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Permanent URL to this publication: http://dx.doi.org/10.5167/uzh-30004

Di Iorio, L. Vocal communication in blue whales (Balaenoptera musculus) and noise interference. 2009, University of Zurich, Faculty of Science.

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Abstract

Long-range acoustic communication represents one of the main modalities to transmit
information and maintain social relationships among distant individuals. By examining
variation in long-range signals, we can gain insights into their function as well as the
processes underlying the variation. Since communication and social behaviour are tightly
linked, variation in acoustic signals can reflect behavioural patterns that are important to
better understand the sociobiology of a species. Moreover, changes in vocal behaviour can
also be induced by factors interfering with acoustic communication, such as anthropogenic
noise. In my thesis, I investigated patterns of variability in the long-range male vocal displays
(‘songs’) of North Atlantic blue whales (Balaenoptera musculus) at the level of the
population, the individual, as well as in relation to the social and behavioural context. I also
examined whether seismic noise affected the production of blue whale ‘calls’, transient
discrete vocalisations used by both sexes in short-range social contexts. Blue whales are
invaluable for the study of variation in long-range signals because they live in a highly fluid
social environment, and their songs - redundant, patterned sequences of infrasonic sounds -
can be heard over hundreds of kilometres. I collected simultaneous behavioural observations
and acoustic recordings in the field and analysed the temporal and acoustic structure of blue
whale songs. I found that multiple features differed between the songs of blue whales from
the eastern and western North Atlantic. It is thought that due to the extensive singing during
their basin-wide roaming, blue whales throughout the North Atlantic may be physically
and/or acoustically sympatric. The song divergence found here was likely dependent on
ecological factors, but could also have been driven by mate choice. In fact, songs are thought
to be male reproductive displays, suggesting that female preferences for specific traits could
have accounted for the observed differences. Blue whale songs also showed inter-individual
variation and may thus convey information relevant to distinguishing between singers.
Considering that multiple senders can be active at the same time, individual song differences
are likely used by conspecifics to assess individuals. Since blue whales roam highly
dispersed, singing might play a role in mediating inter-individual interactions from a distance
(e.g. mate attraction). This hypothesis was supported by the fact that songs were always
produced by single steadily moving males and appeared to be directed to an unknown
audience. In contrast, I found that in stationary situations (feeding, socialisation) and in the
presence of females nearby, infrasonic sounds composing a song were emitted singly or in
short irregular sequences (fragments). This suggests that in a stationary short-range situation,
the repetition and redundancy found in songs is superfluous because potential receivers are in
close physical and visual range. Fragments might suffice to indicate the presence of a
signaller and efficiently transfer individual information.
Finally, I found that blue whales consistently increased call production when exposed to
seismic survey activity. The observed response presumably represents a compensatory
behaviour to the rise in ambient noise from the seismic survey. Increasing call production
could enhance the probability of receivers to detect the signal (‘information theory’). Since
the response was observed at low noise levels, this finding has substantial management and
conservation implications.
This thesis increases our knowledge about the use of long-range vocalizations in blue
whales, particularly with respect to mate attraction and also about compensatory vocal
behaviours in response to interfering anthropogenic noise. It shows that variation can occur at
multiple levels of the signal and that blue whale songs are multicomponant signals that might
have evolved to cope with a variable socio-ecologial environment.

ZUSAMMENFASSUNG:

Langstrecken akustische Kommunikation ist das beste Mittel, um Information zwischen
entfernten Individuen auszutauschen und somit soziale Verbindungen auch auf Distanz
aufrecht zu erhalten. Beim Untersuchen von Variationen in Langstrecken-Signalen können
wir Einsicht über die Funktion der Signale gewinnen und über die Faktoren, welche zu diesen
Variationen geführt haben. Weil Kommunikation und Sozialverhalten stark miteinander
verbunden sind, können Variationen in akustischen Signalen Verhaltensmuster
wiederspiegeln, die wichtig sind, um die Soziobiologe einer Art besser zu verstehen. Zudem,
können Veränderungen im akustischen Verhalten auch von externen Faktoren bewirkt
werden, welche die akustischen Kommunikation beeinträchtigen, wie zum Beispiel
anthropogener Lärm. In meiner Dissertation habe ich Variationsmuster in den Langstrecken-
Signalen von nordatlantischen Blauwalmännchen (Balaenoptera musculus) untersucht, den
sogenannten ‚Gesängen’, und zwar auf der Ebene der Population, des Individuums, sowie im
Zusammenhang mit dem Verhalten und dem sozialen Umfeld. Ausserdem habe ich den
Einfluss von seismischem Lärm auf die Produktion von ‚Rufen’ untersucht. Rufe sind
flüchtige Signle, die unregelmässig erzeugt werden und im Repertoire der Männchen sowie
der Weibchen vorkommen, meist bei sozialen Interaktionen. Blauwale sind interessant für
Studien im Bereich von akustischen Variationen, weil sie in einem sehr veränderlichen
sozialen Umfeld leben und ihre Gesänge - redundante, strukturierte Sequenzen von
Infraschallsignalen – über hunderte von Kilometer gehört werden können. Ich habe
gleichzeitig akustische Aufnahmen und Verhaltensdaten im Feld gesammelt sowie die
zeitliche und akustische Struktur von Blauwalgesängen analysiert. Dabei habe ich festgestellt,
dass die Gesänge von West- und Ost-Atlantik Blauwalen sich in mehreren Eigenschaften
unterschieden. Wegen des kontinuierlichen Singens während der weitläufigen Wanderungen,
sind Blauwale innerhalb des Nordatlantiks sehr wahrscheinlich akustisch oder physisch
sympatrisch. Die Gesangsunterschiede waren zum Teil auf ökologische Faktoren zurück zu
führen, könnten aber aufgrund von sexueller Selektion enstanden sein. Man nimmt nämlich
an, dass es sich beim Blauwalgesang um ein Balzverhalten handelt. Im Falle der beobachteten
Unterschiede könnten also auch weibliche Vorlieben für gewisse Gesangseigenschaften
zugrunde liegen. Blauwalgesänge wiesen auch individuelle Unterschiede auf, welche
Informationen beinhalten könnten, die beim Unterscheiden der Sänger relevant sein könnten.
Wenn man bedenkt, dass mehrere Individuen gleichzeitg singen können, ist es plausibel, dass
individuelle Unterschiede von Artsgenossen verewendet werden, um Individuen
abzuschätzen. Weil Blauwale weit entfernt von einander herum ziehen, könnte das Singen bei
interindividuellen Interaktionen auf Distanz eine wichtige Rolle spielen (z. Bsp. um Weibchen
anzulocken). Dies wird auch dadurch bekräftigt, dass Gesänge immer von einzelnen, konstant
schwimmenden Männchen erzeugt wurden und allem Anschein nach einer unbekannten
Zuhörerschaft gerichtet sind. Im Gegensatz dazu wurden in stationären Situationen (Fressen,
Sozialverhalten) und immer in Anwesenheit von Weibchen, Einzelnoten oder
Gesangsbruchstücke produziert. Dies weist darauf hin, dass in einer stationären Situation, wo
Individuen in Reichweite voneinander sind, ein repetitives Wiederholen wie bei den
Gesängen nicht erforderlich ist, weil die möglichen Empfänger in der Nähe sind.
Zum Schluss, habe ich gezeigt, dass Blauwale, die seismischem Lärm ausgesetzt waren,
konsistent mehr Rufe produzierten. Diese Antwortreaktion stellt möglicherweise ein
Kompensationsmechanismus dar, um den Lärmeinfluss zu überwinden. Eine Rufzunahme
würde die Wahrschienlichkeit erhöhen, dass Empfänger das Signal erkennen können
(‚Informationstheorie’). Weil die Tiere bereits bei rlativ niedrigen Lärmwerten reagierten,
könnten diese Forschungsergebnisse auch wichtige Folgen für den Artenschutz haben.
Diese Dissertation trägt zum besseren Verständnis von Langstrecken-Kommunikation bei
Blauwalen bei, vor allem im Bezug auf Balzverhalten und Partnersuche, sowie von
Anpassungsmechanismen, um den mit der Kommunikation interferierenden Lärm zu
überwältigen. Sie zeigt auch, dass Variationen auf verschiedenen Ebenen der Signalstruktur
auftreten, und dass Blauwalgesänge Multikomponenten-Signale darstellen, die sich
höchstwahrscheinlich entwickelt haben, um in einem sozial sowie ökologisch variablen
Lebensumfeld zurecht zu kommen.

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Additional indexing

Item Type:Dissertation
Referees:Manser M, König B, Clark C W
Communities & Collections:07 Faculty of Science > Institute of Zoology (former)
DDC:570 Life sciences; biology
590 Animals (Zoology)
Language:English
Date:2009
Deposited On:09 Feb 2010 17:13
Last Modified:09 Jul 2012 04:12
Number of Pages:130
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