Cooperation and conflict over the struggle to reproduce in harsh environments : An experimental field study on ostriches

Abstract

People are used to hearing that evolution is about the survival of the fittest. They
imagine a world full of bullies that ruthlessly fight their way to the top in the struggle for life, leaving the weak behind. But this doesn’t need be the case. This thesis reveals a different side of evolution, where survival means working together, and where the weak can ride on the shoulders of the fit.
Ostriches are awkward and goofy-looking. They are the biggest bird alive, easily
reaching 2.5 meters in height, and can weigh over 150 kg. These massive birds are adapted to dry and hot environments. In the past, their habitat extended from the Arabian Peninsula to the southernmost tip of Africa. But their habitat is now
confined to Africa, south of the Sahara Desert, and it keeps shrinking due to human activities.
Ostriches are social animals. They breed in groups (often several males and several females), and their nests are communal, which means that females lay eggs in the same nest. Adult ostriches cooperate over the incubation of eggs and in the protection of young chicks. They are caring parents and go through a lot of trouble to raise their chicks in the harsh and dangerous environment in which they thrive. And no, ostriches do not bury their heads in the sand at the first sign of trouble. I know from first-hand experience that they can chase you down if they feel threatened. In nature, ostriches fight cheetahs. They are definitely not head-burying cowards.
In this thesis, I experimentally manipulated more than one hundred groups of
breeding ostriches. This allowed me to study the social behaviour of these
fascinating birds. I did this using a pair of binoculars and a birding telescope, sitting hidden on top of a 10-meter tall camouflaged tower in a research farm in
Oudtshoorn, South Africa.
Studying ostriches has taught me many things about living in a group. Being in a
group can lead to conflict, of course. Ostrich males in particular do not want other males around. In groups with several males, they often compete with each other over females. This competition can get so frantic that, in their crazed attempts to mate before their rivals do, males sometimes break the eggs in their own nest.
Females are generally at ease with having other females in their group; they even
benefit from it. Given that incubating eggs is tedious and time consuming, having
more females around is welcomed, since it means that there are more bottoms to
help with incubation. Males incubate as well, but they mostly take the night shift.
During the day, they are busy fighting each other and breaking the eggs!
Under the peaceful surface of female coexistence, however, trouble lurks: some
females sneak their eggs into the communal nest, without contributing to incubation.
These cheats let other females do all the hard work. This kind of cheating behaviour is most common in big groups. This is probably because cheats can easily pass unnoticed when there are lots of females in the group, or maybe because the other females don’t mind a cheat or two when there are plenty of others that do help with incubation.
Cheat are very uncommon small in small groups, but do occasionally occur. When
cheats do occur in small groups, they are often discovered. What happens next is
striking. When a hard-working female discovers that the other female in her group is not contributing to incubation, she herself stops incubating. This is bad for both females, because the nest fails completely. Does this reaction to cheating mean that ostriches have a sense of fairness? If you don’t do your fair share, I won’t either! I don’t know if this is about fairness in the human sense. Nonetheless, it is incredibly relatable behaviour.
Enough about conflict. What about the kinder side of evolution I promised? Well,
this relates to heat-stress. Some female ostriches can tolerate high temperatures but others are sensitive to the heat and struggle to lay eggs in hot conditions. Even 25°C is too hot for some females, suggesting that heat-sensitive females should avoid hot environments. But wait! Ostriches are supposed to be adapted to hot and dry habitats, like the savannahs of sub-Saharan Africa. How can it be that some female ostriches would suffer on a nice summer day in Sweden? The answer to this question lies in shared incubation. Females that can tolerate the heat incubate more. This lets heat-sensitive females survive and reproduce in environments where they probably couldn’t breed on their own.
This shows how nature’s fittest help the vulnerable survive. Evolution may not be
so ruthless after all and cooperation could be a way for ostriches, and other species, to cope with climate change.

Abstract (Swedish)

Man brukar höra att evolution handlar om att de starkaste, de bäst lämpade, överlever. Detta för tankarna till en värld full med översittare, som hänsynslöst driver fram och lämnar de svaga bakom sig. Men det behöver inte vara så. Denna avhandling visar oss att gemenskap är styrka, och att evolutionen skapar liv där de svaga ibland sitter på de starkas axlar.
Strutsar är märkliga varelser. De ser ut som befjädrade, spralliga jättar. De är de största nu levande fåglarna, och blir ofta över 2,5 meter höga och väga väl över 150 kilo. De här gigantiska fjäderfäna är anpassade till ett liv i varma, torra områden. Fram tills mitten av förra seklet kunde man hitta strutsar hela vägen från den Arabiska halvön till sydligaste Afrika. Deras utbredningsområde är nu begränsat till Afrika söder om Saharaöknen, och fortsätter minska på grund av mänsklig påverkan.
Strutsar är sociala djur. De häckar i grupper som ofta består av flera hannar och flera honor. Hannarna gräver stora bon in marken där alla honorna i gruppen, och ibland en och annan utomstående, lägger sina ägg. Strutsarna hjälps sedan åt att tillsammans ruva äggen och skydda ungarna. De är flitiga föräldrar som sliter hårt för att föda upp sina ungar i den karga, farofyllda miljön där de trivs. Och nej, de är inga fegisar som sticker huvudet i sanden. De sticker definitivt inte huvudet i sanden när de känner sig hotade; sannolikt skulle de jaga efter dig om du kom för nära (jag vet av egen erfarenhet!). I naturen slåss strutsar mot geparder, så några försvarslösa duvungar är de inte.
I samband med denna avhandling åkte jag till en forskningsfarm i Oudtshoorn, i sydvästra Sydafrika. Där genomförde jag sociala experiment med strutsgrupper. Jag manipulerade antalet hannar och antalet honor i mer än hundra grupper av häckande strutsar. Detta tillät mig att, på behörigt avstånd och med ett par kikare, studera dessa fåglars fascinerande sociala beteende.
Mina studier av strutsarnas sociala beteende har lärt mig mycket om innebörden av att leva i grupp. Samvaron med andra innebär givetvis att konflikter ibland uppstår. Strutshannar i synnerhet visar en viss motvilja mot att ha andra hannar i sin grupp. I grupper med fler än en hanne konkurrerar hannarna ofta om honornas gunst. Den här konkurrensen kan ibland bli så hård att hannar, i sin iver att hinna para sig med honorna före sina konkurrenter, kan trampa sönder sina egna, och andras, ägg. Honorna är generellt mer tillfreds med att ha andra honor i gruppen. För honor kan det nämligen vara fördelaktigt att vara många. Eftersom ruvning av ägg är ett tidskrävande och ledsamt arbete är det ofta välkommet att ha några extra vingar att dela arbetet med. Hannar hjälper också till med ruvningen, men de tar oftast nattskiftet, så de är inte mycket till hjälp under dagen. De är dessutom upptagna med att bråka med varandra och ha sönder ägg!
Under ytan av denna till synes harmoniska samvaro mellan honor döljer sig dock konflikt. Vissa honor kan smyga in sina ägg i ett bo, trots att de sen inte hjälper till med att ta hand om dem. Dessa honor utnyttjar alltså andras hårda arbete utan att själva bidra. Den här typen av fusk är vanligare i stora grupper, förmodligen för att fuskarna lättare kan handla obemärkta när det finns många andra att hålla reda på. Eller kanske är det så att det inte är så noga om några enstaka individer fuskar, så länge det finns tillräckligt många som hjälper till med ruvningen. Fuskare är mycket ovanliga i små grupper, men förekommer även där. I små grupper blir de dock oftast upptäckta, och när det händer, följer något ypperligt fascinerande: förekomsten av en fuskare i en liten grupp, som kanske bara har två honor, leder till att även den honan som till en början gjorde sin del i ruvningen, slutar ruva äggen. Detta är dåligt för båda. Utan honor som ruvar klarar sig inte äggen, och då blir det inte heller några ungar. Betyder denna reaktion på fusk att strutsar har en känsla för rättvisa? Om ingen annan gör sin del, så gör jag inte heller min! Jag vet inte om detta handlar om rättvisa, så som vi människor förstår den, men jag kan i alla fall verkligen relatera till känslan!
Nog sagt om konflikter. Jag har trots allt lovat en vänskapligare bild av evolutionen. Denna avhandling har också avslöjat ett överraskande, och betagande, samarbete mellan strutshonor. För att förstå varför är det viktigt att veta att vissa strutsar är mer tåliga för värmestress än andra. De honor som inte tål värme lägger färre ägg när temperaturen stiger över 25°C. Detta antyder att honor som blir stressade av värme mår bättre av att undvika varma miljöer. Men, vänta! Skulle inte strutsar vara anpassade till ett liv i varma områden? Hur kan det då komma sig att vissa strutsar skulle tycka att det var för varmt på en högsommardag här hemma i Sverige? Svaret på den frågan stavas: samarbete. När strutsar häckar i grupp kan de honor som tål värme bäst ta över en större del av ruvningen. På detta sätt får värmekänsliga honor hjälp på traven, och kan frodas i miljöer där de förmodligen hade haft svårt att klara häckningen själva. Samarbete skulle kunna vara ett sätt för strutsar, och andra djurarter, att klara de utmaningar som följer med den globala uppvärmningen vi människor har skapat. De starkaste, och mest lämpade kan ibland hjälpa de sårbara. Sådana är naturlagarna.

• author: Melgar, Julian
• supervisor: Charlie Cornwallis; Bengt Hansson; Mads Schou
• opponent: Professor Bilde, Trine, Århus University, Denmark
• organization: MEMEG; Molecular Ecology and Evolution Lab (research group)
• publishing date: 2021-02-08
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Biological Sciences
• keywords: social, grupp, konkurrens, konflikt, fusk, värme, stress, tolerans, complexitet, variation, social, group, competition, conflict, cheating, heat, stress, tolerance, complexity, variation
• pages: 214 pages
• defense location: Blå Hallen, Ekologihuset, Sölvegatan 37, Lund. Join via zoom: https://lu-se.zoom.us/j/68160227392?pwd=aE9sUDNoSm9qcHdiL1c4ZWhTK2xkQT09
• defense date: 2021-03-19 09:00:00
• ISBN: 9789178957767
• ISBN: 9789178957750
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 524ca9bd-df0a-4e24-930f-74ce0408c454
• date added to LUP: 2021-02-19 15:42:19
• date last changed: 2023-05-04 15:36:26