Nieuwe rekenmethode laat zien waarom het ene dier anders beweegt dan het andere
Waarom zwemt de ene zebravis anders dan de andere? En waarom beweegt de ene bacterie net wat sneller dan haar buurman? Gedrag verschilt altijd een beetje van individu tot individu. Een internationaal onderzoeksteam ontwikkelde nu een wiskundige methode die precies blootlegt waar die verschillen vandaan komen.
Gedrag is lastig te meten omdat het zich op allerlei tijdschalen afspeelt. Een dier maakt razendsnelle bewegingen die milliseconden duren, maar vertoont ook patronen die minuten of uren aanhouden, zoals jagen of rusten. Tot nu toe moesten onderzoekers vaak zelf kiezen op welke tijdschaal ze gedrag vergeleken. Dat is een probleem, want een belangrijk verschil tussen twee dieren kan zich juist op een schaal afspelen die je niet had gekozen.
Een nieuwe meetlat voor gedrag
De onderzoekers bedachten een methode die automatisch alle beschikbare tijdschalen tegelijk meeneemt. Ze noemen dit een "multiscale dissimilarity": een manier om te berekenen hoe verschillend het gedrag van twee individuen is, zonder vooraf te bepalen welke tijdschaal het belangrijkst is. De methode weegt daarbij mee hoe betrouwbaar elke meting is, want met weinig data is een gemeten verschil minder zeker.
Met deze berekeningen bouwden de onderzoekers een soort landkaart van gedrag. Op die kaart liggen individuen met vergelijkbaar gedrag dicht bij elkaar, en individuen met heel ander gedrag ver uit elkaar. Zo'n landkaart laat meteen zien langs welke "route" gedrag het meest verandert, en dat geeft aanwijzingen over welke onderliggende oorzaak daarachter zit.
Van bacterie tot babyvis
De onderzoekers testten hun methode eerst op een wiskundig model, om te checken of die goed werkt. Daarna pasten ze de methode toe op twee heel verschillende proefdieren.
Bij bacteriën bleek de snelheid waarmee ze in een rechte lijn zwemmen, de zogeheten "run speed", het grootste verschil tussen individuen te verklaren. Dat verschil bleek samen te hangen met een eiwit genaamd CheB, dat een rol speelt in chemotaxis: het vermogen van bacteriën om naar voedingsstoffen toe te bewegen of van gevaar weg te zwemmen.
Bij larven van de zebravis, een klein visje dat veel gebruikt wordt in laboratoriumonderzoek, ontdekten de onderzoekers iets anders. Vislarven die eerder al eens watervlooien (paramecia) hadden gevangen, vertoonden ander zwemgedrag dan larven zonder die ervaring. Hun gedrag schoof op naar een deel van de "gedragslandkaart" dat hoort bij het vangen van prooien. Eerdere ervaring met jagen verandert dus blijvend hoe een vislarve zich gedraagt.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit onderzoek laat zien dat de methode werkt bij bacteriën en vislarven, maar dat betekent niet automatisch dat dezelfde aanpak bij andere dieren of bij mensen tot even heldere resultaten leidt. Het is bovendien één onderzoeksteam dat deze methode introduceert en test. Herhaling door andere onderzoekers moet uitwijzen hoe breed inzetbaar deze aanpak is.
Het belang van dit werk zit vooral in het gereedschap zelf. Door gedrag op alle tijdschalen tegelijk te bekijken, kunnen onderzoekers straks preciezer ontdekken welke genen en welke ervaringen bepalen hoe een dier zich gedraagt. Dat is nuttig voor onderzoek naar evolutie: gedrag dat verschilt tussen individuen is namelijk ook het materiaal waarop natuurlijke selectie, het proces waarbij gunstige eigenschappen vaker doorgegeven worden, kan inwerken.
Bron: Unraveling phenotypic variation in multiscale behavioral dynamics