Behaviour and welfare in marine invertebrates: biological invasion as a model
Author(s)
Ferretti, Sara
Date Issued
June 5, 2025
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Animal welfare, defined as the balance between pleasant and unpleasant experiences over time, focuses on meeting the specific needs of animals to enhance their quality of life. Traditionally focused on vertebrates, recent studies in the field highlight the cognitive and behavioural complexity of invertebrates, promoting their welfare in research, captivity, and conservation. Strategies to improve invertebrate welfare include reducing stress factors, maintaining suitable environmental conditions, and designing habitats that meet their ecological needs. Currently, the welfare of wild animals faces increasing threats from human activities that accelerate biodiversity loss and destabilize ecosystems. In particular, the introduction of invasive species poses a serious threat to habitats, causing ecological imbalances. However, the behavioural mechanisms that facilitate colonization processes remain poorly understood. Therefore, studying animal behaviour is essential for understanding species adaptation to human-induced environmental changes (HIREC) and their expansion into invasive habitats, both of which are critical challenges for biodiversity.
In this PhD thesis, I focused on a species experiencing a biological invasion as a model to assess the effects of human-induced environmental changes on the behaviour of the invasive nudibranch G. quadricolor compared to two native species, Cratena peregrina and Caloria quatrefagesi. I conducted the study on three levels: (i) comparative and analytical, where I defined specific measurement endpoints and created ad hoc ethograms for an experimental simulation of the introduction and acclimatization phase into a new environment, evaluating the expression of activity, alertness, and habituation. The invasive nudibranchs exhibited higher levels of exploration activity, thigmotaxis, alertness, and sensitization than the native ones. (ii) Intraspecific, in which I characterized behavioural traits of the invasive species in response to stress conditions, such as potential conflict within high-density populations. The invasive nudibranchs expressed a strong propensity for cannibalism, self-cannibalism, and cerata autotomy. (iii) Ecological and ecosystemic, where I examined specific responses to environmental alterations driven by climate change, simulating heatwaves in a comparative study between invasive and native species. Both species showed reduced risk aversion and did not alter their alertness in response to increasing temperatures. Native individuals reduced exploratory activity with rising temperatures, while this behaviour remained unchanged in the invasive ones. The results presented in this thesis underscore the intricate behavioural responses of invasive species to environmental stressors. In addition to the expression of atypical behaviours, such as self-cannibalism, the study of behavioural traits such as exploration, thigmotaxis, and the different adaptive strategies expressed in challenging environmental conditions offers valuable insights into the capacity of invasive species to colonize altered ecosystems. This has significant implications for biodiversity management and the conservation of ecosystems. Moreover,
the necessity of considering the welfare of species in natural habitats has been emphasized, particularly regarding the impacts of environmental stressors, such as climate change and rising temperatures, on organism health and adaptive capacities. This integrative approach, which melds ecological perspectives with considerations of animal welfare and behaviour, is crucial for formulating conservation strategies that not only protect biodiversity but also promote the welfare of wildlife amidst the prevailing challenges of global change.
Il benessere animale, definito come l’equilibrio tra esperienze piacevoli e spiacevoli nel tempo, si concentra sul soddisfacimento dei bisogni specifici degli animali per migliorare la loro qualità della vita. Tradizionalmente incentrato sui vertebrati, studi recenti nel campo mettono in evidenza la complessità cognitiva e comportamentale degli invertebrati, promuovendo l’attenzione al loro benessere nella ricerca, in cattività e nella conservazione. Le strategie per migliorare il benessere degli invertebrati includono la riduzione dei fattori di stress, il mantenimento di condizioni ambientali adeguate e la progettazione di habitat che rispondano alle loro esigenze ecologiche. Attualmente, il benessere degli animali selvatici è sempre più minacciato dalle attività umane che accelerano la perdita di biodiversità e destabilizzano gli ecosistemi. In particolare, l’introduzione di specie invasive rappresenta una seria minaccia per gli habitat, causando squilibri ecologici. Tuttavia, i meccanismi comportamentali che facilitano i processi di colonizzazione rimangono poco compresi. Per questo motivo, lo studio del comportamento animale è essenziale per comprendere l’adattamento delle specie ai cambiamenti ambientali indotti dall’uomo (HIREC) e alla loro espansione in habitat invasivi, entrambi sfide cruciali per la biodiversità.
In questa tesi di dottorato, mi sono concentrata su una specie coinvolta nelle’invasioni biologica come modello per valutare gli effetti dei cambiamenti ambientali indotti dall’uomo sul comportamento del nudibranco invasivo G. quadricolor rispetto a due specie native, Cratena peregrina e Caloria quatrefagesi. Lo studio è stato condotto su tre livelli: (i) comparativo e analitico, dove ho definito specifici endpoint di misurazione e creato etogrammi ad hoc per una simulazione sperimentale della fase di introduzione e acclimatazione in un nuovo ambiente, valutando l’espressione di attività, allerta e abituazione. I nudibranchi invasivi hanno mostrato livelli più elevati di attività esplorativa, tigmotassi, allerta e sensibilizzazione rispetto a quelli nativi. (ii) Intraspecifico, in cui ho caratterizzato i tratti comportamentali della specie invasiva in risposta a condizioni di stress, come potenziali conflitti in popolazioni ad alta densità. I nudibranchi invasivi hanno mostrato una forte propensione al cannibalismo, all'autocannibalismo e all’autotomia delle cerate. (iii) Ecologico ed ecosistemico, dove ho esaminato le risposte specifiche alle alterazioni ambientali guidate dai cambiamenti climatici, simulando ondate di calore in uno studio comparativo tra specie invasive e native. Entrambe le specie hanno mostrato una ridotta avversione al rischio e non hanno modificato lo stato di allerta in risposta all’aumento delle temperature. Gli individui nativi hanno ridotto l’attività esplorativa con l’aumento delle temperature, mentre questo comportamento è rimasto invariato negli individui invasivi.
I risultati presentati in questa tesi evidenziano le complesse risposte comportamentali delle specie invasive agli stressori ambientali. Oltre all’espressione di comportamenti atipici, come l’autocannibalismo, lo studio di tratti comportamentali quali l’esplorazione, la tigmotassi e le diverse strategie adattative espresse in condizioni ambientali difficili offre importanti spunti per comprendere la capacità delle specie invasive di colonizzare ecosistemi alterati. Questo ha rilevanti implicazioni per la gestione della biodiversità e la conservazione degli ecosistemi. Inoltre, viene sottolineata la necessità di considerare il benessere delle specie nei loro habitat naturali, in particolare rispetto agli impatti degli stressori ambientali, come il cambiamento climatico e l’aumento delle temperature, sulla salute degli organismi e sulla loro capacità adattativa. Questo approccio integrato, che fonde prospettive ecologiche con considerazioni sul benessere e il comportamento animale, è fondamentale per formulare strategie di conservazione che non solo proteggano la biodiversità, ma promuovano anche il benessere della fauna selvatica di fronte alle sfide globali contemporanee.
Additional information
Dottorato di ricerca in Ecologia e Gestione Sostenibile delle Risorse Ambientali
Tesi di dottorato. 37. ciclo
Tesi di dottorato. 37. ciclo