The effect of intensive selection for egg production on foraging related behavior and performance related hormones in laying hens

Abstract

The production performance of livestock has increased massively in recent decades. Changing performance levels through intensive selection has played a major role in this. Over the years, a limited number of high-performing lines have emerged. The high performance level of chicken laying lines can only be achieved with optimal feeding and intensive conditions. However, these laying hens are increasingly exposed to changing housing and husbandry systems including changing environmental conditions. Therefore, the aim of the present work was to investigate possible side effects of intensive selection on egg production, such as behavioral and physiological changes leading to a reduced adaptability to alternative environmental conditions. We used four different chicken laying lines: pairs of brown and white layers each with a high (BLA, WLA) and a low (L68, R11) laying performance. All experiments were done before and during the laying period. Foraging strategies and behavior related to foraging were analyzed in groups of 12 hens per pen. The foraging strategy was tested using a contrafreeloading (CFL) paradigm. CFL describes a behavior in which animals prefer food that is laborious to obtain, although it is freely available at the same time. Foraging behavior (number of hens scratching or pecking in the litter area) and the litter area parameter (number of hens in the litter area) were also observed. In addition, hens’ activity in the feeding area was measured using an antenna-transponder system, recording activity around the feeder and time in the feeding area. Because these behaviors lose importance when food is offered ad libitum, we hypothesized that high-performing lines will prefer freely available feed in the CFL and will exhibit less foraging behavior. The peptide hormone ghrelin is related to the regulation of feed intake and feeding behavior. Based on previous studies in chickens and the expected difference in nutrient requirements depending on performance level, we expected lower plasma ghrelin concentration in the high-performing lines compared to the low-performing lines. To investigate the effects of controlled environmental conditions during the intensive selection, plasma ghrelin was recorded both in cages, i.e., in a controlled and barren environment, and in a structured floor housing with 30 hens per compartment. Due to its function in growth and its relationship to ghrelin, the plasma concentration of growth hormone was also analyzed. One of the most important gonadal steroid hormones with various functions in regulating reproduction and, thus, also laying performance is the sexual hormone estradiol-17ß. Egg formation is closely related to its concentration. It was expected that lines with a high ovulation rate would have higher estradiol-17ß concentrations than lines with low performance. Estradiol-17ß was also measured in individual cages and in floor housing systems with 30 hens per compartment. A side effect of the selection on foraging-related behavior was confirmed by the results. High-performing selected hens showed less CFL and foraging behavior, were observed less often in the litter area, and showed less activity in the feeding area compared with non-selected hens. In addition, white hens exhibited more foraging behavior and were observed less frequently in the litter area compared to brown hens. Contrary to our expectations, ghrelin concentration did not differ between the four lines before and during laying period. In adult laying hens, ghrelin does not appear to be involved in the regulation of energy intake associated with laying performance. An influence of selection on plasma estradiol-17ß concentrations during the laying period was confirmed. Hens with high performance showed higher estradiol-17ß concentrations than hens with low performance. The phylogenetic origin showed no effect on the plasma concentration of estradiol-17ß. The increased concentration of estradiol-17ß may affect its further functions. The highest concentration after the laying peak indicates its involvement in calcium and bone metabolism. Especially in high-performing lines, high concentrations of estradiol-17ß have been associated with a reduction in bone strength and an increased risk of bone fractures. Hens in floor housing with more movement opportunities showed lower estradiol-17ß concentrations and, in the growth phase before the start of laying, higher ghrelin concentrations than hens in individual cages. Since this was the same in all lines, it was not an effect of intensive selection, but rather seems to be related to more movement opportunities. Foraging behavior and estradiol-17ß concentration are not used as selection traits, but both traits are associated with performance levels of laying hens. The high level of egg production and controlled environmental conditions during performance testing are associated with behaviors that allow hens to meet their higher energy requirements more efficiently. Energy conservation through reduced activity likely allows them to divert energy to reproduction, i.e., laying performance. Adaptability to husbandry systems including changing environmental conditions is lower in high-yielding selected hens than in non-selected hens. Therefore, adaptation of housing systems should be considered in intensive selection.

In den letzten Jahrzehnten ist es bei landwirtschaftlichen Nutztieren zu einer massiven Steigerung der Produktionseffizienz gekommen. Die Veränderung des genetisch bedingten Leistungsvermögens durch Selektion hat daran einen wesentlichen Anteil. Im Laufe der Jahre ist dadurch eine begrenzte Anzahl an Hochleistungspopulationen entstanden. Das hohe Leistungsvermögen bei Legelinien von Hühnern kann nur bei optimaler Fütterung und intensiver Haltung erreicht werden. Zunehmend werden diese Tiere jedoch auch in alternativen Haltungsverfahren gehalten. Diese sind mit sich ändernden Umweltbedingungen verbunden. Im Fokus dieser Arbeit steht daher die Frage, ob die Selektion auf Hochleistung unter weitgehend kontrollierten Haltungs- und Hygienebedingungen zu unerwünschten Effekten wie Veränderungen im Verhalten und in physiologischen Reaktionsmechanismen sowie zu einer geringeren Anpassungsfähigkeit geführt hat. Bei den Versuchstieren handelte es sich um zwei phylogenetisch divergente Gruppen (Weißleger, Braunleger) mit jeweils einer auf hohe Leistung selektierten Linie (BLA, WLA) und einer Kontrolllinie mit geringer Leistung (L68, R11). Die Untersuchungen wurden vor Beginn der Legetätigkeit, sowie über den Verlauf der Legeperiode durchgeführt. In Gruppen von 12 Hennen wurden Unterschiede im Nahrungsaufnahmeverhalten untersucht. Hierfür wurden Merkmale wie das sogenannte Contrafreeloading (eine Verhaltensweise, bei dem die Tiere bereit sind, auf Nahrungssuche zu gehen, obwohl auch Nahrung frei verfügbar ist), das Nahrungssuchverhalten und die Anzahl der Tiere in der Einstreu erfasst. Zudem erfolgte eine automatische Erfassung der Aufenthaltsdauer und der Aktivität im Bereich des Futtertrogs. Da diese Verhaltensweisen bei stets ausreichender Versorgung mit Futter stark an Bedeutung verlieren, war ein Rückgang der mit Nahrungssuche verbundenen Verhaltensweisen bei auf Hochleistung selektierten Tieren zu erwarten. Im Zusammenhang mit der Regulation der Nahrungsaufnahme steht das Peptidhormon Ghrelin. Aufgrund bisheriger Studien mit Hühnern wurde bei Hennen mit einem leistungsbedingten höheren Energiebedarf eine geringere Ghrelin Konzentration im Blutplasma erwartet. Zur näheren Untersuchung der Anpassungsfähigkeit der Linien erfolgte die Erfassung der Plasma Ghrelin Konzentration sowohl in Einzelkäfigen, d.h. in einer kontrollierten, reizarmen Umwelt, als auch in strukturierter Bodenhaltung, d.h. einer reizangereicherten Umwelt mit mehr Bewegungsfreiheit. Ghrelin steht in engem Zusammenhang mit dem Wachstumshormon (GH). Für eine eindeutige Interpretation der Daten erfolgte daher bei allen Tieren zusätzlich die Bestimmung der Plasma GH Konzentration. Eine wichtige Rolle in der Regulation der Reproduktion beim Wirbeltier, und somit auch der Legeleistung, spielt das Sexualhormon Estradiol-17ß. Bei Hennen mit einer höheren Legeleistung ist demnach eine erhöhte Plasma Estradiol-17ß Konzentration zu erwarten. Die Untersuchungen der Plasma Estradiol-17ß Konzentrationen wurden ebenfalls in Einzelkäfigen und in Bodenhaltung durchgeführt. Legehennen die auf Hochleistung selektiert waren, zeigten weniger Verhalten, das im Zusammenhang mit der Nahrungssuche steht, als Hennen mit einem geringeren Leistungsniveau. Zudem war die Nahrungssuche bei den weißen Hennen, unabhängig von ihrer Legeleistung, stärker ausgeprägt als bei den braunen Hennen. Anders als erwartet, zeigten sich keine Unterschiede in der Ghrelin Konzentration zwischen den vier untersuchten Linien. Die Ghrelin Konzentration scheint bei adulten Legehennen nicht an der Regulation der Nahrungsaufnahme im Zusammenhang mit der Legeleistung beteiligt zu sein. Bestätigt werden konnten die zu erwartenden Effekte der Selektion auf die Plasma Estradiol-17ß Konzentration. Hennen mit einem höheren Leistungsniveau zeigten höhere Estradiol-17ß Konzentrationen. Einen Einfluss der Phylogenie auf die Estradiol-17ß Konzentration war nicht zu sehen. Durch die erhöhte Estradiol-17ß Konzentration können auch weitere Funktionen des Estradiol-17ß wie die Beteiligung am Calcium- und Knochenmetabolismus beeinflusst werden. Das wird vor allem durch den beobachteten Anstieg der Estradiol-17ß Konzentration nach dem Erreichen des Maximums in der Legeleistung deutlich. Vor allem bei Hochleistungshennen werden erhöhte Estradiol-17ß Konzentrationen im Zusammenhang mit einer geringeren Bruchfestigkeit der Röhrenknochen und einem erhöhten Risiko für Knochenbrüche diskutiert. Die Haltung der Hennen in Bodenhaltungssystemen mit höherer Bewegungsfreiheit führte zu geringeren Estradiol-17ß Konzentrationen und im jugendlichen Studium zu höheren Ghrelin Konzentrationen im Blutplasma. Da dies bei allen Linien gleichermaßen zu sehen war, ist dies nicht auf die Selektion, sondern auf die erhöhte Bewegungsfreiheit der Tiere in Bodenhaltung zurückzuführen. Merkmale wie das Futtersuchverhalten und die Estradiol-17ß Konzentration werden nicht direkt als Selektionsmerkmal genutzt, stehen aber dennoch im engen Zusammenhang mit dem Leistungsniveau der Legehennen. Die hohe Leistung der Tiere sowie die kontrollierten Haltungsbedingungen während der Selektion haben zu einem energiesparenden Nahrungsaufnahmeverhalten der Tiere bzw. zu einem Rückgang des Nahrungssuchverhaltens geführt. Die Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Umweltbedingungen, ist bei auf Hochleistung selektierten Hennen geringer als bei unselektierten Hennen. Eine entsprechende Anpassung der Haltungssysteme sollte demnach bei der Selektion auf Legeleistung berücksichtigt werden.