Verhalten - Institut für Biologie und Neurobiologie, FU Berlin
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<strong>Verhalten</strong><br />
Die aktiven Veränderungen der Tiere in ihrer Umwelt<br />
„Was ein Tier tut <strong>und</strong> wie es das tut, <strong>und</strong> warum es das tut (im Kontext<br />
seiner Umwelt <strong>und</strong> seiner phylogenetischen Geschichte)<br />
<strong>Verhalten</strong>sbiologie Wissenschaft von den Ursachen <strong>und</strong> Funktionen<br />
des <strong>Verhalten</strong>s<br />
Richtungen:<br />
naturk<strong>und</strong>lich-beobachtend (Ethologie)<br />
behavioristisch (experimentelle Psychologie, Behaviorismus, Pawlow)<br />
physiologisch (Sinnesphysiologie, kognitive Neurowissenschaft),<br />
soziobiologisch (Evolutionsbiologie des <strong>Verhalten</strong>s, <strong>Verhalten</strong>sökologie)<br />
Fragen:<br />
• Wie funktioniert ein <strong>Verhalten</strong> (<strong>Verhalten</strong>sphysiologie, )?<br />
• Wie entwickelt sich ein <strong>Verhalten</strong> (<strong>Verhalten</strong>sontogenie)?<br />
• Wozu dient ein <strong>Verhalten</strong> (<strong>Verhalten</strong>sökologie)?
Klassische Ethologie (vergleichende <strong>Verhalten</strong>sforschung)<br />
Konrad Lorenz (1903-1989) <strong>und</strong> Nikolaas Tinbergen (1907-1988)<br />
klassische Ethologie.<br />
Detaillierte Beschreibungen des natürlichen <strong>Verhalten</strong>s einer Tierart<br />
(Ethogramm = <strong>Verhalten</strong>sinventar),<br />
Vergleich von <strong>Verhalten</strong>seinheiten bei nah verwandten Arten<br />
Ziel war die voraussetzungslose Beobachtung des <strong>Verhalten</strong>s<br />
<strong>und</strong> daraus abzuleitende theoretische Konzepte (induktiver Ansatz).<br />
Erbkoordinationen<br />
angeborener Auslösemechanismus (AAM)<br />
Schlüsselreiz oder Auslöser (Attrappenexperimente)<br />
Schlüsselreiz (Auslöser) bewirkt eine bestimmte Reaktion.<br />
Wird durch Auslösemechanismus aus anderen Reizen herausgefiltert<br />
Kann Körpermerkmal oder Signalverhalten sein.<br />
Supernormale Auslöser wirken häufig stärker.<br />
Additive Reize verstärken die Reaktion
Beispiele: unerfahrene Silbermöwenküken picken beim Futterbetteln<br />
gezielt nach dem roten Unterschnabelfleck der Eltern.<br />
Neben der Farbe besitzt aber auch die Schnabelform <strong>und</strong> der<br />
Farbkontrast zum Untergr<strong>und</strong> eine auslösende Funktion.<br />
supernormale Auslöser Übertriebene SignaIreiz-Attrappen.
Auslösemechanismen AAM: angeborener Auslösemechanismus<br />
EAAM: durch Erfahrung modifizierter angeborener Auslösemechanismus<br />
EAM: erlernter Auslösemechanismus<br />
Prinzip der doppelten Quantifizierung:<br />
Endogene <strong>und</strong> exogene Faktoren bestimmen das <strong>Verhalten</strong><br />
Exogene Faktoren: Schlüsselreize (Auslöser)<br />
Endogene Faktoren: Handlungsbereitschaft (Motivation)<br />
Problem:<br />
Der innere Zustand oder die inneren Bedingungen des Tieres, die das <strong>Verhalten</strong><br />
beeinflussen, sind nur indirekt zugänglich. Äußern sich in Intensität, Häufigkeit<br />
<strong>und</strong> Dauer des <strong>Verhalten</strong>s.<br />
Sinkt nach vollzogener Endhandlung<br />
(Umgangssprachlich: Trieb, Drang, Stimmung, Tendenz<br />
Appetenzverhalten<br />
Hohe Motivation bewirkt Suchverhalten ohne Auslöser (Leerlaufhandlung, spontanes<br />
<strong>Verhalten</strong> ohne Auslöser).<br />
Intentionsbewegung: geringe Motivation, angedeutetes <strong>Verhalten</strong> mit Auslöser<br />
Übersprungshandlung: Zwei verschiedene Motivationen <strong>für</strong> entgegen gesetzte<br />
<strong>Verhalten</strong>selemente, deplatziertes <strong>Verhalten</strong><br />
Endhandlung: hohe Motivation, <strong>Verhalten</strong> mit Auslöser senkt Motivation ab
<strong>Verhalten</strong>sphysiologie, kognitive Neurowissenschaft:<br />
Wissenschaft von den physiologischen <strong>Verhalten</strong>sgr<strong>und</strong>lagen<br />
Erforscht die proximaten Faktoren (Ursachen) des <strong>Verhalten</strong>s im Nervensystem<br />
Eingangs-Ausgangs- Analyse von <strong>Verhalten</strong>selementen Organismus als Black-box.<br />
Beispiel:<br />
Suche nach den neuronalen Mechanismen von formkonstanten<br />
<strong>Verhalten</strong>selementen [fixed action pattern) (statt: Erbkoordination in der Ethologie)<br />
Komplexes, weitgehend stereotypes Bewegungsmuster<br />
Meeresschnecke Tritonia festiva<br />
Auf leichte Berührungsreize durch einen räuberischen<br />
Seestern zeigt diese Schnecke ein<br />
stereotypes Fluchtverhalten, das aus einer Vorbereitungsphase,<br />
einer Schwimmphase <strong>und</strong><br />
einer Ruhephase besteht. Das<br />
motorische Muster, das die alternierende<br />
Kontraktion der dorsalen <strong>und</strong> ventralen Muskeln<br />
verursacht, wird neuronal durch einen<br />
zentralnervösen Mustergenerator<br />
(central pattern generator, CPG) verursacht,<br />
ohne dass eine sensorische<br />
Rückkopplung zur Aufrechterhaltung der<br />
Bewegungsfolge notwendig ist.
Endogener Rhythmus<br />
<strong>Verhalten</strong> im Zeittakt einer biologischen Uhr.<br />
frei laufender Rhythmus wird durch zentralnervösen Schrittmacher vorgegeben<br />
Synchronisiert durch äußere Zeitgeber.<br />
Beispiele: circadianer, lunarer, annualer Rhythmus.<br />
Circadiane Schrittmacher<br />
Bei Vögeln: in der Epiphyse<br />
Bei Säugern: Zellgruppe im Hypothalamus<br />
Bei Insekten: in den optischen Loben<br />
Circadiane Gesangsrhythmik des<br />
Grillenmännchens<br />
frei laufender Rhythmus (Dauerlicht)<br />
ist etwas länger als 24 Std<br />
Menschen: soziale Zeitgeber zur<br />
Synchronisation des circadianen Rhythmus.<br />
(„Bunkerversuche„):<br />
„frei laufende" Schlaf-Wach-Rhythmus 25-27Std<br />
Dauerlicht<br />
Tag.<br />
Nacht<br />
Rhythmus
Orientierung <strong>und</strong> Navigation<br />
Taxis:<br />
Orientierung zur Reizquelle (Geotaxis, Thermotaxis, Chemotaxis)<br />
Orientierung in einem bestimmten Winkel zur Reizquelle (Menotaxis)<br />
Orientierung durch Gedächtnisinformationen<br />
Heimkehrverhalten<br />
Fern-Navigation<br />
Landmarkenorientierung<br />
zeitkompensierte Sonnenkompassorientierung<br />
(nicht nur nach dem Sonnenstand sondern auch nach dem Polarisationsmuster)<br />
Magnetfeldorientirung<br />
Duftorientierung<br />
Infraschallorientirung<br />
Beispiel: Vogelzug<br />
Navigation von Bienen
Flugrouten von Störchen<br />
Migration (Wanderung, Zug)<br />
Wanderung über große Entfernungen,<br />
z.B. vom Brutgebiet ins Winterquartier<br />
(in der nördlichen Hemisphäre eine<br />
Folge der Eiszeiten)<br />
- Zilpzalp: > 10.000 km<br />
- (arktische) Küstenseeschwalbe:<br />
> 17.000 km<br />
brütet in der arktischen Küste<br />
<strong>und</strong> T<strong>und</strong>ra, überwintert am Eisrand<br />
der Antarktis
H. Mouritsen and T. Rit<br />
Magnetoreception<br />
use in bird navigation.<br />
Curr. Opinion in
* Vogelzug auf der nördlichen Erdhalbkugel ist eine Folge der Eiszeiten<br />
- Sommerliche Brut in den wenig besiedelten Gebieten des Nordens<br />
(viel Nahrung, viel Licht, relativ wenig Konkurrenz)<br />
- Überwinterung in wärmeren Gegenden des Südens<br />
(wenig Nahrung, grosse Konkurrenz)<br />
- Zweimal im Jahr, Frühjahr <strong>und</strong> Herbst, Wanderung (Vogelzug)<br />
* Das Phänomen Vogelzug gibt es auch bei ausgesprochenen Hochseevögeln<br />
(z. B. Albatrosse, die bis zur Geschlechtsreife mehrere Jahre in den südlichen<br />
Meeren um die Erde ziehen)<br />
* Auch bei ausgesprochen tropischen Vögeln gibt es (allerdings mehr<br />
räumlich eingeschränkte) Zugphänomene
UFERSCHWALBE (Riparia riparia)<br />
Der Unterschied zwischen Heimfinden (homing) <strong>und</strong> Zug (migration)
Heimkehrverhalten<br />
* Viele der Kenntnisse über die Orientierungsleistungen stammen von Brieftauben,<br />
obwohl diese von der nicht-ziehenden Felsentaube abstammen.<br />
(Für das Heimfinden, homing, der Brieftauben spielen ähnliche Mechanismen<br />
eine Rolle wie <strong>für</strong> die Migration)<br />
* Vorteile der Brieftauben<br />
- kehren nach Versetzungsversuchen regelmäßig <strong>und</strong> mit geringen Verlusten<br />
in den Heimatschlag zurück<br />
- sind den Umgang mit Menschen gewöhnt<br />
- lassen sich leicht halten <strong>und</strong> züchten<br />
- keine Freifänge aus der Natur
SF bee at R2
Kommunikation<br />
Austausch von Signalen vom Sender zum Empfänger<br />
Signale: akustisch, optisch, chemisch <strong>und</strong> mechanisch<br />
Kommunikation zwischen<br />
Männchen <strong>und</strong> Weibchen bei<br />
drei Spinnenarten<br />
chemische Signale:<br />
Sexuallockstoffe<br />
(Pheromone), z.B.<br />
bei Motten (Bombykol<br />
bei Bombyx mori).<br />
Duftmarken bei Ameisen<br />
visuelle Signale des<br />
Wolfspinnen Männchens<br />
zu Beginn der Balz<br />
Das Männchen einer<br />
anderen Art befestigt<br />
das Weibchen mit<br />
Spinnfäden<br />
Bei der dritten Art<br />
bietet das Männchen<br />
eine Beute dem<br />
Weibchen an
Kommunikation bei der<br />
Navigation von Bienen<br />
Winkel zum Azimut der Sonne<br />
Winkel zur Schwerkraft<br />
Futterquelle<br />
Entfernung: optischer Fluß Tanzgeschwindigkeit
Flugweg einer Biene, die einem Tanz folgte<br />
F
Ritualisierung<br />
Bei Säugern <strong>und</strong> Vögeln werden die Kommunikationssignale durch zunehmende<br />
Ritualisierung verstärkt.<br />
Darunter versteht man die die Abwandlung eines <strong>Verhalten</strong>s im Verlaufe der<br />
Evolution. Betonung <strong>und</strong> Übertreibung bestimmter Bewegungselemente bis<br />
hin zur symbolischen Signalhandlung.<br />
Ursprüngliche <strong>Verhalten</strong>sweisen z.B. : Putz- <strong>und</strong> Nichtbewegungen, Intentionsbewegungen<br />
im Kontext der Nahrungsaufnahme, der Flucht, des Angriffs etc.
Ontogenie des <strong>Verhalten</strong>s<br />
Individuelle Entwicklung des artspezifischen <strong>Verhalten</strong>s<br />
Zusammenspiel angeborener <strong>und</strong> erlernter <strong>Verhalten</strong>sweisen<br />
Wechselwirkung genetischer <strong>und</strong> umweltbedingter Information<br />
Angeborenes <strong>Verhalten</strong>:<br />
Genetisch (weitgehend) festgelegt Reaktionsnorm<br />
ohne individuelles Lernen.<br />
Nachweis: Erfahrungsentzugsexperimente (Kaspar-Hauser-Experimente)<br />
Reifung: Entwicklung angepassten, angeborenen <strong>Verhalten</strong>s ohne Lernen.<br />
Beispiel: Flugvermögen der Vögel<br />
Lernen:<br />
Dauerhafte <strong>Verhalten</strong>sänderung durch Erfahrung. Progressiver <strong>und</strong> flexibler als<br />
angeborenes <strong>Verhalten</strong><br />
Beispiele: Habituation (Gewöhnung): Nachlassende Reaktion(ohne Ermüdung) bei<br />
Reizwiederholung, Nachweis: Volle Reaktion bei verändertem oder neuem Reiz<br />
(Dishabituation)<br />
Prägung: Juveniles Lernen während einer sensiblen Phase führt zu sehr stabilen<br />
wenn auch nicht irreversiblen <strong>Verhalten</strong>sweisen Beispiele: Nachlaufprägung,<br />
sexuelle Prägung.<br />
Konditionierung, höhere Lernleistungen
Lernen: traditionelle Einteilung<br />
Nicht assoziatives Lernen: Habituation <strong>und</strong> Sensitivierung<br />
Klassische Konditionierung:<br />
Durch assoziatives Lernen veränderte Reiz- Reaktions-Beziehung<br />
Ausgangsphase: Primärreiz (unbedingter, bedeutungsvoller Reiz, US)<br />
bewirkt (unbedingte) Reaktion (UR),<br />
neutraler, zu lernender Reiz (konditionierter Reiz, CS) löst kein <strong>Verhalten</strong> aus.<br />
Lernphase: Primärreiz wird mehrfach mit zweitem Reiz assoziiert (gepaart).<br />
Dabei muss der CS dem US vorausgehen (Vorwärtspaarung).<br />
Kannphase: Konditonierter Reiz bewirkt (bedingte) Reaktion<br />
Beispiel: Pawlow'scher H<strong>und</strong><br />
Operante Konditionierung<br />
Assoziatives Lernen durch Versuch <strong>und</strong> Irrtum<br />
Ausgangsphase: Spontanes <strong>Verhalten</strong>srepertoire wird in einem Reizspektrum ausgeführt.<br />
Lernphase: Reize <strong>und</strong> <strong>Verhalten</strong>sweisen werden zufällig assoziiert (Verstärkung)<br />
Kannphase: Bestimmter Reiz bewirkt neue Reaktion<br />
Beispiel: Konditionierung mittels Skinner-Box.<br />
Imitation<br />
Beobachtung <strong>und</strong> Nachahmung von <strong>Verhalten</strong>sweisen<br />
Tradition, Generationsübergreifende Weitergabe erlernten <strong>Verhalten</strong>s.<br />
Lernen durch Einsicht<br />
Erfassung von Zusammenhängen <strong>und</strong> planende Voraussicht
Assoziatives Classical Lernen: Klassische conditioning<br />
Konditionierung<br />
CS: Hinweisreiz, US: Belohnung (Bestrafung): bewertender Reiz<br />
Vor der Konditionierung<br />
Während der Konditionierung<br />
US<br />
Nach der Konditonierung<br />
CS allein<br />
CS
Operantes Lernen: Skinner Box
Einteilung von Lernvorgängen<br />
Nicht assoziatives Lernen<br />
Gewöhnung (Habituation)<br />
Sensitisierung<br />
Assoziatives Lernen<br />
Klassische Konditionierung<br />
Instrumentelle Konditionierung<br />
Beobachtendes Lernen<br />
Navigationslernen<br />
Spielendes Lernen<br />
Einsichtiges Lernen<br />
Prägungsartiges Lernen<br />
Nicht deklaratives (implizites Lernen)<br />
Deklaratives (explizites) Lernen<br />
Einteilung des Gedächtnisses<br />
nach der Zeit:<br />
Kurzzeitgedächtnis<br />
Mittelzeitgedächtnis<br />
Langzeitgedächtnis<br />
Arbeitsgedächtnis<br />
nach dem Inhalt:<br />
Implizites Wissen<br />
praktische Fähigkeiten,<br />
einfaches assoziatives <strong>und</strong><br />
nicht assoziatives Lernen<br />
Priming<br />
Explizites Wissen<br />
Fakten, Ereignisse
<strong>Verhalten</strong>sökologie (Soziobiologie)<br />
Wissenschaft vom Anpassungswert des <strong>Verhalten</strong>s.<br />
Erforscht ultimate Faktoren (Funktionen) des <strong>Verhalten</strong>s. Evolution des Ernährungs-,<br />
Fortpflanzungs- <strong>und</strong> Sozialverhaltens.<br />
Wichtige soziobiologische Konzepte: Nutzen-Kosten-Analyse, Gesamtfitness,<br />
Elterninvestition, Verwandtenselektion.<br />
Nutzen-Kosten-Analyse<br />
Energiebilanz zwischen aufgenommener <strong>und</strong> aufgewandter Energie.<br />
Ökologischer Nutzen (Fitnessgewinn) gegen ökologische Kosten (Fitnessverlust).<br />
Optimalitätsmodell: Mathematische Berechnung des optimal angepassten <strong>Verhalten</strong>s.<br />
Theorie der evolutionsstabilen Strategien: Die Evolution begünstigt ein bestimmtes<br />
Mischverhältnis von <strong>Verhalten</strong>sweisen. Dies setzt polymorphes <strong>Verhalten</strong> oder<br />
alternative <strong>Verhalten</strong>sweisen innerhalb einer Population voraus.<br />
Sexuelle Selektion<br />
Bei der Partnerwahl werden bestimmte Merkmalsträger bevorzugt (Partnerwahl,<br />
Balz).<br />
Die Konkurrenz um den Partner fördert bestimmte Merkmale.<br />
Gr<strong>und</strong>lagen: Partnerwahl des Weibchens, Konkurrenz zwischen den Männchen<br />
Elterninvestition: Energie- <strong>und</strong> Zeitaufwand der Eltern zu Gunsten der Nachkommen,<br />
Brut<strong>für</strong>sorge: Investition vor Eiablage oder Geburt<br />
Brutpflege: Investition nach Eiablage oder Geburt
Sozialverhalten<br />
Aggregation: Zufällige Ansammlung von Tieren. Verursacht durch Umweltfaktoren<br />
wie Nahrung, Temperatur, Feuchtigkeit<br />
Sozialverbände:<br />
Offen: Zusammenschluss anonymer Einzeltiere (z.B. Fischschwärme)<br />
Geschlossen: Zusammenschluss kenntlicher Gruppen (z.B. Insektenstaaten)<br />
Individualisiert: Zusammenschluss kenntlicher Individuen (z.B. Dominanzhierarchie<br />
in Primatengtruppen).<br />
Kooperation <strong>und</strong> Altruismus<br />
Kooperation: Zusammenarbeit nach dem Prinzip des beiderseitigen Vorteils<br />
Altruismus: Zusammenarbeit ohne eigenen Vorteil oder sogar mit Nachteil (z.B.<br />
in den Kolonien von Hymenopteren).<br />
Reziproker Altruismus: Uneigennütziges <strong>Verhalten</strong> in Erwartung einer<br />
Gegenleistung bei Nichtverwandten.
Verwandtenselektion<br />
Altruistisches <strong>Verhalten</strong> kommt vor allem Verwandten im Sozialverband zugute<br />
Altruistisches <strong>Verhalten</strong> erhöht die Gesamtfitness.<br />
Gesamtfitness: Besteht aus direkter <strong>und</strong> indirekter Fitness.<br />
Direkte Fitness: gemessen am individuellen Fortpflanzungserfolg<br />
Indirekte Fitness: gemessen am Fortpflanzungserfolg von Verwandten<br />
Beispiel Staaten bildende Insekten:<br />
Machen nur 6% aller Insektenarten aus. Elf mal unabhängig voneinander wurden<br />
eusoziale Strukturen entwickelte Staaten (mit sterilen Kasten).<br />
Haplo-Diploidie-Mechanismus der Geschlechtsbestimmung bei Hymenopteren:<br />
Männchen aus unbefruchteten (haploiden) Eiern, erzeugen genetisch identische<br />
Spermien. Die Weibchen aus befruchteten (diploiden) Eiern.<br />
Jede Arbeiterin erhält die eine Hälfte des Genoms von der Mutter (der Königin),<br />
die andere vom Vater: mit Mutter 50% Allele, mit Vater 100% Allele gemeinsam.<br />
Arbeiterinnen untereinander sind Schwestern; haben also 75% der Allele gemeinsam:<br />
(Verwandtschaftsgrad r = 0,75).<br />
Diploide Erbgänge: Verwandtschaftsgrad r = 0,5.<br />
Für eine Arbeiterin lohnt es sich also mehr, in die Aufzucht ihrer eigenen Schwestern<br />
zu investieren (r = 0,75), als in potenzielle Töchter (r = 0,5).<br />
(Gilt nur, wenn die Königin von nur einem Männchen begartet wird).
Aggression<br />
Folge von Konkurrenz gegen Fremde oder innerartlich.<br />
Aggressionshemmende <strong>Verhalten</strong>sweisen:<br />
Rangordnung, feste Territorien, Kommentkampf,<br />
Demuts- <strong>und</strong> Beschwichtigungsgesten<br />
Umadressiert:<br />
Abreagieren an Unbeteiligten Gruppenaggression, gesteigerte kollektive<br />
Aggression gegen Gruppenfremde.
<strong>Verhalten</strong>sanpassungen des Menschen<br />
Auch das <strong>Verhalten</strong> von Menschen ist in einem evolutionären Entwicklungsprozess<br />
entstanden <strong>und</strong> kann in diesem Sinne als angepasst gelten.<br />
Allerdings sind soziobiologische Ansätze, die <strong>Verhalten</strong>sstrategien von Menschen<br />
(beispielsweise im Sozial- oder Sexualverhalten) nur in Hinblick auf ihren<br />
Anpassungswert (Fitnessvorteil) erklären, äußerst problematisch, da der<br />
Mensch nicht nur einer biologischen, sondern auch einer kulturellen Evolution<br />
unterliegt. Kulturelle Prozesse entstehen durch Traditionsbildung,<br />
durch Weitergabe von Lernerfahrung über Generationen (Spracherwerb!).<br />
Im Unterschied zur biologischen Evolution führt dies zur schnellen <strong>Verhalten</strong>sanpassungen,<br />
ohne dass sich die zu Gr<strong>und</strong>e liegenden genetischen<br />
<strong>Verhalten</strong>sprogramme ändern.<br />
Beispiele <strong>für</strong> „AAMs“ beim Menschen:<br />
frühkindlichen <strong>Verhalten</strong>: Klammerreflex <strong>und</strong> Lächeln des Neugeborenen;<br />
Augengruß (Anlächeln aus Entfernung <strong>und</strong> kurzes Anheben<br />
der Augenbrauen)<br />
Kindchenschema:
Fragen: <strong>Verhalten</strong><br />
Nennen Sie einige zentrale Begriffe der Ethologie <strong>und</strong> definieren Sie diese kurz<br />
Was versteht man unter einem “super nomalen Auslöser; kennen Sie ein Beispiele<br />
Was versteht man unter einer endogenen Rhythmik <strong>und</strong> wie wird sie nachgewiesen<br />
Wie orientieren sich Vögel auf ihren Migrationszügen<br />
Welche Navigationsmechanismen kennen Sie<br />
Was versteht man unter Ritualisierung<br />
Welche Lernformen kennen Sie<br />
Welche Gedächtnisformen kann man unterscheiden<br />
Welche Fragen stellt die <strong>Verhalten</strong>sökologie<br />
Was versteht man unter Altruismus, nennen Sie ein Beispiel