Increased attenuation and reverberation are associated with lower maximum frequencies and narrow bandwidth of bird songs in cities

Abstract

As urbanization expands globally, the communication systems of an increasing number of species are affected. Because bird song is a long-distance signal used to attract mates and defend territories, the evolution of bird song is often shaped by habitat structure and background noise. These potential drivers of song evolution are more often studied in natural areas than in urbanized areas, leaving open the question of how anthropogenic changes to the landscape are affecting the evolution of bird song. One songbird that persists in both urbanized and rural areas in North America is the White-crowned Sparrow (Zonotrichia leucophrys). Our previous work demonstrates that increased background noise in cities and in natural habitats affects acoustic adaptation in this species. However, we lack information about how sound transmits in urban and rural habitats. Because cities tend to have different physical properties than rural areas, it is pertinent to understand the influence of urban habitat structure on song evolutionary processes. Here, we test the acoustic adaptation theory and hypothesize that differences in the sound transmission properties of urban and rural habitats affect song divergence between urban and rural populations. We conducted sound transmission trials of tones from 1 to 8 kHz on 59 White-crowned Sparrow territories in three urban and three rural locations around San Francisco and Point Reyes, California, at varying heights and rates of note production. We also recorded and analyzed songs of males from each location to see if differences in signal–noise ratio, attenuation, reverberation, and distortion predicted song divergence. We found that urban locations have higher attenuation and reverberation than rural locations and urban songs tend to have short whistles, faster trills, and narrower bandwidth. These findings partially support acoustic adaptation theory, though faster trills in the city may instead be driven by cultural drift or sexual selection. Overall, our results add to a rapidly growing area of research and allow us to better understand the complexity of influences on song divergence.

Zusammenfassung

Erhöhte Dämpfung und Nachhall sind mit niedrigeren Maximalfrequenzen und einer engen Bandbreite von Vogelliedern in Städten verbunden

Da die Urbanisierung weltweit zunimmt, sind die Kommunikationssysteme einer zunehmenden Anzahl von Arten betroffen. Da Vogelgesang ein Fernsignal ist, das verwendet wird, um Partner anzuziehen und Gebiete zu verteidigen, wird die Entwicklung des Vogelgesangs häufig durch die Struktur des Lebensraums und Hintergrundgeräusche geprägt. Diese potenziellen Treiber der Liedentwicklung werden häufiger in natürlichen Gebieten als in städtischen Gebieten untersucht, wobei die Frage offen bleibt, wie sich anthropogene Veränderungen der Landschaft auf die Entwicklung des Vogelgesangs auswirken. Ein Singvogel, der sowohl in städtischen als auch in ländlichen Gebieten Nordamerikas vorkommt, ist der Weißkronenspatz (Zonotrichia leucophrys). Unsere früheren Arbeiten zeigen, dass vermehrte Hintergrundgeräusche in Städten und in natürlichen Lebensräumen die akustische Anpassung dieser Art beeinflussen. Es fehlen jedoch Informationen darüber, wie Schall in städtischen und ländlichen Lebensräumen übertragen wird. Da Städte tendenziell andere physikalische Eigenschaften haben als ländliche Gebiete, ist es wichtig, den Einfluss der städtischen Lebensraumstruktur auf die Entwicklungsprozesse von Liedern zu verstehen. Hier testen wir die Theorie der akustischen Anpassung und stellen die Hypothese auf, dass Unterschiede in den Schallübertragungseigenschaften von städtischen und ländlichen Lebensräumen die Lieddivergenz zwischen städtischen und ländlichen Bevölkerungsgruppen beeinflussen. Wir haben Schallübertragungsversuche mit Tönen von 1 bis 8 kHz in 59 White-Crowned Sparrow-Gebieten in drei städtischen und drei ländlichen Gebieten um San Francisco und Point Reyes, Kalifornien, in unterschiedlichen Höhen und Raten der Notenproduktion durchgeführt. Wir haben auch Songs von Männern von jedem Ort aufgenommen und analysiert, um festzustellen, ob Unterschiede im Signal-Rausch-Verhältnis, der Dämpfung, dem Nachhall und der Verzerrung die Song-Divergenz vorhersagen. Wir haben festgestellt, dass städtische Standorte eine höhere Dämpfung und einen höheren Nachhall aufweisen als ländliche Standorte und städtische Songs tendenziell kurze Pfeifen, schnellere Triller und eine geringere Bandbreite aufweisen. Diese Ergebnisse stützen teilweise die akustische Anpassungstheorie, obwohl schnellere Triller in der Stadt stattdessen durch kulturelle Drift oder sexuelle Selektion angetrieben werden können. Insgesamt tragen unsere Ergebnisse zu einem schnell wachsenden Forschungsbereich bei und ermöglichen es uns, die Komplexität der Einflüsse auf die Songdivergenz besser zu verstehen.