Feather Corticosterone Measurements of Greater Flamingos Living under Different Forms of Flight Restraint.

Animals 2020,10: 605-619. doi:10.3390/ani10040605. www.mdpi.com/journal/animalsArticle

Simple Summary:

Greater Flamingos are commonly kept under flight restraint in zoos. Some are pinioned, others only featherclipped,  and some remain physically intact but live in aviaries that are often not  large  enough  to  fly. In  this  study,  we  compared  these  three  groups  by  measuring corticosterone (a hormone associated with stress) in their feathers in order to find out which of the restraining methods  is  most  compatible  with  animal  welfare. Additionally,  we  carried  out behavioral observations on all groups to detect potential stressors other than the status of flight itself. We  expected  to  find  differences  in  CORTf  between  deflighted  and airworthy flamingos. However, no  significant  differences  in feather corticosterone were  measured between  the  three groups and the hypothesis was rejected. The most important factor for the level of corticosterone was found to be the zoological institution itself, reflecting the housing conditions. We hypothesize that the method by which a Greater Flamingo is hindered from flying does not have measurable effect on the corticosterone concentration in its feathers. Although these findings suggest that all methods are equally impacting animal welfare, we highlight the need for further improved studies based on this model.

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Einfluss von Haltungsbedingungen im Zoo auf endokrine Stressparameter bei Zebras.

The influence of animal husbandry on endocrine stress parameters of Zebras in the zoo.

Dr. med. vet. Dissertation

96 Seiten, 37 Abbildungen, 7 Tabellen, 144 Literaturangaben, Anhang mit 22 Tabellen und 3 Abbildungen

Veterinär-Physiologisch-Chemisches Insitut, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig
Leitung: Prof. Dr. Einspanier
Zoo Leipzig

Ganze Arbeit

Zusammenfassung:

Mit dieser Arbeit sollte erforscht werden, welchen Einfluss Umsetzung und Vergesellschaftung von Grevy- bzw. Böhm-Zebras in Zoologischen Gärten auf die Produktion von Stressund Sexualhormonen haben. Dafür wurden vor, während und nach dem Umsetzungs- und Vergesellschaftungsprozess Kotproben der Zebras gesammelt,bei -20°C gelagert, mit einem Methanol-Wasser-Gemisch extrahiert und anschließend deren Gehalt an Cortisol-, Progesteron-, Östradiol- und Testosteronmetaboliten analysiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass sowohl bei den adulten Grevy-Zebrastuten als auch bei deren Jungtieren (Zoo Leipzig) im Untersuchungszeitraum 2004 das ranghöchste und rangniedrigste Tier, 2008 nur das dominante Tier die höchsten Cortisolspiegel der Gruppe aufwiesen. Das in der Rangordnung den mittleren Platz einnehmende Zebra zeigte signifikant niedrigere Cortisolspiegel. Von den drei untersuchten Böhm-Zebras (Zoo Halle) besaß der Hengst signifikant niedrigere Cortisolwerte als die beiden Stuten, deren Cortisolspiegel sich vor der Umsetzung nicht signifikant voneinander unterschieden. Die Umsetzung der Grevy- Zebras in die Kiwara-Savanne und die Vergesellschaftungen mit Säbelantilopen, Straußen und Giraffen und auch die Umsetzung der Böhm-Zebras in ihr neues Gehege erhöhten jedoch nur bei den subdominanten Tieren den Basiswert des Cortisols signifikant. Zusätzliche Faktoren, wie z. B. sozialer Status (dominant vs. subdominant), soziale Ordnung und weitere exogene Einflüsse scheinen somit eine entscheidende Rolle bei der Stress-Verarbeitung von in Zoologischen Gärten gehaltenen Zebras einzunehmen. Die Adaptation der Zebras an ihre neue Umgebung nahm in den beiden Zoos unterschiedliche Zeitspannen in Anspruch. Bei den Grevy-Zebras war es aus tiergärtnerischen Gründen nicht möglich, diese AdaptationsZusammenfassung zeit zu definieren, da nur bis zwei Monate nach der Umsetzung eine individuelle Kotprobensammlung erfolgte und zu dieser noch bei einzelnen Tieren erhöhte Cortisolwerte messbar waren. 2008 konnten jedoch bei den adulten Stuten signifikant niedrigere Cortisolspiegel gemessen werden als 2004 im alten Gehege. Bei den drei untersuchten Steppenzebras fielen ca. vier Wochen nach der Umsetzung die Cortisolkonzentrationen deutlich ab und waren bei den beiden Stuten signifikant niedriger als im alten Gehege und als in der Zeit direkt nach der Umsetzung. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass die neuen Gehege günstigere Umweltbedingungen bieten als die alten Zebra-Anlagen. Bei der Auswertung der Sexualhormone wurde deutlich, dass alle drei Grevy-Zebrastuten im nicht tragenden Zustand sehr ähnliche Sexualhormonspiegel zeigten. Nach der Umsetzung war weder für Progesteron noch für Östradiol ein charakteristischer Zyklusverlauf zu erkennen. Es ist also anzunehmen, dass hier der durch die Umsetzung und Vergesellschaftung hervorgerufene Stress und damit das Ansteigen der Cortisolproduktion einen negativen Einfluss auf die Reproduktionsfähigkeit der untersuchten Zebras hatte. Die Böhm-Zebras waren während der Umsetzung tragend. Die Narkose und die neue Umgebung hatten keinen messbaren Einfluss auf die Sexualhormone und am Ende einer physiologischen Tragezeit wurden zwei gesunde Jungtiere geboren. Bei den beiden Böhm-Zebrastuten konnten des Weiteren die Östradiol- und Progesteronexkretionsprofile über drei Jahre hinweg aufgenommen und somit die Trächtigkeitsdauer und der Hormonverlauf während der Trächtigkeit beschrieben werden. Das Hormonprofil des Östradiol gleicht weitestgehend dem bei Grevy- Zebras geschilderten Verlauf mit der maximalen Ausscheidung während des zweiten Trimesters. Die Konzentration der Progesteronmetabolite weicht jedoch deutlich von dem bei Grevy- Zebras beschriebenen Profil ab. Hier konnte ein stetiges Ansteigen der Werte ermittelt werden, wobei frühestens ab der 8. Woche a.p. Werte über 200ng/g erreicht wurden und die höchsten Konzentrationen ca. 12 bis einen Tag a.p. bzw. einen Tag post partum gemessen wurden. Die durchschnittliche Trächtigkeitsdauer betrug 343±15 Tage. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass mittels Hormonbestimmungen im Kot von Zebras Veränderungen im Hormonhaushalt sowohl von Stress- als auch von Sexualhormonen sehr gut quantifiziert werden können. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Einfluss tiergärtnerisch wichtiger Verfahren, wie das Umsetzen und Vergesellschaften von Zebras oder die Kontrolle von Trächtigkeiten wissenschaftlich auszuwerten und Aussagen über die Qualität der Haltungsbedingungen zu treffen. Des Weiteren können über die individuellen Cortisolmetabolitkonzentrationen Rückschlüsse auf die soziale Stellung innerhalb der Gruppe gezogen und die Auswirkungen dieser auf den Umgang mit „Stress“ charakterisiert werden.

Summary:

The aim of the present study was to examine the influence of rehousing and socialisation of different mammals on feacel steroids in zebras in two zoological gardens. Therefore, faecal samples were collected previously, throughout and after the rehousing and socialisation process. After an extraction with methanol, the content of cortisol, estradiol, progesteron and testosterone metabolites were analysed in all faecal samples. During the first period of this study (2004) in the Zoological Garden Leipzig, the highest and the lowest ranking Grevy ́s zebra mare and its foal had significantly higher feacal cortisol metabolite concentrations than the middle ranking zebra. Throughout the second period (2008) only the dominant zebra had the highest cortisol levels. In the Zoological Garden Halle the subjects of the study had been three Grant ́s zebras, from which the stallion had significantly lower cortisol levels before the rehousing process. The relocation of the Grevy ́s zebras into the „Kiwara Savanne“ and their socialisation with giraffes, scimitar horned oryx and ostrichs resulted in significantly higher feacel cortisol concentrations in only the subdominant animals. The same change in cortisol concentration was also recorded following the relocation of the Grant ́s zebras. However, other factors like social status, social organisation and various environmental effects seem to play an important role when coping with stressfull situations. Each zebra group needed a different length of time to acclimatise. Finally, it was not possible to define this time for the Grevy ́s zebras in Leipzig because individual sampling was unable after two months of rehousing and some animals still had increased cortisol levels at this time. However, the data of the second period of study showed a significant reduction in cortisol concentrations for the three adult mares. The faecal cortisol metabolite concentrations of the three studied Grant ́s zebras significantly decreased about four weeks after rehousing. One can therefore conclude, that the new enclosures of both zebra goups seem to provide better environmental conditions than the previous enclosures. The three Grevy ́s zebra mares showed similar patterns of excreted sex hormones unless they are pregnant. Interestingly, after the rehousing none of the mares showed a regular ovulatory cycle. It can be assumed, that the increasing cortisol concentrations caused by rehousing and socialisation have a negative effect on reproductive fitness. The Grant ́s zebras were pregnant during the rehousing. Both, anaestesia and rehousing had no measurable effect on the excreted sex hormones. Healthy foals were born following a normal gestation period. By analyzing the estradiol and progesterone data collected over three years, the hormone profiles and the gestation length could be precisely stated. Compared with the hormone data from the Grevy ́s zebra, which is known from current literature the estradiol profiles of both species are quite similar (peak of excretion during mid gestation). The feacel progesterone concentration varied dramatically for Grevy ́s and Grant ́s zebras. The Grant ́s zebras showed a constant increase of progesterone metabolites during the whole pregnancy, which peaked from about 12 days before to one day after parturition. The mean gestation length measured in this study was 343±15 days. In summary, the results of this study support faecal steroid hormone analysis as a reliable non invasive method in order to monitor stressful situations (e.g. rehousing in a new enclosure and the socialisation of animals) as well as reproductive processes of zebras. Furthermore, faecal cortisol measurement is useful to define social structure and its influence on coping mechanisms.

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Verhaltensbeobachtungen an zwei Asiatischen Elefanten-Jungbullengruppen (Elephas maximus) unter Zoohaltung und Vergleich der Cortisolwerte in Speichel und Kot.

Behavioral observations on two Asian elephant bachelor groups in zoological gardens and comparison of their cortisol concentrations in saliva and feces.

Dr. med. vet. Dissertation

138 Seiten

Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie, Tierärztliche Hochschule Hannover
Wissenschaftliche Betreuung: Prf. Dr. Dr. h. c. Jörg Hartung
Tiergarten Heidelberg

Voller Text

Zusammenfassung:

Es wurde das Sozialverhalten und die Stressantwort (anhand von Cortisol) von Asiatischen Elefanten in zwei Jungbullengruppen unter Zoohaltung mit dem Ziel untersucht, ob die Gruppenhaltung geeignet und in der Praxis durchführbar ist, die aus dem derzeit laufenden EEP Programm für Asiatische Elefanten hervorgehenden überzähligen männlichen Tiere zumindest bis zur Geschlechtsreife artgerecht unterzubringen. Dazu wurden sieben Elefantenbullen, im Alter von 6 bis 10 Jahren in der Haltungsform des „Geschützten Kontakts“ in einer Dreiergruppe im „Dierenrijk“ in den Niederlanden und eine Vierergruppe im Tiergarten Heidelberg gehalten.

Die Heidelberger Elefantengruppe wurde mit Hilfe des Focus-Animal-Samplings über einen Zeitraum von acht Wochen beobachtet und zusätzlich einer Nearest-Neighbor-Studie unterzogen. Von den Elefantenbullen in den Niederlanden wurden Verhaltensprofile durch die dortigen Pfleger erstellt. Bei allen sieben Elefantenbullen wurden acht Wochen lang pro Woche jeweils zwei Speichel- und zwei Kotproben entnommen und auf ihren Cortisolgehalt untersucht. Zu Beginn, nach vier Wochen und am Ende des Probenzeitraumes nach acht Wochen wurden bei den Elefanten im Zoo Heidelberg zusätzlich Cortisolkonzentrationen im Blutserum bestimmt. Die Nearest-Neighbor-Analyse liefert reproduzierbare Daten zum Beziehungsgefüge innerhalb der Heidelberger Jungbullengruppe und zeigt, wie viel Zeit die Elefantenbullen alleine oder in Gesellschaft anderer Elefanten der Gruppe verbringen. Das Focus-Animal-Sampling ergibt, dass die Elefanten jungbullentypische Verhaltensweisen zeigen und sowohl Unterordnung, als auch Dominanz innerhalb der Gruppenstruktur erfahren. Im Beobachtungszeitraum gab es keine ernsthaften oder violenten Auseinandersetzungen zwischen den Tieren einer Gruppe. Irritationen von rangniederen Gruppenmitgliedern bei Verhaltensänderungen des ranghöchsten Tieres, z.B. bei Einsetzen der Musth, führten zu Änderungen im Verhalten und im Cortisolspiegel der rangniederen Tiere.

Die gefundenen höheren Cortisolkonzentrationen des ranghöchsten Tieres der Heidelberger Elefantengruppe bestätigen frühere Literaturangaben. Diese traten besonders prominent während der Musth auf, verbunden mit Unruhe und Erregung, kehrten aber nach der Musth rasch auf Ursprungswerte zurück. Negative Auswirkungen auf die anderen Mitglieder der gut funktionierenden Gruppe wurden nicht beobachtet. Die Höhe der gemessenen Cortisolkonzentrationen in Kot- und Speichelproben zeigten einen signifikanten Zusammenhang. Die Korrelation der Cortisolwerte aus dem Speichel und Kot und dem Alter der Elefanten war gering bis mäßig. Die individuellen Schwankungen waren erheblich und bewegten sich in der Elefantenjungbullengruppe im Tiergarten Heidelberg zwischen 0,3 – 1,43 ng/ml Cortisol im Speichel und 89,7 – 649,8 ng/g Cortisol im Kot. Die Dreiergruppe in den Niederlanden wies Cortisolkonzentrationen im Speichel von 0,3 – 2,34 ng/ml und im Kot von 147,3 – 427,3 ng/g auf. Die Mittelwerte aller Elefanten betrugen im Speichel 0,63 ± 0,3 ng/ml, im Kot 266 ± 95 ng/g. Aufgrund der Cortisolkonzentrationen im Kot, ist davon auszugehen, dass Elefanten viel höhere Basalwerte aufweisen, als in der Literatur angenommen wurde.

Verhaltensbeobachtungen und Cortisolmessungen in dieser Studie deuten darauf hin, dass das Wohlbefinden der hier untersuchten Elefantenjungbullen in Gruppenhaltung zu keinem Zeitpunkt im Untersuchungszeitraum negativ beeinträchtigt war. Es wird deutlich, dass in einer solchen Jungbullengruppe die Gruppengröße, die Gehegestruktur und eine klare Altersstaffelung sowie die körperliche und geistige Verfassung des Einzeltieres einen erheblichen Einfluss auf das Zusammenwirken der Tiere, die Harmonie und das Stressgeschehen haben.

Die vorgestellten Untersuchungen zeigen, dass die Haltung von Elefantenbullen in Gruppen erfolgreich möglich ist und dass Gruppenhaltung in Jungbullengehegen eine vielversprechende Lösungsmöglichkeit darstellen kann, um die wachsende Zahl an männlichen Elefanten in europäischen Zoos – zumindest für den Altersabschnitt zwischen 6 und 10 Jahren – künftig artgerecht unterzubringen. Dies kann für das EEP Programm von großer Bedeutung sein. Es sollte, basierend auf den hier gemachten Erfahrungen, weiter geprüft werden, ob ähnliche Haltungsformen auch für ältere Bullen bei genügender sozialer Gewöhnung geeignet sind.

 Abstract:

We focused on social behavior and stress response (on the basis of cortisol) of Asian Elephants in two bachelor groups in zoological gardens and investigated if the keeping system in such bachelor groups is suitable for the supernumerous elephant bulls of the EEP Program to house them until their musth. Seven elephant bulls at the age of 6 to 10 are held in “Protected Contact” maintenance: One group with three elephants at Dierenrijk, NL and one group with four elephants at Heidelberg, Germany.

At Heidelberg zoo, a bachelor group has been observed for eight weeks using Focus-Animal- Sampling and also a nearest neighbor study. Behavioral observations of the Dutch elephants are replaced with behavior profiles from their keepers. Two samples of feces and two samples of saliva per week were collected from each elephant for about eight weeks to analyze the amount of cortisol. We additionally analyzed cortisol values in the blood of the elephants at Heidelberg zoo at baseline, after four and eight weeks.

The results of the nearest neighbor analysis at Heidelberg provide a first feature of young males´ relations and shows how much time they spend alone or in companionship with other elephants of the group. The elephants demonstrate behavioral attitudes typical for young elephant bulls and they learn about dominance and subordination within the group structure. Within the observation period, no serious or violent hostilities appeared between group members. An attitude change in the high-ranking elephants, for example caused by onset of musth, maintained that the low-ranking elephants showed changes in behavior and also in their cortisol concentrations. That did not conduct physical hostilities.

Cortisol values of high-ranking elephants were higher than in low-ranking elephants, which was also described in prior studies. High cortisol concentrations occurred especially within - 98 - musth, associated with disturbance and agitation. After the musth, cortisol values dropped down to baseline. There were no negative consequences for the rest of the group members. The amount of cortisol concentrations from saliva and fecal samples revealed a significant correlation. The correlation between the amount of cortisol in saliva and feces and the age of the elephants was minor to moderate. However, the individual values deviated significantly and ranged at the bulls at Heidelberg zoo from 0,3 – 1,43 ng/ml in saliva and 89,7 – 649,8 ng/g in feces. The three elephants of the other group in the Netherlands had cortisol values ranging from 0,3 – 2,34 ng/ml in saliva and 147,3 – 427,3 ng/g in feces. Mean cortisol concentration of all elephants was 0,63 ± 0,3 ng/ml in saliva and 266 ± 95 ng/g in feces. These cortisol concentrations at baseline are higher than those reported within prior studies about the Asian elephant.

Behavioral observations in combination with appointment of cortisol is a suitable method to evaluate elephant welfare of the examined elephant bulls in bachelor groups. There is no evidence that welfare was negatively affected within the observation period. Of note, group size, enclosure structure and age grading and also body and mental condition of the individual influence the coaction of the animals, harmony and stressful events substantially.

The present investigations show that keeping elephant bulls in bachelor groups is feasible and may be a promising option for the future to house the growing number of male elephants in European zoological gardens henceforth – at least for the age period from 6 to 10. That can be of great importance for the EEP Program. It should be under examination, based on the experience of this study, if similar keeping systems are also feasible for older bulls after enough social familiarization.

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