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Doctoral Thesis
2020
Non-invasive welfare evaluations in horses : the usefulness of laterality
Non-invasive welfare evaluations in horses : the usefulness of laterality
Abstract (English)
Animal welfare is becoming increasingly important, especially for animal owners. In particular, prey animals such as horses generally suffer in silence. To improve the evaluation of animal welfare in practice and to simplify it in scientific research, new welfare indicators are needed that are easier to assess, less time consuming, and repeatable. Therefore, this thesis aimed to investigate laterality as a welfare indicator that could meet these requirements. Domestic horses were used as model organisms as they display sensory and motor laterality on individual and/or population level; their sensory organs are placed laterally, non-invasive stress hormone analysis is already well-established, as a highly social animal that evolved on open ranges it is prone to suffering from inappropriate human management regimes, and it displays various stress responses.
In STUDY it could be demonstrated that a shift to an enhanced preference for the right brain hemisphere was in line with increased stress hormone concentrations in faeces. Sensory laterality and motor laterality measured while grazing, shifted to the left when natural needs were restricted by a change from group to individual housing. Sensory laterality changed immediately after the change of housing conditions, whereas the motor laterality changed with a time delay of one week.
STUDY 2 demonstrated that motor laterality measured as initial forelimb use correlated with the cognitive bias (welfare indicator). Right-sided horses were faster to approach an ambiguous stimulus and therefore displayed a positive cognitive bias. But neither motor laterality, measured through grazing stance, nor sensory laterality were related to cognitive bias.
STUDY 3 demonstrated that a preference for left side sensory organ use is not only evident in negative contexts but also in positive contexts, because the horses also preferred their left side during affiliative interactions that are assumed to induce positive emotions. This study demonstrated that not only the direction of shift in laterality, but also the context of the shift, should be recorded to reliably identify poor or good welfare. Therefore, it is recommended that additional stress parameters be applied to reliably evaluate animal welfare.
STUDY 4 investigated whether the sampling and analysis of faecal stress hormones and immunoglobulin A could be simplified by applying a novel conservation method. Often it is not possible to immediately freeze the faecal samples and/or the transportation to the lab is lengthy. The study demonstrated that faecal samples can be dried a closed system such as an air-tight tube containing silica gel. The samples were dried within 24 hours, as fast as in controlled air-drying conditions at room temperature. The new and simpler drying method prevented the stress hormones (glucocorticoid metabolites) from enzymatic degradation and conserved them, demonstrated by the fact that the detectable concentration remained unchanged. In contrast, immunoglobulin A showed a reduction in the detectable concentration. Therefore, if possible, the conservation of faecal samples should be avoided when immunoglobulin A is to be analysed, although it would be possible to apply an extrapolation to attain fairly reliable results. This new drying method will simplify research on wild horses into the type of stressors they are confronted with, the impact of natural stressors, and effect of stressors on, for example, their laterality in comparison with domestic horses.
STUDY 5 investigated whether the strength of laterality provides insight into basal physiological and immunological status, stress response, stress reactivity, or cognitive bias. Only a correlation between age and the strength of laterality was found, with strength of laterality increasing with age. However, age could explain only 30 per cent of the inter-individual variation in strength of laterality. The results demonstrated that the strength of laterality is not a reliable indicator of animal welfare. The direction of laterality may be of greater importance.
Altogether, it was demonstrated that laterality is a promising, reliable, repeatable, and objective indictor of animal welfare, which is quick and easy to asses, and inexpensive. Like other well-established welfare and stress indicators, laterality has its limitations. Therefore, it is recommended that other welfare indicator should be simultaneously assessed and changes in laterality recorded, as different traits and personalities result in a high inter-individual variation in base laterality indices. Possible influences and correlations between emotional processing and cerebral lateralization are discussed. Nonetheless, further research is needed to establish a more reliable measurement of motor laterality, and to better understand the relationship between emotional processing and lateralization, as well as possible influencing factors.
Abstract (German)
Das Tierwohl rückt für Tierbesitzer immer mehr in den Mittelpunkt. Insbesondere Fluchttiere wie Pferde können mit lediglich subtilen äußeren Anzeichen in Stille leiden. Daher sind Tierwohlindikatoren notwendig, die einfach in ihrer Bestimmung sind, wenig Zeit benötigen und wiederholbar sind, um die Bestimmung des Tierwohls in der Praxis zu verbessern und in der Wissenschaft zu vereinfachen. Deshalb war es das Ziel dieser Arbeit, die Lateralität als potentiellen Tierwohlindikator, zu untersuchen. Pferde dienten dabei als Model-Organismen, denn sie zeigen sensorische und motorische Lateralität. Ihre sensorischen Organe sind lateral positioniert, non-invasive Stresshormonanalysen sind bereits etabliert und als sehr soziales Tier, leiden Pferde nicht selten unter den nicht angemessenen Haltungsbedingungen, die ihnen der Mensch bietet. Dies zeigt sich in unterschiedlichen Formen von Stressanzeichen und -verhalten.
STUDY 1 zeigte, dass eine Verschiebung zu einer stärkeren Präferenz der rechten Gehirnhemisphäre im Zusammenhang mit erhöhten fäkalen Stresshormonkonzentrationen geschah. Nach Veränderung der Haltungsbedingungen von Gruppenhaltung zur Boxenhaltung, die einige natürliche Bedürfnisse einschränkte, zeigte sich eine Linksverschiebung in sensorischer und motorischer Lateralität. Dabei kam es direkt nach der Veränderung der Haltungsbedingungen zu einer Linksverschiebung in der sensorischen Lateralität, während die Linksverschiebung in der motorischen Lateralität erst nach einer Woche auftrat.
STUDY 2 zeigte, dass die motorische Lateralität, gemessen als bevorzugtes Antrittsbein, mit den Cognitive Bias (Tierwohlindikator) korrelierte. Pferde, die mit dem rechten Vorderbein bevorzugt aus stehender Position starteten, näherten sich schneller einem neutralen Stimulus und zeigten damit einen positiven Cognitive Bias. Es gab keinen Zusammenhang zwischen der Weideschrittpräferenz oder der sensorischen Lateralität und dem Cognitive Bias.
STUDY 3 zeigte, dass die linken sensorischen Organe nicht nur im negativen Kontext agonistischer Interaktionen, sondern auch im positiven Kontext affiliativer Interaktionen bevorzugt wurden. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass nicht nur die Richtung der Lateralitätsverschiebung, sondern auch der Kontext, in dem eine Lateralitätsverschiebung auftrat, von Bedeutung ist.
STUDY 4 untersuchte eine neue Konservierungsmethode die das Sammeln von Kotproben zur Stresshormon- und Immunglobulin A - Analyse vereinfachen soll. Nach der Kotprobenahme ist es oft nicht möglich diese für die weitere Analyse unmittelbar einzufrieren und der Transport von gefrorenen Proben ist aufwändig. Die Studie zeigte, dass Kotproben in einem geschlossenen System (Zentrifugenröhrchen) mit Silikagel getrocknet werden können. Diese Methode sorgte für eine ebenso schnelle Trocknung innerhalb von 24 Stunden wie unter kontrollierten Bedingungen bei Raumtemperatur. Die neue und einfache Trocknungsmethode schützte Stresshormone vor dem enzymatischen Abbau und konservierte diese. Während der Trocknung zeigte hingegen Immunglobulin A eine Reduktion ihrer nachweisbaren Konzentration. Daher wird empfohlen, wenn möglich, auf die Trocknung von Kotproben zu verzichten, wenn Immunglobulin A analysiert werden soll. Ist dies nicht möglich, können die Daten extrapoliert werden.
In STUDY 5 wurde untersucht, ob die Stärke der Lateralität Aufschluss über den physiologischen und immunologischen Status eines Organismus, dessen Stressantworten, Stressreaktivität oder dem Cognitive Bias gibt. Es zeigte sich nur ein Zusammenhang zwischen dem Alter der Pferde und der Stärke der Lateralität. Mit zunehmendem Alter nahm die Stärke der Lateralität zu. Die Ergebnisse verdeutlichten, dass die Stärke der Lateralität kein zuverlässiger Tierwohlindikator ist. Die Richtung der Lateralität scheint in diesem Zusammenhang von größerer Bedeutung zu sein.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Lateralität ein vielversprechender, zuverlässiger, wiederholbarer und objektiver Tierwohlindikator sein kann, der mit weniger Zeitaufwand, kostengünstig und einfach zu beurteilen ist. Vergleichbar mit bereits etablierten Stressparametern hat auch die Lateralität als Tierwohlindikator ihre Grenzen. Daher wird empfohlen, zeitgleich andere Tierwohlindikatoren, deren Veränderungen, und die Veränderungen der Lateralität zu erheben. Denn unterschiedliche Eigenschaften und Charakterzüge verursachen eine hohe inter-individuelle Variation in den Basal Lateralitätsindizes. Es werden mögliche Einflüsse und Beziehungen zwischen emotionaler Informationsverarbeitung und zerebraler Lateralisierung diskutiert. Dennoch sind weitere Untersuchungen notwendig um zuverlässigere und standardisierte Messmethoden, insbesondere der motorischen Lateralität, zu etablieren und um den Zusammenhang zwischen emotionaler Informationsverarbeitung und Lateralität, sowie anderen möglichen Faktoren, zu verstehen.
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Notes
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Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Animal Science
Examination date
2020-06-22
Supervisor
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ISSN
ISBN
Language
English
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
Original object
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Marr2020,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6530},
author = {Marr, Isabell},
title = {Non-invasive welfare evaluations in horses : the usefulness of laterality},
year = {2020},
school = {Universität Hohenheim},
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