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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-234208
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 16 October 2013 |
| Referee: | Prof. Dr. Erhard Strohm and Prof. Dr. Joachim Ruther |
| Date of exam: | 8 December 2011 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Evolutionary Ecology (Prof. Dr. Erhard Strohm) |
| Keywords: | Philanthus triangulum, European beewolf, digger wasp, sphecidae, fungi, defense, nitric oxide, NO synthase, NOS, ressource allocation, parental investment, multifacetted, path analysis |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences 500 Science > 590 Zoological sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 23420 |
Abstract (English)
as provision for its larvae. This thesis investigates the fungal threat of the beewolf offspring and describes a new gaseous defense mechanism based on the nitric oxide that is released by the nitric oxide synthase of the beewolf eggs. The spectrum of mold fungi that infest beewolf brood cell consists of genaralists that are present in the soil of the beewolf nesting sites and are neither ...
Abstract (English)
as provision for its larvae. This thesis investigates the fungal threat of the beewolf offspring and describes a new gaseous defense mechanism based on the nitric oxide that is released by the nitric oxide synthase of the beewolf eggs. The spectrum of mold fungi that infest beewolf brood cell consists of genaralists that are present in the soil of the beewolf nesting sites and are neither specialized on the beewolf, its prey nor insects at all. This general spectrum requires an unspecific defense. Nitric oxide has been shown to be effective antimicrobial agent against a wide spectrum of fungi but also bacteria. Nitric oxide is also used in the human immune system to ward off infections. The presence of nitric oxide and its origin from the nitric oxide synthase is shown in beewolf eggs. The timing in the nitric oxide release is dependent from the ambient temperature and adapted to the germination of the fungal spores in the brood cell which is also dependent of the ambient temperature. The nitric oxide defense complements the other to already described defense mechanisms. The embalming of the prey bees with a hydrocarbon layer that reduces water condensation on the bees impairs the fungal development by a physical principle. The symbiotic bacteria protect the larvae in the cocoon by a combination of several antibiotics that are effective against a wide spectrum of microorganisms. Together, the three defenses protect the beewolf offspring from oviposition until the emergence of the adults.
However, these defenses require the mother to invest a considerable amount of resources. Energy and amino acids are required for both, the body maintenance of the mother and the investment into reproduction. The hunt for the bees is already costly and there are several trade-offs between the nitric oxide release and other reproductive traits that suggest costs of this defense. Further, manipulation of the investment in the hydrocarbon treatment of the prey bees reveal that this defense is costly. As it also increases the survival probability of the offspring it is part of the parental investment of beewolf females. This represents, together with the costly hunt for the honeybees and the nitric oxide defense that also can
assumed to be costly, multifaceted parental investment. Multifaceted parental investment requires balancing the investment of the available resources to maximize fitness. The optimization is complex as the availability of resources might vary and different facets may need different resource. However, the multifaceted defense provides the advantage to adjust the defense to if some resources are not sufficient at the moment and to react to biotic and abiotic conditions with a much higher flexibility then a single defense would.
Translation of the abstract (German)
Mikroorganismen können auf einer Vielzahl an organischen Substraten wachsen. Andere Organismen, die diese oftmals nahrhaften Substrate als Futter nutzen, konkurrieren mit ihnen um diese Ressourcen. Beide Seiten haben zahlreiche Mechanismen entwickelt um einen Vorteil in diesem Konkurrenzkampf zu gewinnen. Mikroorganismen versuchen die Nahrung zu zersetzen oder durch potente Gifte dem Zugriff ...
Translation of the abstract (German)
Mikroorganismen können auf einer Vielzahl an organischen Substraten wachsen. Andere Organismen, die diese oftmals nahrhaften Substrate als Futter nutzen, konkurrieren mit ihnen um diese Ressourcen. Beide Seiten haben zahlreiche Mechanismen entwickelt um einen Vorteil in diesem Konkurrenzkampf zu gewinnen. Mikroorganismen versuchen die Nahrung zu zersetzen oder durch potente Gifte dem Zugriff anderer Organismen, im Besonderen Tieren, zu entziehen. Tiere haben sich angepasst, indem sie entweder selbst Gifte produzieren (Antibiotika) oder durch Konservierungsmethoden die z.B. den Nahrungsmitteln Wasser entziehen, das essentiell für das Wachstum von Mikroorganismen ist. Nahrung aufzubewahren ist besonders problematisch, da besonders Pilze in Boden und Streu aber, aufgrund ihrer zahlreichen, leichten Sporen, auch in Luft allgegenwärtig sind. Kontaminationen mit Pilzen sind daher fast nicht zu vermeiden. Mehrere Arten sind allerdings auf die Aufbewahrung von Nahrungsmitteln angewiesen. Diese haben Mechanismen entwickelt um dem Verderb durch Bakterien und Schimmelpilze entgegenzuwirken. Solche Anpassungen sind für Insekten, die Brutfürsorge betreiben, indem sie Futter für ihren Nachwuchs bereitstellen von besonderer Bedeutung.
Der Europäische Bienenwolf, Philanthus triangulum F., jagt Honigbienen als Vorrat für seine Larven. Diese Arbeit untersucht die Bedrohung des Bienenwolfnachwuchses durch Schimmelpilze und beschreibt einem neuen Verteidigungsmechanismus. Dieser beruht auf einem Gas, Stickstoffmonoxid, das von der Stickstoffmonoxid-Synthase der Bienenwolfeier freigesetzt wird. Das Spektrum an Schimmelpilzen, das Bienenwolfbrutzellen befällt beinhaltet Generalisten, die im Boden, in dem Bienenwölfe ihre Nester anlegen präsent sind. Diese sind weder auf die Bienenwölfe, noch ihre Beute oder Insekten im Allgemeinen spezialisiert. Dieses unspezifische Spektrum an Schimmelpilzen benötigt eine allgemeinwirksame Verteidigung auf Seiten der Bienenwölfe. Stickstoffmonoxid hat sich als wirksam gegen eine Vielzahl an Schimmelpilzen sowie Bakterien erwiesen. Stickstoffmonoxid sowie seine Freisetzung durch die Stickstoffmonoxid-Synthase in Bienenwolfeiern wird gezeigt. Der Zeitpunkt zu dem Stickstoffmonoxid freigesetzt wird ist abhängig von der Umgebungstemperatur und damit an das Auskeimen der Schimmelpilze angepasst, das ebenfalls von der Umgebungstemperatur abhängig ist. Die Verteidigung mit Stickstoffmonoxid ergänzt die anderen bereits beschriebenen Verteidigungsmechanismen. Die Behandlung der Beutebienen mit einer Schicht aus Kohlenwasserstoffen hemmt die Entwicklung der Schimmelpilze aufgrund eines physikalischen Prinzips, der Verringerung der Wasserkondensation. Die symbiotischen Bakterien schützen die Larve im Kokon durch eine Kombination verschiedener Antibiotika die gegen eine Vielzahl and Mikroorganismen wirksam ist. Zusammen sichern diese drei Mechanismen den Nachwuchs der Bienenwölfe von der Eiablage bis zum Schlupf der adulten Tiere.
Allerdings verlangen diese Verteidigungsmechanismen der Mutter eine beträchtliche Menge an Ressourcen ab. Energie sowie Aminosäuren sind für den körperlichen Erhalt der Mutter sowie die Investition in ihre Fortpflanzung nötig. Die Jagd nach Bienen kommt die Mutter bereits teuer zu stehen. Zudem gibt es mehrere Trade-offs zwischen der Verteidigung mit Stickstoffmonoxid und anderen Merkmalen der Fortpflanzung die vermuten lassen, dass diese Verteidigung ebenfalls Kosten verursacht. Manipulationen der Investitionen in die Behandlung der Beutebienen mit Kohlenwasserstoffen zeigen, dass diese für die Mutter teuer ist. Da diese Behandlung auch die Überlebenswahrscheinlichkeit der Nachkommen erhöht stellt sie einen Teil des Elterlichen Investments der Bienenwolfweibchen dar. Damit ergibt sich mit dem Jagdaufwand und der wahrscheinlich ebenfalls teuren Stickstoffmonoxid-Verteidigung mehrfache elterliche Investitionen (multifaceted parental investment). Durch diese muss die Investition der verfügbaren Ressourcen genau abgewogen werden um eine maximale Fitness zu erreichen. Dieser Prozess ist allerdings höchst komplex, da die Verfügbarkeit der Ressourcen schwankt und verschiedene Ressourcen für die einzelnen Komponenten nötig sein können. Allerding biete eine vielfältige Verteidigung auch Vorteile. Die gesamte Verteidigung kann anders ausgerichtet oder zusammengesetzt werden wenn Ressourcen für eine einzelne Komponente fehlen. Dadurch wird eine höhere Flexibilität der Verteidigung als mit nur einem Mechanismus erreicht.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 15:25
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