Song sparrows fail to discriminate between current and historical songs

Résumé technique : Les moineaux chanteurs ne parviennent pas à discriminer entre les chants actuels et historiques

Énoncé du problème
Le chant des oiseaux sert de modèle principal pour l'étude de l'évolution culturelle, qui est supposée se produire plus rapidement que l'évolution génétique. Des recherches antérieures ont démontré que le chant évolue sur des périodes de 20 à 30 ans chez les espèces présentant une faible variabilité du chant au sein de la population, telles que le bruant à tête blanche et le bruant des champs. Chez ces espèces, les mâles territoriaux manifestent des réponses agressives plus fortes envers les chants « actuels » par rapport aux chants « historiques » enregistrés des décennies auparavant, ce qui indique une discrimination fonctionnelle du changement culturel. Cependant, il reste incertain de savoir si cette discrimination persiste chez les espèces présentant une grande diversité de chants au sein de la population. Le moineau chanteur (Melospiza melodia) présente un cas unique : contrairement aux bruants précédemment étudiés qui chantent généralement un type de chant unique, le moineau chanteur possède de vastes répertoires (5 à 13 types par mâle) et présente une très faible homogénéité des chants entre voisins, ce qui résulte en des centaines de types de chants distincts au sein d'une population locale. Cette étude examine si une telle variabilité de niveau populationnel entrave la capacité des moineaux chanteurs à discerner les changements temporels dans la culture de leur espèce.

Méthodologie
L'étude a utilisé une expérience de lecture (playback) territoriale menée dans le nord-ouest de la Pennsylvanie (Pymatuning State Park et zones environnantes) entre le 11 mai et le 29 mai 2025. Le plan expérimental a répliqué une étude de discrimination spatiale précédente (Searcy et al., 1997) mais a substitué la variation spatiale par la variation temporelle.

• Stimuli : Deux ensembles de stimuli sonores ont été utilisés : des chants « historiques » enregistrés dans la zone d'étude en 1992–1994 et des chants « actuels » enregistrés en 2021. Pour contrôler les différences d'équipement d'enregistrement et de bruit de fond, des chercheurs en aveugle ont évalué les niveaux de bruit et ajouté un bruit de fond de l'époque correspondante afin d'égaliser l'environnement acoustique.
• Sujets : 24 mâles moineaux chanteurs détenant des territoires dans la zone d'étude ont été testés. Chaque mâle a reçu deux essais de lecture (un historique et un actuel) séparés par 2 à 4 jours, l'ordre étant randomisé.
• Protocole de lecture : Chaque ensemble de stimuli consistait en deux types de chants issus de l'époque respective, joués selon une séquence spécifique (9 répétitions du Type A, 9 du Type B, 9 du Type A, 9 du Type B) sur une période de 6 minutes, suivie d'une observation de 3 minutes après la lecture.
• Mesure de la réponse : La principale métrique de réponse était la distance du sujet par rapport au haut-parleur, enregistrée par intervalles de 5 secondes et catégorisée en bandes de distance (<2 m à >16 m). Les distances moyennes ont été calculées pour les 3 premières minutes de lecture, les 3 minutes suivantes, la période de 3 minutes post-lecture et la durée totale de l'essai de 9 minutes.
• Analyse statistique : Les données ont été analysées à l'aide de modèles multiniveaux bayésiens (packages R brms et bayestestR) avec l'ID de l'individu et l'ID de l'enregistrement comme effets de groupe pour tenir compte des mesures répétées. Des régressions de noyau non paramétriques ont été utilisées comme validation secondaire.
• Analyse de la similitude des chants : Pour vérifier si l'évolution culturelle avait eu lieu, les chercheurs ont comparé les 24 chants historiques et les 24 chants actuels à une base de données de répertoires complets de 20 mâles contemporains (enregistrés en 2021–2025). La similitude a été évaluée sur la base du partage de chants complets (correspondance ≥ 2/3 des phrases) et du partage de phrases d'introduction, avec un poids important accordé aux éléments d'introduction qui sont critiques pour la classification du moineau chanteur.

Résultats clés

1. Preuve de l'évolution culturelle : L'analyse de la similitude des chants a confirmé qu'une évolution culturelle mesurable s'est produite sur l'écart de 27–29 ans. Bien que le partage de chants complets soit négligeable pour les chants historiques et actuels (cohérent avec les faibles taux de partage de l'espèce), le partage des phrases d'introduction différait de manière significative. Les chants de lecture actuels partageaient des phrases d'introduction avec la population contemporaine à un taux nettement plus élevé (proportion moyenne = 0,00833) que les chants de lecture historiques (proportion moyenne = 0,00154 ; P = 0,018).
2. Absence de discrimination comportementale : Malgré le changement documenté dans la prévalence des phrases d'introduction, l'expérience de lecture n'a révélé aucune différence d'agressivité territoriale entre les chants historiques et actuels.
   • Les modèles multiniveaux bayésiens ont indiqué que le traitement de lecture (historique vs actuel) n'avait aucun effet crédible sur la distance d'approche pendant les trois périodes de 3 minutes ou durant la durée totale de l'essai. Les effets de traitement estimés se situaient largement à l'intérieur des intervalles de confiance à 95 % autour de zéro.
   • Les régressions de noyau non paramétriques ont confirmé ces résultats, ne montrant aucun effet significatif du traitement ou de l'ordre des essais sur la réponse des oiseaux.
   • Les réponses médianes et les chevauchements de distribution pour les chants historiques et actuels étaient presque congruents à travers tous les blocs temporels.

Contributions clés
Cette étude constitue un test critique de l'hypothèse selon laquelle une grande diversité de chants au sein de la population entrave la discrimination des changements de l'évolution culturelle. En démontrant que les moineaux chanteurs ne parviennent pas à distinguer des chants séparés par près de trois décennies — bien que les chants aient objectivement changé dans leur composition de phrases d'introduction — les auteurs étendent le modèle observé chez les rossignols philomèle (une espèce à haute diversité) à une seconde espèce à haute diversité. Cela contraste avec les espèces à faible diversité (bruant à tête blanche et bruant des champs) qui présentent une discrimination temporelle. Les résultats suggèrent que le « bruit » créé par la haute variabilité individuelle des répertoires de chants peut occulter les signaux temporels qui sont autrement détectables dans des populations plus uniformes.

Signification
L'article conclut qu'une évolution culturelle mesurable dans le chant des oiseaux peut se produire sans conséquences fonctionnelles pour les receveurs. Dans la population de moineurs chanteurs étudiée, l'abondance relative des phrases d'introduction a changé de manière significative sur 27–29 ans, pourtant les oiseaux ont répondu à ces chants « historiques » avec la même intensité qu'aux chants « actuels ». Cela implique que l'échec de la discrimination n'est pas maladaptif ; les changements temporels observés manquent probablement de valeur adaptative (par exemple, ils ne sont pas pilotés par des changements environnementaux comme la pollution sonore ou la densité de la végétation qui modifieraient l'efficacité de la transmission du signal). Par conséquent, la pression sélective pour distinguer les variantes actuelles et historiques du chant pourrait être absente chez les espèces où la diversité des chants est élevée et les changements non adaptatifs. Les conclusions soutiennent l'hypothèse plus large selon laquelle la haute diversité de chants au niveau de la population rend difficile pour les receveurs de discerner les changements temporels, limitant potentiellement l'impact fonctionnel de l'évolution culturelle dans de tels systèmes.