though male aggression was not (Table 1); the significance of repeatability increased when habitua- tion was accounted for (ICC2 and ICC3 measures in Table 1). There was a clear increase in boldness score across trials, indicating that fish decreased their time to emerge from a refuge with increasing experience with experi- mental conditions (LMM, trial effect F2,44 = 8.75, p<0.001). Investment R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 541
Table 1. Results of repeatability analysis (N = 23 males, aquarium).
ICC1 ICC2 ICC3
rF22,46 pr rF22,44 p
Dominance 0.385* 2.88 0.001 0.379* 0.369* 2.76 0.002 Boldness 0.160 1.27 0.098 0.210* 0.267* 2.09 0.017 Sperm competition 0.178 1.65 0.076 0.207* 0.230* 1.90 0.035 Aggression −0.195 0.51 0.955 −0.119 −0.147 0.62 0.889
Intraclass correlations were calculated sensu Lessells & Boag (1987) (ICC1) and with mean differences between trials taken into account, with subjects modelled as random (ICC2)or fixed (ICC3) effects. * Statistically significant result. in sperm competition (LMM, trial effect F2,44 = 4.45, p = 0.017) and ag- gression rate varied among trials (LMM, trial effect F2,44 = 6.62, p = 0.003) (Figure 1). These personality traits were significantly repeatable when differ- ences in mean values among trials were accounted for (Table 1), indicating that despite overall numerical changes in the response variable, rank order of boldness and sperm competition score for individual fish was consistent across trials. Dominance was measured on a rank scale, resulting in no dif- ferences in mean values across trials and significant repeatability using all three intraclass correlation coefficients (Table 1). There was a significant negative correlation between male aggression and investment in sperm competition (Pearson correlation, r =−0.544, N = 23, p = 0.004; Figure 2). The statistical significance was retained after Bonfer- roni correction (critical p = 0.008). Other associations between personality traits were not significant (all p>0.229), giving little support for the exis- tence of behavioural syndromes, at least under our experimental conditions. Male body size was experimentally constrained in the study, and as antici- pated did not correlate with any behavioural traits (boldness: r = 0.237, p = 0.276; investment in sperm competition: r =−0.111, p = 0.615; aggres- sion: r =−0.150, p = 0.494; dominance: r = 0.367, p = 0.085). Within individual dominance trials, male body size still had some importance. It was not associated with the rank order among males during the first (Kendall coefficient of concordance W = 0.204, p = 0.195) and second (W = 0.094, p = 0.472) trial, though it did affect the outcome of the third trial, with the relatively largest males being most dominant (W = 0.717, p = 0.003). 542 Personality and alternative male mating behaviour
Figure 1. Mean values of personality traits across individual trials in aquarium experiments (N = 23 males). Whiskers represent one standard error.
There was no association between the tendency to act as a guarder in the outdoor experiment and personality traits (dominance: rS = 0.401, p = 0.156, investment in sperm competition: rS = 0.460, p = 0.098, boldness: rS = 0.325, p = 0.257, aggression: rS =−0.077, p = 0.793). For morpho- logical and physiological traits, a greater tendency to act as a guarder was positively associated with larger GSI and more breeding tubercles (Table 2). The number of spawning acts a male participated in (either as guarder or sneaker) was positively related to the ability of a male to establish a territory (measured as the overall number of territories a male defended) (Spearman correlation, rS = 0.740, N = 14, p = 0.002). The ability of males to estab- R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 543
Figure 2. Relationship between aggression and number of ejaculations during simultaneous assessment in male R. amarus in aquarium experiments (N = 23 males). The larger point identifies an overlap between two individuals. lish dominance in aquarium tests correlated positively with the number of breeding tubercles, but no other relationship between morphological (and physiological) traits and personality traits proved significant, including the effect of body size (Table 2).
Table 2. Association between territoriality (tendency to act as a guarder in an outdoor study) and dom- inance (in an aquarium study) and morphological and physiological traits in male European bitterling (N = 14 males).
Territoriality Dominance
rS prS p ∗ ∗ GSI 0.697 0.006 0.399 0.158 ∗ ∗ ∗ ∗ Breeding tubercles 0.610 0.021 0.633 0.015 Growth rate 0.407 0.149 0.117 0.692 Eye redness 0.191 0.514 0.045 0.879 Body size 0.093 0.753 0.230 0.430 Body mass 0.038 0.898 0.173 0.555 Heterozygosity −0.137 0.641 0.197 0.499 Fluctuating asymmetry −0.153 0.601 −0.294 0.308
Territoriality was expressed as the number of cases when a particular male was observed to defend a territory. Results of a Spearman correlation and its statistical significance are reported. * Statistically significant result. 544 Personality and alternative male mating behaviour
4. Discussion We investigated individual behavioural differences in a sneaker–guarder sys- tem using males of the European bitterling. We predicted distinct behavioural responses by guarder and sneaker males that were consistent in different contexts, indicating the existence of behavioural syndromes. We demon- strated the ability of individual male bitterling to establish dominance was highly repeatable, while boldness and investment in sperm competition were repeatable only at relative scales. Individuals retained their relative ranks, but numerical measures of their personality traits varied. Male aggression was not repeatable. Overall, the existence of a behavioural syndrome was not supported, because personality traits were not correlated. The exception was the association between male aggression and sperm competition which were negatively correlated, indicating that individual males varied in their response to the presence of a rival along the bourgeois-parasitic continuum. Despite significant association between the tendency to act as a guarder and morphological and physiological traits (with greater relative testis size and more breeding tubercles in guarders), no difference between males along the guarder–sneaker continuum was found in personality traits. High repeatabil- ity in dominance was detected even though male size was constrained within a narrow (5 mm) range. This suggests that an individual’s ability to establish and successfully defend a territory is consistent even among similarly-sized rivals. However, even within this size-constrained cohort, slight body size differences explained variance in dominance in one experimental trial. Male body size is the major predictor of dominance hierarchy in most animals, including fishes (Andersson, 1994). Male boldness gradually increased across trials, with the time to emerge from a shelter declining across successive trials (Figure 1). This indicates that the measure of boldness might also reflect stress resistance or ‘train- ing effect’. Chervet et al. (2011) report a ‘training effect’ in a Tanganyikan cichlid (Neolamprologus pulcher). If two behavioural tests were conducted only a short time apart in their study, individuals were usually bolder and more explorative in the second test. Wilson & Godin (2009) also found that individual bluegill sunfish varied in their response to predators across trials due to individuals habituating to the novel stimuli at different rates. This im- plies that different capacities of individual males to learn and habituate to experimental conditions can limit repeatability of behavioural traits. In our study, however, repeatability of male boldness was high after accounting for R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 545 habituation in the calculation of intraclass correlation coefficient, consistent with a situation of relatively minor differences to habituate to experimental conditions among individual fish. Behavioural syndromes in males were not demonstrated by the study. This result may be an artifact of our experimental design (using size-matched 1-year-old males tested during the reproductive season or the choice of be- havioural measures and their order). Alternatively it may be a feature of our study population or, more generally, of the European bitterling. Study sub- jects may have come from an environment where strong correlations between behaviours across contexts were not adaptive. For example, Bell (2005) re- ported a behavioural syndrome in a population of three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) that experienced strong predator pressure. In an adjacent population subjected to limited predation pressure no behavioural syndrome was detected. However, the results may have been confounded by testing different populations at different phases of reproduction. Onto- genetic patterns may also affect expression of behavioural syndromes. Bell & Stamps (2004) found a weaker correlation across behaviours in subadult sticklebacks compared with adults, probably linked to hormonal changes as- sociated with sexual maturation. Male aggression and investment into sperm competition were measured in the same experiment and a negative correlation between aggression and number of ejaculations supports the observation that male bitterling traded- off between the two behaviours. These two activities are time and energy expensive and males may be constrained in their ability to express both si- multaneously (Candolin & Reynolds, 2002). A trade-off between aggression and sperm competition has been observed in other fish species, including the Mediterranean wrasse (Symphodus ocellatus) (Alonzo & Warner, 2000), three-spined stickleback (Le Comber et al., 2003) and zebrafish (Danio re- rio) (Spence & Smith, 2005), and may be a general feature of animal mating systems. Dominant male bitterling were shown to have more breeding tubercles; epidermal keratin-based structures found on the head of reproductively ac- tive males. The development of breeding tubercles in fish is controlled by androgens (Wiley & Collette, 1970), themselves influenced by social status (Oliveira et al., 1996). Dominant individuals with elevated levels of these hormones express more breeding tubercles (Oliveira et al., 2002) and they may be perceived as an indicator of androgen levels. Tubercles have also 546 Personality and alternative male mating behaviour been hypothesized as functioning as signals of male quality affecting female mate choice (Huuskonen et al., 2009), though whether this occurs through direct or indirect selection is unclear. A large number of breeding tubercles in dominant males has also been demonstrated in the roach (Rutilus rutilus) (Kortet et al., 2004), a species of fish with a lek mating system (Wedekind, 1996). Breeding tubercles may provide protection from mechanical friction during spawning (Ahnelt & Keckeis, 1994). In the European bitterling, tuber- cles are concentrated on the tip of the snout and may function as a weapon in male–male combat. During territorial fights males frequently engage in bouts of what has been termed headbutting (Smith et al., 2004), but which actually involves males striking each other with their snouts. Hence, the number of breeding tubercles may potentially be under intrasexual selection and further research is needed to establish their function in the bitterling mating system. Male tendency to act as a guarder positively correlated with testis mass. This finding appears to contradict a key prediction of sperm competition theory (Parker, 1998). An assumption of classical sneak-guard models is that sneakers face sperm competition in all their reproductive attempts, while guarder males are confronted with sperm competition only in a subset (Parker, 1998). However, in R. amarus this assumption may be violated, with the overall level of sperm competition risk consistently high for all males in a population, irrespective of mating tactic (Candolin & Reynolds, 2001; Re- ichard et al., 2004a,b; Smith et al., 2004, 2009). Male R. amarus display specialized reproductive adaptations for high levels of sperm competition and sperm economy in comparison with other bitterling species (Pateman- Jones et al., 2011), and with no distinction in sperm quality or testis structure in relation to mating tactic (Pateman-Jones, 2008). Male bitterling release sperm both before and after a female deposits her eggs, and each spawning is accompanied by a mean ± SE of 4.4 ± 0.47 ejaculations/mating, with an excess of 250 ejaculations per guarder male on each day of the reproduc- tive season in a wild population (Smith et al., 2009). Our observations that guarder males had greater testis mass than sneakers may better reflect the pattern in resource-based mating systems than is generally recognized (see also Zbinden et al., 2001; Fitzpatrick et al., 2006; Reichard et al., 2007), with only males in sufficiently good condition being able to afford the high cost of sperm production and territorial defence simultaneously. Indeed, the ability of a male to guard a territory was positively related to the overall number of spawning acts a male participated in as guarder or sneaker and, therefore, R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 547 with reproductive success under our experimental conditions. However, the relative success of guarders and sneakers varies extensively across demo- graphic parameters (Reichard et al., 2004a,b). We predicted that specific morphological, physiological and genetic traits would be associated with personality traits and mating tactics. Contrary to predictions (Tiira et al., 2003, 2006; Vilhunen et al., 2008), we failed to de- tect a relationship between genetic heterozygosity, the level of fluctuating asymmetry (an index of developmental instability), carotenoid-based red col- oration and behaviour, especially the ability to establish dominance. While this may be partially ascribed to our relatively low sample size, no appar- ent trend was detected and any potential relationship must have had only a relatively small effect. Males that employ alternative mating tactics are sometimes morphologi- cally dissimilar and their behaviour may be, at least temporarily, dictated by morphological and physiological conditions related to ontogenetic stage or phenotype. However, the majority of known cases of alternative mating tac- tics reflect conditional responses to transitory social conditions (Oliveira et al., 2008), including in R. amarus (Smith et al., 2004). Social conflict can se- lect for the stable coexistence of different behavioural types and Bergmüller & Taborsky (2010) hypothesized that consistent individual differences in personality traits may lead to a diversification into discrete social roles, including guarder and sneaker males as alternative avenues to maximize fitness. Our data do not support Bergmüller & Taborsky’s (2010) hypoth- esis; there was no difference in any personality trait between guarder and sneaker males, nor was there consistency in behaviour across contexts. The assumption that bolder individuals are more likely to become guarders was also not confirmed. However, we acknowledge a relatively small sample size in our analysis, and the fact that our experimental design excluded the role of predators, despite an attempt to mimic natural conditions in a large semi-natural setting. Predators can have a significant impact on individual behaviour (Bell, 2005), and guarder males may be more susceptible to pre- dation when courting or displaying to females (Magurran, 2005; Konecnᡠ& Reichard, 2011). In conclusion, we did not detect evidence for behavioral syndromes cor- responding with male mating tactics in male R. amarus. We further failed to find strong associations between individual behavioural, morphological, physiological and genetic traits, despite repeatability of some personality 548 Personality and alternative male mating behaviour traits. These data suggest male bitterling mating tactics are largely uncon- strained by innate or ontogenetic factors, implying male bitterling mating tactics to be the product of the prevailing environmental and social conditions rather than being evolutionarily constrained (Duckworth, 2006), making the bitterling an especially attractive model for research on conditional male re- productive behaviour.
Acknowledgements We are grateful to Matej Polacik,ˇ Hanka Patzenhauerová, Markéta On- dracková,ˇ Markéta Konecná,ˇ Jiríˇ Huml, Josef Bryja, Milan Vrtílek, Pavel Šebek and Klára Morongová for help with experiments and M. Taborsky, R. Earley and two anonymous referees for comments on an earlier draft of the manuscript. RRˇ and MR hold a license for conducting experimental work on vertebrates. Experimental procedures were approved by the ethical com- mittees of the IVB and Ministry of Agriculture (CZ 62760203) and are in accordance with Czech legal requirements. All authors conceived and de- signed the research. R.R.ˇ collected the data, R.R.ˇ and M.R. analyzed data and drafted the paper. All authors contributed to writing. Financial support came from Czech Science Foundation GACR 206/09/1163.
References Abramoff, M.D., Magelhaes, P.J. & Ram, S.J. (2004). Image processing with ImageJ. — Biophoton. Int. 11: 36-42. Ahnelt, H. & Keckeis, H. (1994). Breeding tubercles and spawning behaviour in Chondros- toma nasus (Teleostei: Cyprinidea): a correlation? — Ichtyol. Explor. Freshw. 5: 321-330. Alonzo, S.H. & Warner, R.R. (2000). Allocation to mate guarding or increased sperm pro- duction in a Mediterranean wrasse. — Am. Nat. 156: 266-275. Andersson, M. (1994). Sexual selection. — Princeton University Press, London. Bell, A.M. (2005). Behavioural differences between individuals and two populations of stick- leback (Gasterosteus aculeatus). — J. Evol. Biol. 18: 464-473. Bell, A.M. & Stamps, J.A. (2004). Development of behavioural differences between indi- viduals and populations of sticklebacks, Gasterosteus aculeatus.—Anim.Behav.68: 1339-1348. Bergmüller, R. & Taborsky, M. (2010). Animal personality due to social niche specialisation. — Trends Ecol. Evol. 25: 504-511. Brockmann, H.J., Oliveira, R.F. & Taborsky, M. (2008). Integrating mechanisms and func- tion: prospects for future research. — In: Alternative reproductive tactics: an integrative approach (Oliveira, R.F., Taborsky, M. & Brockmann, H.J., eds). Cambridge University Press, New York, NY, p. 471-489. R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 549
Brown, C., Braithwaite, V.A. & Burgess, F. (2007). Heritable and experiential effects on boldness in a tropical poeciliid. — Behav. Ecol. Sociobiol. 62: 237-243. Bryja, J., Smith, C., Konecný,ˇ A. & Reichard, M. (2010). Range-wide population genetic structure of the European bitterling (Rhodeus amarus) based on microsatellite and mito- chondrial DNA analysis. — Mol. Ecol. 19: 4708-4722. Budaev, S.V. (1997). Alternative styles in the European wrasse, Symphodus ocellatus — boldness-related schooling tendency. — Environ. Biol. Fish. 49: 71-78. Candolin, U. & Reynolds, J.D. (2001). Sexual signaling in the European bitterling: females learn the truth by direct inspection of the resource. — Behav. Ecol. 12: 407-411. Candolin, U. & Reynolds, J.D. (2002). Adjustments of ejaculation rates in response to risk of sperm competition in a fish, the bitterling (Rhodeus sericeus). — Proc. Roy. Soc. Lond. B: Biol. 269: 1549-1553. Chervet, N., Zöttl, M., Schürch, R., Taborsky, M. & Heg, D. (2011). Repeatability and heri- tability of behavioural types in a social cichlid. — Int. J. Evol. Biol. 2011: 1-15. Colléter, M. & Brown, C. (2011). Personality traits predict hierarchy rank in male rainbowfish social groups. — Anim. Behav. 81: 1231-1237. Dawson, D.A., Burland, T.M., Douglas, A., Le Comber, S.C. & Bradshaw, M. (2003). Isola- tion of microsatellite loci in the freshwater fish, the bitterling Rhodeus sericeus (Teleostei: Cyprinidae). — Mol. Ecol. Notes 3: 199-202. Dochtermann, N. (2010). Behavioral syndromes: carryover effects, false discovery rates, and a priori hypotheses. — Behav. Ecol. 21: 437-439. Duckworth, R.A. (2006). Behavioral correlations across breeding contexts provide a mecha- nism for a cost of aggression. — Behav. Ecol. 17: 1011-1019. Fitzpatrick, J.L., Desjardins, J.K., Stiver, K.A., Montgomerie, R. & Balshine, S. (2006). Male reproductive suppression in the cooperatively breeding fish Neolamprologus pulcher.— Behav. Ecol. 17: 25-33. Godin, J.G.J. & Clark, K.A.V. (1997). Risk-taking in stickleback fishes faced with different predatory threats. — Ecoscience 4: 246-251. Godin, J.G.J. & Dugatkin, L.A. (1996). Female mating preference for bold males in the guppy, Poecilia reticulata. — Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 10262-10267. Halls, A.S. & Azim, M.E. (1998). The utility of visible implant (VI) tags for marking tropical river fish. — Fish. Manag. Ecol. 5: 71-80. Huntingford, F.A. (1976). The relationship between anti-predator behaviour and aggression among conspecifics in the three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus.—Anim. Behav. 24: 245-260. Huuskonen, H., Haakana, H. & Kekäläinen, J. (2009). Offspring performance is linked to parental identity and male breeding ornamentation in whitefish. — Biol. J. Linn. Soc. 98: 532-539. Johnson, J.C. & Sih, A. (2005). Precopulatory sexual cannibalism in fishing spiders (Dolomedes triton): a role for behavioral syndromes. — Behav. Ecol. Sociobiol. 58: 390- 396. 550 Personality and alternative male mating behaviour
Konecná,ˇ M. & Reichard, M. (2011). Seasonal dynamics in population characteristics of European bitterling Rhodeus amarus in a small lowland river. — J. Fish. Biol. 78: 227- 239. Konecná,ˇ M., Smith, C. & Reichard, M. (2010). Population and individual consequences of breeding resource availability in the European bitterling (Rhodeus amarus). — Behav. Ecol. Sociobiol. 64: 1069-1079. Kortet, R., Taskinen, J., Vainikka, A. & Ylonen, H. (2004). Breeding tubercles, papillomatosis and dominance behaviour of male roach (Rutilus rutilus) during the spawning period. — Ethology 110: 591-601. Le Comber, S.C., Faulkes, C.G., Formosinho, J. & Smith, C. (2003). Response of territorial males to the threat of sneaking in the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus): a field study. — J. Zool. 261: 15-20. Lessells, C.M. & Boag, P.T. (1987). Unrepeatable repeatabilities: a common mistake. — Auk 104: 116-121. Magurran, A.E. (2005). Evolutionary ecology: the trinidadian guppy. — Oxford University Press, New York, NY. McGraw, K.O. & Wong, S.P. (1996). Forming inferences about some intraclass correlation coefficients. — Psychol. Methods 1: 30-46. Oliveira, R.F., Almada, V.C. & Canario, A.V.M. (1996). Social modulation of sex steroid concentrations in the urine of male cichlid fish Oreochromis mossambicus.—Horm. Behav. 30: 2-12. Oliveira, R.F., Hirschenhauser, K., Carneiro, L.A. & Canario, A.V.M. (2002). Social modula- tion of androgen levels in male teleost fish. — Comp. Biochem. Physiol. B 132: 203-215. Oliveira, R.F., Taborsky, M. & Brockmann, H.J. (2008). Alternative reproductive tactics: an integrative approach. — Cambridge University Press, New York, NY. Palmer, A.R. (1994). Fluctuating asymmetry analyses: a primer. — In: Developmental insta- bility: its origins and evolutionary implications (Markow, T.A., ed.). Kluwer, Dordrecht, p. 335-364. Parker, G.A. (1998). Sperm competition and the evolution of ejaculates: towards a theory base. — In: Sperm competition and sexual selection (Birkhead, T.R. & Møller, A.P., eds). Cambridge University Press, Cambridge, p. 3-54. Parker, G.A., Ball, M.A., Stockley, P. & Gage, M.J.G. (1997). Sperm competition games: a prospective analysis of risk assessment. — Proc. Roy. Soc. Lond. B: Biol. 264: 1793- 1802. Pateman-Jones, C. (2008). Sperm competition and male mating tactics in the bitterling fishes. — PhD thesis, Department of Biology, University of Leicester, Leicester. Pateman-Jones, C., Rasotto, M., Reichard, M., Liao, C., Liu, H., Zieba, G. & Smith, C. (2011). Variation in male reproductive traits among three bitterling fishes (Acheilognathi- nae: Cyprinidae) in relation to mating system. — Biol. J. Linn. Soc. 103: 622-632. Przybylski, M., Reichard, M., Spence, R. & Smith, C. (2007). Spatial distribution of ovipo- sition sites determines variance the reproductive rate of European bitterling (Rhodeus amarus). — Behaviour 144: 1403-1417. R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 551
R Development Core Team (2009). R: a language and environment for statistical computing. — R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. Available online at http:// www.R-project.org Reaney, L.T. & Backwell, P.R.Y. (2007). Risk-taking behavior predicts aggression and mating success in a fiddler crab. — Behav. Ecol. 18: 521-525. Reichard, M., Bryja, J., Ondracková,ˇ M., Dávidová, M., Kaniewska, P. & Smith, C. (2005). Sexual selection for male dominance reduces opportunities for female mate choice in the European bitterling (Rhodeus sericeus). — Mol. Ecol. 14: 1533-1542. Reichard, M., Jurajda, P. & Smith, C. (2004a). Male–male interference competition decreases spawning rate in the European bitterling (Rhodeus sericeus). — Behav. Ecol. Sociobiol. 56: 34-41. Reichard, M., Le Comber, S.C. & Smith, C. (2007). Sneaking from a female perspective. — Anim. Behav. 74: 679-688. Reichard, M., Ondracková,ˇ M., Przybylski, M., Liu, H. & Smith, C. (2006). The costs and benefits in an unusual symbiosis: experimental evidence that bitterling fish (Rhodeus sericeus) are parasites of unionid mussels in Europe. — J. Evol. Biol. 19: 788-796. Reichard, M., Ondracková,ˇ M., Bryjová, A., Smith, C. & Bryja, J. (2009). Breeding resource distribution affects selection gradients on male phenotypic traits: experimental study on lifetime reproductive success in the bitterling fish (Rhodeus amarus). — Evolution 63: 377-390. Reichard, M., Smith, C. & Jordan, W.C. (2004b). Genetic evidence reveals density-dependent mediated success of alternative mating behaviours in the European bitterling (Rhodeus sericeus). — Mol. Ecol. 13: 1569-1578. Reichard, M., Smith, C. & Bryja, J. (2008). Seasonal change in the opportunity for sexual selection. — Mol. Ecol. 17: 642-651. Rousset, F. (2008). Genepop’007: a complete re-implementation of the Genepop software for Windows and Linux. — Mol. Ecol. Resour. 8: 103-106. Schuett, W., Tregenza, T. & Dall, S.R.X. (2010). Sexual selection and animal personality. — Biol. Rev. 85: 217-246. Seger, J. & Stubblefield, J.W. (2002). Models of sex ratio evolution. — In: Sex ratios: con- cepts and research methods (Hardy, I.C.W., ed.). Cambridge University Press, New York, NY, p. 2-25. Shrout, P.E. & Fleiss, J.L. (1979). Intraclass correlations: uses in assessing rater reliability. — Psychol. Bull. 86: 420-3428. Shuster, S.M. (2010). Alternative mating strategies. — In: Evolutionary behavioral ecology (Fox, C. & Westneat, D.F., eds). Oxford University Press, New York, NY, p. 434-450. Sih, A. & Bell, A.M. (2008). Insights for behavioral ecology from behavioral syndromes. — Adv. Stud. Behav. 38: 227-281. Smith, C. (2011). Good fences make good neighbours: the role of landmarks in territory partitioning in the rose bitterling (Rhodeus ocellatus). — Behaviour 148: 233-246. Smith, C., Pateman-Jones, C., Zi˛eba, G., Przybylski, M. & Reichard, M. (2009). Sperm depletion as a consequence of increased sperm competition risk in the European bitterling, Rhodeus amarus. — Anim. Behav. 77: 1227-1233. 552 Personality and alternative male mating behaviour
Smith, C. & Reichard, M. (2005). Females solicit sneakers to improve fertilization success in the bitterling fish (Rhodeus sericeus). — Proc. Roy. Soc. Lond. B: Biol. 272: 1683-1688. Smith, C., Reichard, M. & Jurajda, P. (2003). Assessment of sperm competition by European bitterling, Rhodeus sericeus. — Behav. Ecol. Sociobiol. 53: 206-213. Smith, C., Reichard, M., Jurajda, P. & Przybylski, M. (2004). The reproductive ecology of the European bitterling (Rhodeus sericeus). — J. Zool. 262: 107-124. Smith, C., Reynolds, J.D. & Sutherland, W.J. (2000). The population consequences of repro- ductive decisions. — Proc. Roy. Soc. Lond. B: Biol. 267: 1327-1334. Spence, R. & Smith, C. (2005). Male territoriality mediates density and sex ratio effects on oviposition in the zebrafish. — Anim. Behav. 69: 1317-1323. Stamps, J. & Groothuis, T.G.G. (2009). The development of animal personality: relevance, concepts and perspectives. — Biol. Rev. 85: 301-325. Taborsky, M. (1998). Sperm competition in fish: “bourgeois” males and parasitic spawning. — Trends Ecol. Evol. 13: 222-227. Taborsky, M. (2008). Alternative reproductive tactics in fish. — In: Alternative reproductive tactics: an integrative approach (Oliveira, R.F., Taborsky, M. & Brockmann, H.J., eds). Cambridge University Press, New York, NY, p. 251-299. Taborsky, M., Oliveira, R.F. & Brockmann, H.J. (2008). The evolution of alternative re- productive tactics: concepts and questions. — In: Alternative reproductive tactics: an integrative approach (Oliveira, R.F., Taborsky, M. & Brockmann, H.J., eds). Cambridge University Press, New York, NY, p. 1-22. Tiira, K., Laurila, A., Enberg, K., Piironen, J., Aikio, S., Ranta, E. & Primmer, C.R. (2006). Do dominants have higher heterozygosity? Social status and genetic variation in brown trout, Salmo trutta. — Behav. Ecol. Sociobiol. 59: 657-665. Tiira, K., Laurila, A., Peuhkuri, N., Piironen, J., Ranta, E. & Primmer, C.R. (2003). Aggres- siveness is associated with genetic diversity in landlocked salmon (Salmo salar). — Mol. Ecol. 12: 2399-2407. Vilhunen, S., Tiira, K., Laurila, A. & Hirvonen, H. (2008). The bold and the variable: fish with high heterozygosity act recklessly in the vicinity of predators. — Ethology 114: 7-15. Ward, A.J.W., Thomas, P., Hart, P.J.B. & Krause, J. (2004). Correlates of boldness in three- spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus). — Behav. Ecol. Sociobiol. 55: 561-568. Wedekind, C. (1996). Lek-like spawning behaviour and different female mate preferences in roach (Rutilus rutilus). — Behaviour 133: 681-695. Weinstein, T.A.R., Capitanio, J.P. & Gosling, S.D. (2008). Personality in animals. — In: Handbook of personality theory and research (John, O.P., Robins, R.W. & Pervin, L.A., eds). The Guilford Press, New York, NY, p. 328-348. Weston, M.R. & Johnson, R.L. (2008). Visible implant elastomer as a tool for marking etheostomine darters (Actinopterygii: Percidae). — Southeast. Nat. 7: 159-164. Wiley, M.L. & Collette, B.B. (1970). Breeding tubercles and contact organs in fishes: their occurrence, structure, and significance. — Bull. Am. Mus. Nat. Hist. 143: 145-216. Wilson, A.D.M. & Godin, J.G.J. (2009). Boldness and behavioral syndromes in the bluegill sunfish, Lepomis macrochirus. — Behav. Ecol. 20: 231-237. R. Režuchaˇ et al. / Behaviour 149 (2012) 531–553 553
Wilson, D.S. (1998). Adaptive individual differences within single populations. — Philos. Trans. Roy. Soc. Lond. B: Biol. Sci. 353: 199-205. Wilson, D.S., Clark, A.B., Coleman, K. & Dearstyne, T. (1994). Shyness and boldness in humans and other animals. — Trends Ecol. Evol. 9: 442-446. Young, M., Simmons, L. & Evans, J. (2010). Pre- and post-mating sexual selection both favor large males in a rainbowfish. — Behav. Ecol. Sociobiol. 64: 915-925. Zbinden, M., Largiader, C.R. & Bakker, T.C.M. (2001). Sperm allocation in the three-spined stickleback. — J. Fish Biol. 59: 1287-1297.
IMPAKTOVANÉ PUBLIKACE
49
Článek 2
Řeţucha, R. & Reichard, M. 2014. The effect of social environment on al- ternative mating tactics in male Endler's guppy, Poecilia wingei. Animal Behaviour, 88, 195-202.
V této práci jsem navrhl její design včetně řešení chovných nádrţí. Vy- choval jsem pokusné jedince a staral se o ně v průběhu celého experimentu. Provedl jsem také všechny experimenty a vymyslel vlastní způsob jejich rea- lizace. Sesbíral jsem všechna data, vyhodnotil je a provedl jejich primární statistickou analýzu. Napsal jsem první verzi článku a později přispíval k je- ho finální verzi.
Animal Behaviour 88 (2014) 195e202
Contents lists available at ScienceDirect
Animal Behaviour
journal homepage: www.elsevier.com/locate/anbehav
The effect of social environment on alternative mating tactics in male Endler’s guppy, Poecilia wingei