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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-145746
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 10 May 2010 |
| Referee: | Prof. Dr. Jürgen Heinze and Prof. Dr. Erhard Strohm |
| Date of exam: | 21 April 2010 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Zoologie/Evolutionsbiologie (Prof. Dr. Jürgen Heinze) |
| Keywords: | dominance hierarchy, selfish worker policing, queen policing, kin conflict, ant, reproductive conflict, cuticular hydrocarbons, fertility signalling, queen pheromones, worker reproduction, honest signal, Temnothorax, cost of colony productivity |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 590 Zoological sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 14574 |
Abstract (English)
Aim of this thesis was to investigate the role of kinship in the occurrence and resolution of reproductive conflicts in eusocial insect societies. Kin theory predicts different strategies on the regulation of worker reproduction in genetically heterogeneous than in homogenous societies. However, a growing number of studies do not meet predictions made by kin theory. While kinship indisputably ...
Abstract (English)
Aim of this thesis was to investigate the role of kinship in the occurrence and resolution of reproductive conflicts in eusocial insect societies. Kin theory predicts different strategies on the regulation of worker reproduction in genetically heterogeneous than in homogenous societies. However, a growing number of studies do not meet predictions made by kin theory. While kinship indisputably plays a major role in the evolution of eusocial insect societies, for organisational traits, such as sex allocation, partitioning of reproduction and conflict resolutions, for example punishment or worker reproduction (worker policing), it may be less important. Power held by each individual to enforce its own interest, informational constraints and colony-level performance may be additional factors responsible for the maintenance of social life. By using the model systems of several Temnothorax species and the parthenogenetic ant Platythyrea punctata I investigated these additional factors in the context of worker reproduction. Though predicted by kin theory workers in most Temnothorax species refrain from reproducing in the presence of the queen, but readily produce males from unfertilized eggs in orphaned colonies.
In T. unifasciatus, rank relationships exist among workers in queenright colonies. Existing hierarchies influence policing behavior when the colony loses its queen, and observed policing behaviour may often be dominance behavior independent on colony kin structure. As dominance hierarchies are likely disturbed by worker reproduction, existing rank relationships among workers and costly aggressive interactions may be important reasons for the absence of worker reproduction in the presence of a queen. In the clonal ant P. punctata in which policing and dominance behavior is not expected on relatedness grounds, policing individuals that selfishly increase their chance of becoming reproductives later themselves, are most likely the strongest and simultaneously the most fecund individual which would benefit the colony as a whole.
Cuticular Hydrocarbons, honestly signalling the state of the worker’s fertility may be an additional reason why workers do not reproduce in queenright colonies. Being recognized and effectively policed by nestmates would lower the incentive for workers to selfishly reproduce in the first place. Queen pheromones, involved in the regulation of worker reproduction may similarly be an honest signal. Workers no longer respond to signals of a queen from distantly related species but respond to queens from a sibling species, which speaks against the rapid evolution of queen pheromones expected from the queen control hypothesis.
Colonies appear to be able to raise additional male brood, therefore energy invested in dominance and policing activities due to worker reproduction may constitute the actual cost leading to lower colony performance and presumably explains why workers of most Temnothorax species refrain from reproducing.
Kinship theory, so far considered to be of great importance in the occurrence of reproductive conflict and their resolution, appears to play a minor role in the regulation of worker reproduction in ants.
Translation of the abstract (German)
Ziel dieser Dissertation ist es, die Rolle von Verwandtschaften für die Entstehung und Lösung reproduktiver Konflikte innerhalb sozialer Insektenstaaten zu untersuchen. Die Theorie der Verwandtenselektion besagt, dass in genetisch heterogenen Insektenstaaten, andere Strategien zur Regulierung reproduktiver Konflikte verfolgt werden, als in genetisch homogenen. Dem entgegen werden die Aussagen ...
Translation of the abstract (German)
Ziel dieser Dissertation ist es, die Rolle von Verwandtschaften für die Entstehung und Lösung reproduktiver Konflikte innerhalb sozialer Insektenstaaten zu untersuchen. Die Theorie der Verwandtenselektion besagt, dass in genetisch heterogenen Insektenstaaten, andere Strategien zur Regulierung reproduktiver Konflikte verfolgt werden, als in genetisch homogenen. Dem entgegen werden die Aussagen dieser Theorie in einer zunehmenden Anzahl von Studien nicht gestützt. Während Verwandtschaftsverhältnisse unbestreitbar eine wichtige Rolle in der Evolution sozialer Insektenstaaten spielen, erscheinen sie für die Organisation des Staates weniger wichtig. Die Aufzucht von weiblichen oder männlichen Geschlechtstieren, die Aufteilung der Reproduktion, und die Lösung reproduktiver Konflikte, insbesondere der Bestrafung reproduzierender Arbeiterinnen („worker policing“), scheinen unabhängig von Verwandtschaftsverhältnissen zu sein. Die Fähigkeiten einzelner Individuen ihre eigenen Interessen durchzusetzen, nicht ausreichende Informationen, und die Produktivität der Kolonie, können weitere Faktoren für die Aufrechterhaltung altruistischen Verhaltens sein. Diese Faktoren wurden anhand der Modell-Systeme, sowohl mehrerer Temnothorax Arten als auch der parthenogenetischen Ameise Platythyrea punctata, in Bezug auf Arbeiterreproduktion untersucht. Entgegen der Theorie der Verwandtenselektion, reproduzieren die Arbeiterinnen der meisten Temnothorax Arten im Beisein der Königin nicht. In Kolonien ohne Königin jedoch, produzieren Arbeiterinnen Männchen von unbefruchteten Eiern.
In Anwesenheit der Königin existieren in T. unifasciatus-Kolonien zwischen den Arbeiterinnen Rangordnungen. Nach dem Verlust der Königin beeinflussen bestehende Hierarchien das „policing“-Verhalten. Dies kann jedoch oft auch Dominanzverhalten sein, welches unabhängig von Verwandtschaftsverhältnissen auftritt. Da Dominanzhierarchien durch Arbeiterreproduktion beeinflusst werden, sind bestehende Rangverhältnissse und kostspielige aggressive Interaktionen zwischen Arbeiterinnen wahrscheinlich wichtige Gründe für die mangelnde Arbeiterreproduktion. Bei der klonalen Ameise P. punctata, kann „Policing“- und Dominanzverhalten aufgrund der Verwandtschaftsverhältnisse nicht erwartet werden. Individuen, welche ihre Chance sich später selbst reproduzieren zu können, durch „worker policing“ erhöhen, sind mit hoher Wahrscheinlichkeit gleichzeitig auch die stärksten und fruchtbarsten Individuen. Dies wiederum ist zum Nutzen der gesamten Kolonie.
Kutikulare Wasserstoffe, welche zuverlässig die Fertilität der Arbeiterinnen signalisieren, können ebenfalls Gründe sein, warum Arbeiterinnen im Beisein der Königin nicht reproduzieren. Der Anreiz zur Reproduktion, wird durch das Risiko von anderen Arbeiterinnen erkannt und dementsprechend bestraft zu werden, bereits im Voraus verringert. Pheromone der Königinnen, welche in der Regulation der Arbeiterreproduktion eine Rolle spielen, sind wahrscheinlich ebenfalls ehrliche Signale. Arbeiterinnen reagieren nicht auf Signale von Königinnen weniger verwandter Temnothorax- Arten, reagieren aber auf Signale von Königinnen einer Schwesternart. All dies spricht gegen eine rapide Evolution der Königinnenpheromone, welche unter der Annahme, dass Signale der Königinnen manipulativ sind, zu erwarten wäre.
Zugefügte, von Arbeiterinnen produzierte Brut hat keinen negativen Einfluss auf die Gesamtproduktion der Kolonie. Die durch „Policing“ - und Dominanzverhalten entstehenden Kosten, sind vermutlich eher der Grund, warum Arbeiterinnen der meisten Temnothorax Arten keine Eier legen.
Die Theorie der Verwandtenselektion, welche bislang als sehr wichtig für die Entstehung von reproduktiven Konflikten und deren Lösung angesehen wurde, scheint eine eher untergeordnete Rolle zu spielen.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 15:14
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