Mechanisms and functions of vocal communication in mammals

Maxime Garcia

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Title (eng)

Parallel title (deu)

Mechanismen und Funktion von Lautkommunikation bei Säugetieren

Author

Maxime Garcia

Advisor

William Tecumseh Sherman Fitch

Assessor

Marta Manser

Nicolas Mathevon

Abstract (deu)

Die Erforschung von Kommunikationssystemen ist ein essentieller Punkt für das Verständnis von Verhalten, Ökologie und Evolution von Tieren. Vor allem bei Säugetieren wurde der Erforschung der Lautkommunikation beträchtliches Augenmerk geschenkt, beginnend mit rein beschreibenden Ansätzen, bis hin zur Anwendung der Theorie von Quelle und Filter in der menschlichen Sprachproduktion (source-filter theory) bei tierischen Lautäußerungen. Dieser Ansatz hat entscheidende Fortschritte für die Erforschung und Interpretation der Funktion von Lautäußerungen gebracht. Nichtsdestotrotz wurde der Erforschung der Mechanismen der Lautproduktion – bei denen es sich um einen wichtigen Aspekt der Lautkommunikation handelt – und ihrer biologischen Relevanz weit weniger Aufmerksamkeit geschenkt (obwohl sie in der Physik als myoelastisch-aerodynamischer Prozess (MEAD theory) gut beschrieben sind). Aufbauend auf die Quelle/Filter-Theorie zeige ich in dieser Dissertation auf, wie aktuelle Methoden und Erkenntnisse über Lautäußerungen bei Säugetieren in diesem Feld zur Anwendung gebracht werden können – sowohl durch die Erforschung des Lautrepertoires einer bis jetzt unerforschten Tierart, als auch durch die detaillierte Entschlüsselung der Lautäußerungen einer bereits gut beschriebenen Model-Tierart. Danach befasse ich mich eingehend mit der Verbindung zwischen der Produktion von Lauten und den resultierenden Lautäußerungen und zeige, wie anatomische Beschränkungen auf der Ebene der Lautquelle das Kommunikationssystem einer Tierart formen können. Insbesondere studiere ich die Zusammenhänge zwischen physisch-anatomischen Eigenschaften des Lautproduzenten und den entsprechenden akustischen Ergebnissen. Abschließend untersuche ich diese Zusammenhänge experimentell an herauspräparierten Kehlköpfen, wodurch sich einzigartige Erkenntnisse über die Lauterzeugung gewinnen lassen. Zusammengenommen bieten die Studien, die Teil dieser Dissertation sind, einen facettenreichen Überblick über die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Aspekten der Lautkommunikation bei Säugetieren. Sie schaffen eine Grundlage für zukünftige Forschung, die es sich zum Ziel gesetzt hat, gleichzeitig die Funktionen und die Mechanismen der Produktion von akustischen Signalen bei Tieren zu untersuchen – einschließlich jener Fälle, wo evolutionäre Zwänge zu einer Spezialisierung des Lautapparats und damit verbundenen Lautäußerungen geführt haben.

Abstract (eng)

The study of communication systems is a central issue in the understanding of animal behavior, ecology and evolution. In mammals in particular, vocal communication has drawn considerable attention, starting with purely descriptive approaches, until more recently when the source-filter theory was applied from human speech to mammal acoustic signals. This framework has allowed fundamental progress regarding the interpretation and investigation of the function of vocalizations. Nonetheless, the mechanisms of sound production, an entire branch of vocal communication, have largely been neglected in terms of their biological relevance (the physics being relatively well explicated by the myoelastic-aerodynamic (MEAD) theory). Relying on the source-filter theory, in this dissertation I highlight how current methodologies and knowledge about mammalian vocal communication are implemented in the field, either while initiating the study of a new species’ vocal repertoire or while decoding in-depth some characteristics of an already well-known model species. I then delve into the connection between sound production and vocal output, investigating how anatomical constraints at the level of the sound source can shape a species vocal communication system. More specifically, I study the relationships between physical-anatomical traits of the signaler and their acoustic correlates. Finally, I empirically examine these relationships by means of excised larynx experiments, which provide a unique insight on sound generation. The studies collected in this thesis provide a multi-faceted overview of the connections that exist between the various components of mammal vocal communication. They establish the foundation for future research intended to explore in parallel the functions and the production mechanisms of animal acoustic signals, including those particular cases where evolutionary pressures have led to specialization of the vocal apparatus and associated vocal displays.

Keywords (eng)

Vocal communicationAcoustic signalsBioacousticsAnimal behaviorMammalsRed deerPigPrimates

Keywords (deu)

LautkommunikationAkustische SignaleBioakustikTierverhaltenSäugetierenRothirschSchweinPrimaten

Subject (deu)

Zoologie: Allgemeines

Subject (deu)

Tiergeographie, Tierökologie

Subject (deu)

Ethologie

Subject (deu)

Mammalia