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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-133847
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.13384
Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
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Open Access Art: | Primärpublikation |
Datum: | 10 September 2010 |
Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Jürgen Heinze |
Tag der Prüfung: | 4 September 2009 |
Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Zoologie/Evolutionsbiologie (Prof. Dr. Jürgen Heinze) |
Themenverbund: | Nicht ausgewählt |
Stichwörter / Keywords: | Ameise, Paarung, Sexuelle Selektion, Kutikuläre Kohlenwasserstoffe, Reproduktionsbiologie, akzessorische Drüsen, Spermientransfer, ant, mating, sexual selection, cuticular hydrocarbons, reproductive biology, accessory gland, sperm transfer |
Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie |
Status: | Veröffentlicht |
Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
Dokumenten-ID: | 13384 |
Zusammenfassung (Englisch)
L. gredleri is an ant species that is mating by female calling. Virgin queens attract males with a droplet of a sexual pheromone in the vicinity of their maternal nest. Both sexes are expected to be choosy because females store the semen in their spermatheca throughout their whole lives and do not remate after this initial mating period. Males are short-lived and survive only as sperm in the ...
Zusammenfassung (Englisch)
L. gredleri is an ant species that is mating by female calling. Virgin queens attract males with a droplet of a sexual pheromone in the vicinity of their maternal nest. Both sexes are expected to be choosy because females store the semen in their spermatheca throughout their whole lives and do not remate after this initial mating period. Males are short-lived and survive only as sperm in the spermathecae of queens. Furthermore, males possess only a fixed amount of sperm, since their testes degenerate by the time they reach sexual maturity. Mating is therefore an important event that results in a lifetime investment for both sexes. Haplodiploidy and complementary single-locus sex allocation bears the risk of producing sterile diploid males, especially with sib-mating. After the mating, queens have to found a new colony or they may return into their maternal nest, where they might have the possibility to inherit the colony. In any case, queens generally have to invest first into the production of workers and produce sexual offspring only later. This constellation restricts the possibilities for the evolution of sexual conflict and antagonistic coevolution. Males should avoid harming their mates, because this has a direct negative impact on their own reproductive success. Thus, rapidly evolving accessory gland proteins, as observed in Drosophila, are not expected for L. gredleri.
The studies showed that males, workers and virgin queens have a distinct cuticular hydrocarbon pattern. Like workers, males show additionally a colony specific pattern which could be used by queens to avoid mating with nestmates. Although mating experiments showed that mating occurred significantly more often between foreign individuals than between nestmates, discrimination was only weak and mating between nestmates was not a rare event.
After the mating, queens change their cuticular hydrocarbon pattern within only 30 min. This might explain why additional mating of queens was mainly observed only few minutes after their first copulation. The change of the hydrocarbon pattern was not caused by males marking females during copulation, since it was not detectable directly after the mating but is produced by the queens afterwards. The pattern shifted towards a lower relative amount of alkenes and branched alkanes and a higher relative amount of linear alkanes. This could help queens to be less conspicuous for males and also for nestmates when re-adoption into their maternal nests occurs. Males could discriminate in this way against already mated queens to invest more efficiently their sperm in virgins.
During copulation, sperm is transferred with a gelatinous substance that might serve as spermatophore. The ejaculate is placed into the bursa copulatrix with the sperm cells in the tip of the spermatophore at the entrance of the spermathecal duct. Sperm cells have to migrate into the spermatheca which takes approximately 3 hours, because at the end of the spermathecal duct a very narrow constriction restricts the amount of sperm that passes. The sperm cells therefore have to pass this section virtually one by one. Whether this enables the queens to exert cryptic female choice and whether the spermatophore also serves as mating plug for males are questions for subsequent studies.
Two-dimensional SDS page investigations of the variability of accessory gland protein patterns in L. gredleri revealed that accessory gland proteins are rather conserved compared to thorax protein pattern variability. Also when compared to some few samples of closely related ant species, only marginal differences could be observed between the accessory gland protein patterns. Accessory gland proteins seem to be rather conserved, contrary to observations of Drosophila, where antagonistic coevolution might be the reason for rapid evolutionary change and a resulting high variability.
A representational difference analysis (RDA) of the gene expression in male accessory glands of L. gredleri resulted in 20 unique sequences (US). Searches in nr databases revealed that nine of these sequences did not significantly match to any known sequences of another species. Whether these represent rapidly evolving genes has to be checked. However, one sequence was already recorded to be differentially expressed in Drosophila females after mating. This sequence was annotated also in the context of immune defence and is therefore expected to be a conserved gene and crucial for insect reproduction.
Altogether, the results of this thesis provide further support for the notion that sexual selection in L. gredleri ants might be dominated rather by sexual cooperation than sexual conflict. However, research on sexual selection in ants is still in its infancy. Although sexual conflict was not discovered in this work on L. gredleri, a final proof for sexual cooperation requires also further verification.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Ameisenart L. gredleri verpaart sich durch "Locksterzeln". Dabei locken Jungköniginnen die Männchen durch ein Sexualpheromon an. Von beiden Geschlechtern wird erwartet, wählerisch zu sein. Nach einer einzigen Paarungsperiode zum Beginn ihres Lebens speichern Weibchen die Spermien lebenslang in ihrer Spermathek. Männchen sind kurzlebig und überdauern die Paarungszeit nur als Sperma in der ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Ameisenart L. gredleri verpaart sich durch "Locksterzeln". Dabei locken Jungköniginnen die Männchen durch ein Sexualpheromon an. Von beiden Geschlechtern wird erwartet, wählerisch zu sein. Nach einer einzigen Paarungsperiode zum Beginn ihres Lebens speichern Weibchen die Spermien lebenslang in ihrer Spermathek. Männchen sind kurzlebig und überdauern die Paarungszeit nur als Sperma in der Spermathek der Königinnen. Des Weiteren besitzen Männchen eine begrenzte Anzahl Spermien, da ihre Hoden degenerieren, sobald sie ihre sexuelle Reife erlangen. Die Paarung ist somit ein wichtiges Ereignis für beide Geschlechter, das einer Lebensinvestition gleichkommt. Haplodiplodie und die Geschlechtsbestimmung durch komplementäre Allele eines einzigen Genortes bergen die Gefahr, sterile diploide Männchen zu produzieren, v.a. bei Geschwisterpaarung. Nach der Paarung müssen die Königinnen eine Kolonie gründen oder in ihr mütterliches Nest zurückkehren, um dort ggf. die Kolonie zu erben. Auf jeden Fall müssen Königinnen erst in die Produktion von Arbeiterinnen investieren, bevor sie Geschlechtstiere produzieren. Dies beschränkt die Entstehung von sexuellem Konflikt und antagonistischer Koevolution. Männchen sollten vermeiden ihre Partnerinnen zu schädigen, da dies einen direkten negativen Einfluss auf ihren eigenen reproduktiven Erfolg hätte. Deshalb wird nicht erwartet, bei L. gredleri, entsprechend Drosophila, schnell evolvierende akzessorische Drüsenproteine vorzufinden.
Die Ergebnisse zeigen, dass Männchen, Arbeiterinnen und Jungköniginnen unterscheidbare kutikuläre Kohlenwasserstoffmuster besitzen. Bei allen Tieren findet man zusätzlich einen Koloniegeruch, der genutzt werde könnte, um sich nicht mit Nestgenossen zu paaren. Obwohl Verpaarungsexperimente eine signifikant höhere Anzahl an Fremdpaarungen nachwiesen, war die Diskriminierung sehr gering und die Verpaarung unter Nestgenossen kein seltenes Ereignis.
Nach der Verpaarung ändern Königinnen ihr kutikuläres Kohlenwasserstoffmuster innerhalb von nur 30 Minuten. Dies könnte erklären, warum eine erneute Verpaarung der Königinnen v.a. in den ersten Minuten nach der ersten Kopulation stattfand. Die Veränderung wurde nicht durch eine Markierung durch die Männchen bei der Verpaarung hervorgerufen, da direkt nach der Paarung noch nichts nachweisbar war. Die Königinnen selbst verursachten daher die Veränderung erst später. Das Muster veränderte sich hin zu einem geringeren relativen Anteil an Alkenen und verzweigten Alkanen und einem höheren relativen Anteil an linearen Alkanen. Königinnen könnten dadurch weniger auffällig für Männchen werden und auch bei der Wiederaufnahme ins mütterliche Nest besser getarnt sein. Männchen könnten die verpaarten Königinnen meiden und besser in jungfräuliche Partnerinnen investieren.
Das Sperma wird mit einer schleimartigen Substanz übertragen, die als Spermatophore dienen könnte. Das Ejakulat wird in die Bursa copulatrix platziert, wobei die Spermien in der Spitze der Spermatophore am Eingang des Spermathekengangs zum liegen kommen. Die Spermazellen müssen in die Spermathek einwandern, was in etwa drei Stunden dauert, da das Ende des Spermathekenganges eine sehr schmale Verengung aufweist und dies den Spermiendurchlauf begrenzt. Ob dies die Königinnen befähigt, kyptische Weibchenwahl auszuüben und ob die Spermatophore als Paarungspfropfen dient, sind Fragen für weitere Untersuchungen.
2D SDS Gel-Untersuchungen der Variabilität der akzessorischen Drüsenproteinmuster von L. gredleri ergaben, dass diese stärker konserviert sind als Thoraxproteinmuster. Auch im Vergleich mit einigen Proben nah verwandter Arten konnten nur geringfügige Unterschiede festgestellt werden. Die akzessorischen Drüsenproteine sind eher konserviert als bei Drosophila, wo antagonistische Koevolution der Grund für schnelle evolutive Veränderungen und hohe Variabilität sein könnte.
Eine Untersuchung repräsentativer Unterschiede in der Genexpression in männlichen akzessorischen Drüsen von L. gredleri produzierte 20 einzigartige Sequenzen. Die Suche in nr Datenbanken ergab, dass neun Sequenzen keine signifikante Analogie zu bekannten Sequenzen anderer Arten aufwiesen. Bei einer anderen Sequenz wurde dagegen zuvor beobachtet, dass sie stärker in frisch verpaarten Drosophila-Weibchen exprimiert wurde. Diese Sequenz wurde auch im Zusammenhang mit der Immunabwehr festgestellt und ist daher wahrscheinlich ein konserviertes Gen, welches für die Vermehrung bei Insekten wesentlich ist.
Zusammenfassend liefert dieser Arbeit weitere Unterstützung für die Annahme, dass sexuelle Selektion in L. gredleri Ameisen durch sexuelle Kooperation und weniger durch sexuellen Konflikt dominiert sein könnte. Jedoch steckt die Untersuchung von sexueller Selektion bei Ameisen noch in den Kinderschuhen. Obwohl sexueller Konflikt in dieser Arbeit über L. gredleri nicht nachgewiesen werden konnte, müssen für einen zwingenden Nachweis für sexuelle Kooperation auch noch weitere Bestätigungen erbracht werden.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 10:02