The influence of individual and colony level variation in behavior on colony performance in ants

In my dissertation I investigated the influence of behavioral variation between and within ant colonies on group performance. In particular, I analyzed how evolution shapes behavior in response to ecological conditions, and whether within-group diversity improves productivity as suggested by theory. Our field and laboratory experiments showed that behavioral diverse groups are more productive. Different aggression levels within colonies were beneficial under competitive field situations, whereas diversity in brood care and exploratory behavior were favored in non-competitive laboratory situations. We then examined whether population density and social parasite presence shape aggression through phenotypic plasticity and/or natural selection. The importance of selection was indicated by the absence of density or parasite effects on aggression in a field manipulation. Indeed, more aggressive colonies fared better under high density and during parasite attack. When analyzing the proximate causes of individual behavioral variation, ovarian development was shown to be linked to division of labor and aggressiveness. Finally, our studies show that differences in the collective behavior can be linked to immune defense and productivity. My dissertation demonstrates that behavioral variation should be studied on multiple scales and when possible combined with physiological analyses to better understand the evolution of animal personalities in social groups.rnIn meiner Dissertation untersuchte ich den Einfluss von Verhaltensvariabilität zwischen und innerhalb von Ameisenkolonien auf ihre Produktivität. Hierbei analysierte ich wie sich im Laufe der Evolution das Verhalten an ökologische Bedingungen anpasst, und ob Diversität im Verhalten innerhalb einer Kolonie die Produktivität erhöht, wie es theoretische Modelle vorhersagen. Unsere Freiland- und Laborexperimente zeigten, dass Kolonien mit höherer Diversität tatsächlich produktiver waren. Kolonien mit unterschiedlich aggressiven Tieren hatten einen Vorteil in einer kompetitiven Freilandsituation, während Variabilität im Brutfürsorge- und Explorationsverhalten unter nicht-kompetitiven Laborbedingungen förderlich waren. Als Nächstes untersuchten wir, ob die Populationsdichte oder die Präsenz von Sozialparasiten durch phänotypische Plastizität und/oder natürliche Selektion einen Einfluss auf die Aggression hat. Selektion stellte sich als wichtiger heraus, da sich die Kolonien durch Manipulation von Dichte und Sozialparasiten im Freiland nicht in ihrer Aggression verändern ließen. In der Tat kamen aggressive Kolonien besser mit hoher Dichte und der Invasion von Parasiten zurecht. Die Analyse der proximaten Ursachen individueller Verhaltensunterschiede ergab, dass die Ovarienentwicklung mit der Arbeitsteilung und der Aggression zusammenhängt. Schließlich zeigen unsere Studien auf Kolonieniveau, dass auch Unterschiede in kollektiven Verhaltensweisen zwischen Kolonien mit der Produktivität und interessanterweise auch mit der Immunabwehr zusammenhängen. Demzufolge sollte für ein tieferes Verständnis für die Evolution von Persönlichkeitsmerkmalen bei Tieren in sozialen Gruppen, Verhaltensvariation auf mehreren Ebenen untersucht, und wenn möglich mit physiologischen Analysen kombiniert werden.r