50
Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭鄭鄭 (Ayo) 鄭鄭 鄭鄭鄭鄭鄭鄭 鄭鄭鄭鄭鄭鄭鄭 鄭鄭鄭鄭鄭鄭鄭鄭鄭 鄭鄭鄭鄭鄭鄭鄭 + 鄭鄭鄭鄭鄭鄭鄭

Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

Chap.02 The Evolution of Behavior

鄭先祐 (Ayo) 教授國立台南大學 環境與生態學院

生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

Page 2: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

2

The Evolution of Behavior

Artificial selectionNatural selectionBehavioral geneticsThe modern theoretical framework

for animal behavior Sociobiology and selfish genes Antipredator behavior in guppies

AdaptationGenetic techniquesphylogeny

Page 3: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

3

Both natural and artificial selection have produced many morphological varieties of the pigeon.

Page 4: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

4

Pigeon breeders have selected for behavioral varieties of pigeons, including (A) tumbler ( 輾轉的 ) pigeons, and (B) homing pigeons.

Page 5: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

5

Page 6: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

6

Page 7: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

7

If hunting in larger groups (up to some maximum group size) provides more food per dog than hunting in smaller groups (or alone), natural selection can favor group hunting.

Page 8: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

8

When population size equals 100, the number of wild dogs that hunt in groups will increase in frequency, and they will eventually make up 100 percent of the population. No mutation and no migration.

Page 9: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

9

Page 10: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

10

Page 11: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

Heritability ( 遺傳度 )

Selection differential, S Generation 1 天擇下,可繁殖後代的平均值 (X1)

扣除 目前世代的平均值 (X0) 。 譬如, X0 =60 秒 X1=90 秒 S=90-60=30

Response, R Generation 2 的平均值 (X2) 扣除 Generation 1 的

平均值 (X0) 。 譬如, X2=70 秒 R=70-60=10

Heritability, h2 h2 = R/S = 10/30 = 0.33

形態和行為 h2 = Low 0.0-0.1 , moderate 0.1-0.4

11

Page 12: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

12

Behavioral genetics

1. Using Mendel’s laws of genetics to predict the distribution of behavioral phenotypes

2. Mapping genes for behavioral traits3. Using other measures of heritability

to determine what percentage of the variation in a behavioral trait is genetic and what percentage is environmental.

Page 13: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

13

Some of differences in the mating behavior of (A) satellite males and (B) independent males are controlled by a single gene with two alleles labeled S and s. The S allele is dominant and codes for satellite male behavior, while the s allele is recessive. The ss is for independent males.

Page 14: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

14

Polygenic traits

Quantitative trait loci (QTLs)Fear/fearlessness in mice (Flint, et al.,

1995)測試 mice 於 open-field behavior (fear)選擇 the more fearfull mice, 分析其 DNA相關 fear 的基因存在於, six different

chromosomes (1,4,12,15,17 和 18) 。倘若是走迷宮的 fear ,則存在於

chromosomes (1,12, 和 15) 。

Page 15: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

15

Dissecting behavioral variation

• Parent-offspring regression

• Breeding colony size in parents and offspring (Fig.2.11)

• Cross-fostering experiment

Page 16: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

16

Page 17: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

17

Page 18: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

18

The modern theoretical framework for animal behavior

Antipredator behavior in guppies (A) an upstream,

low-predation stream, and

(B) a downstream, high-predation stream.

Page 19: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

19

Male

Female

Page 20: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

20

Page 21: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

21

(A)A pike cichlid, Crenicichia alta. These predators are common in downstream sites native to guppies.

(B) A killifish, Rivulus hartii. These small, fairly innocuous predators can eat only tiny guppies and are found in upstream sites.

Page 22: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

22

(A)Group size where there is low-predation pressure leads to a preference for small groups.

(B)Group size where there is medium to high predation pressure.

Page 23: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

23

(C) Groups size where there is very-high predation pressure leads to a preference for larger group sizes.

Page 24: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

24

Over the courses of several years, transplanted populations converge on the characteristics of the fish in the populations into which they were transplanted.

Here, some guppies from high-predation sites are transplanted to low-predation sites, and vice versa.

Page 25: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

25

Adaptation

In more than 100 different species of birds, females engage in brood parasitism.

While waterfowl make up only about 2 percent of bird species, they account for more than 25 percent of the cases of parasitic egg dumping.

Semel and Sherman found that a remarkable 95% of active nests were parasitized, despite many empty nest boxes that could be used to raise young. Wood ducks that nest in man-made boxes in

Missouri Many heavily parasitized nests were simply

abandoned by the wood ducks, and no eggs in such nests hatched.

Page 26: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

26

(A)A male and female wood duck at a man-made nesting box.

(B) many different wood ducks lay their eggs in the same nest.

Page 27: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

27

Page 28: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

28

Five hypotheses

1. Dump eggs to reduce the risk of predation on all their eggs at once, thereby engaging in what is called “bet hedging”.

2. Be forced to parasitize the nests of others for lack of suitable, hidden nests.

3. Parasitze when their own nest is destroyed4. Gain some benefit by placing eggs in the nests

of genetic relatives.5. Enhance their reproductive success in general

by simply laying eggs in any available nest they come across.

Page 29: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

29

Page 30: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

30

Page 31: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

31

Maladaptations

When nest boxes were not present and good territories were dispersed throughout the environment, there was likely a very high premium placed on finding good cavities in which to nest.

Thus, females may have egg dumped in such cavities, and they may have benefited from such parasitism.

But when nest boxes were present and clumped, such egg dumping was no longer adaptive. (Fig. 2.21)

Page 32: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

32

Page 33: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

33

Kinship and naked mole rat behaviorGenetic techniques to test hypotheses in animal behavior

Page 34: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

34

Page 35: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

35( 結盟 )

Page 36: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

36

Page 37: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

37

Page 38: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

38

Phylogeny and the study of animal behavior

Page 39: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

39

Phylogenetic trees

Phylogenetic trees Homology( 同源 ) vs. homoplasy ( 同功 ) Convergent evolution (趨同演化) Polarity  (極向)

Parsimony analysis(吝嗇分析)

Page 40: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

40

Page 41: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

41

Phylogeny and parental care

Ray-finned fish ( 硬骨魚類 ) There are of families, mad up of over

20,000 species. High variety of parental care

To build a phylogenetic tree of 224 families of ray-finned fish and examined the evidence for parental care. (Mank et al, 2005)

Page 42: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

42

Page 43: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

43

Page 44: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

44

Phylogeny and parental care

1. Fish paternal care evolved on 21 independent occasions.

2. Maternal care and biparental care also evolved independently numerous times.

3. Maternal care tended to evolve after species had moved from external to internal fertilization.

4. Paternal care was often found alongside intense male coloration and nest construction (external fertilization)

5. Male coloration was also associated with systems in which females fertilized eggs internally.

Page 45: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

45

Phylogeny, mating systems, and male aggression

Male fighting one another for access to females, since the payoff for such aggression.

If sexually receptive females are not present, the costs of males fighting one another may outweigh the benefits.

Wasps of the genus Nosonia lay their eggs inside a host species, and their larvae feed on the host as they develop.

Three species of Nasonia, N. vitripennis., N. giraulti and N. libgucirnus.

Page 46: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

46

Page 47: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

47

Page 48: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

48

Page 49: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

49

Page 50: Chap.02 The Evolution of Behavior 鄭先祐 (Ayo) 教授 國立台南大學 環境與生態學院 生態科學與技術學系 環境生態研究所 + 生態旅遊研究所

Ayo NUTN website:http://myweb.nutn.edu.tw/~hycheng/

問題與討論