Testing the acoustic adaptation hypothesis with native and introduced birds in Hawaiian forests

Abstract

The acoustic adaptation hypothesis (AAH) states that animals communicating acoustically adapt their vocalizations to the local conditions to optimize signal transmission. We tested select predictions of the AAH by studying the relationships between avian acoustics and forest structural parameters for a community of forest birds, including native and introduced species, on the Big Island of Hawai’i, USA. In areas of dense vegetation, where sound degrades more easily, we expect animal species to reduce the frequency at which they vocalize to reduce sound distortion. Because introduced species may have had limited time to adapt to the local habitat, we also hypothesize that their vocalizations will not change with differences in vegetation. Automated sound recorders were used to obtain information on the birds’ acoustic traits. Vegetation structural characteristics were calculated using a terrestrial light detection and ranging (LiDAR) sensor, which provides highly detailed information on the structure of the vegetation, including woody and leaf density. Of the seven native species studied, only two followed the predictions of the AAH. Interestingly, these two species had the shortest vocalizations, i.e., these vocalizations have the highest chance of information loss. Likewise, for the two introduced species, we did not observe any significant correlation with LiDAR-based vegetation structure metrics. Our study indicates that the predictions of AAH only partially account for the observed acoustic patterns observed in the study system. Other factors affecting acoustic divergence may be more important than the vegetation structure for most of the studied forest birds.

Zusammenfassung

Überprüfung der Akustischen Adaptionshypothese an einheimischen und eingeführten Vogelarten in einem Wald auf Hawai’i

Die Akustische Adaptionshypothese (engl.: Acoustic Adaptation Hypothesis, AAH) besagt, dass Tiere, die sich akustisch verständigen, ihre Lautäußerungen an die örtlichen Gegebenheiten anpassen, um die Signalübermittlung zu optimieren. Wir überprüften ausgewählte Vorhersagen der AAH, indem wir die Beziehungen zwischen dem Akustikverhalten der Vögel und Parametern der Waldstruktur an einer Waldvogelgemeinschaft aus einheimischen und eingeführten Arten auf Big Island (Hawai’i, USA) untersuchten. In Bereichen mit dichter Vegetation, in denen die Geräuschstärke rasch abnimmt, wäre zu erwarten, dass Tierarten die Frequenz ihrer Lautäußerungen reduzieren, um die Klangverzerrung zu verringern. Da den eingeführten Arten möglicherweise nur begrenzt Zeit zur Verfügung stand, sich an den örtlichen Lebensraum anzupassen, stellen wir außerdem die Hypothese auf, dass sich deren Lautäußerungen bei Vegetationsunterschieden nicht verändern. Mittels automatisierter Tonaufnahmegeräte sammelten wir Informationen über die akustischen Merkmale der Vögel. Die strukturellen Eigenschaften der Vegetation bestimmten wir unter Verwendung eines Lidar-Sensors (engl.: light detection and ranging = LiDAR), der detailgenaue Informationen über die Vegetationsstruktur, unter anderem über Gehölz- und Belaubungsdichten, liefert. Von den sieben untersuchten einheimischen Arten folgten nur zwei den Vorhersagen des AAH. Interessanterweise waren dies die beiden Arten mit den kürzesten Lautäußerungen, d.h. die Lautäußerungen, bei denen die größte Gefahr von Informationsverlust besteht. Bei den beiden eingeführten Arten beobachteten wir ebenfalls keine signifikante Korrelation mit den durch LiDAR ermittelten Vegetationsstrukturdaten. Unsere Studie lässt erkennen, dass die Vorhersagen der AAH die im untersuchten System beobachteten akustischen Muster nur teilweise erklären können. Für die meisten der untersuchten Waldvögel könnten andere die akustische Divergenz beeinflussende Faktoren eine wichtigere Rolle spielen als die Vegetationsstruktur.