Weiss, Ingmar
(2016)
Chemical communication in the genus Leptopilina (Hymenoptera: Figitidae), a parasitoid of Drosophila.
PhD, Universität Regensburg.
Date of publication of this fulltext: 13 Jun 2016 13:01
Abstract (English)
Animal communication systems employ a variety of different modalities, including visual, acoustic, electrical, and chemical stimuli. In insects, the use of chemicals for information transfer, the so-called semiochemicals, is a common phenomenon.
In this doctoral thesis, I investigate the chemical communication of the genus Leptopilina, a genus of solitary parasitoids of Drosophila. I mainly ...
Abstract (English)
Animal communication systems employ a variety of different modalities, including visual, acoustic, electrical, and chemical stimuli. In insects, the use of chemicals for information transfer, the so-called semiochemicals, is a common phenomenon.
In this doctoral thesis, I investigate the chemical communication of the genus Leptopilina, a genus of solitary parasitoids of Drosophila. I mainly study the sexual communication of the closely related species L. heterotoma, L. boulardi, and L. victoriae, with particular emphasis on mate attraction, mate recognition, and receptiveness elicitation.
In chapter 2, I identify the female mate attraction pheromone of L. heterotoma. The pheromone is composed of several iridoids; its main component is (-)-iridomyrmecin, which is also shown to mediate competition avoidance in host-searching females. Because (-)-iridomyrmecin has previously been identified as defensive compound of L. heterotoma, an evolutionary route can be hypothesised, leading from the defensive function to competition avoidance and mate attraction pheromone accompanied by an increase in specificity and complexity of the semiochemical blend.
In chapter 3, I investigate the mating frequency and post-mating attractiveness of L. heterotoma females. Previous studies by different authors mentioned that females are monandrous and lose their attractiveness after mating. These reports, however, rely on incidental observations rather than dedicated experiments. I show, through a series of mating trials that L. heterotoma females are indeed monandrous, but do not lose their attractiveness. The found monandry implies the need for species-specific mate recognition in L. heterotoma, and the post-mating attractiveness is interpreted as a side effect of the parsimonous use of iridoids in L. heterotoma.
In chapter 4, I study the species specificity and chemical diversity of the female mate recognition pheromones of L. heterotoma, L. boulardi, and L. victoriae. Mating trials with conspecific and heterospecific females show that mate recognition is highly species specific in the three species. I then continue to investigate the chemical composition of the female mate recognition pheromones. In L. heterotoma, mate recognition is mediated by iridoids alone, whereas in L. victoriae, cuticular hydrocarbons are of major importance. The picture is yet different in L. boulardi: iridoids and cuticular hydrocarbons are equally important in mate recognition. The chemical diversity of the mate recognition pheromone very likely ensures its species specificity.
In chapter 5, I show the species specificity of the putative male antennal aphrodisiac pheromones in L. heterotoma, L. boulardi, and L. victoriae. For this, I devise a setup, in which the odour profile of heterospecific females is manipulated, so that the females are recognized as conspecifics by males. Males readily court heterospecifics in this setup, but can elicit receptiveness only in conspecific females. The identity of the putative aphrodisiac pheromones is not investigated, but the setup can likely be used to test candidate compounds for their behavioural activity.
The results presented in this thesis provide new insights into the evolution of chemical communication in Leptopilina. The suggested evolutionary route from defensive compound to mate attraction pheromone in L. heterotoma strongly supports the hypothesis that communicative functions can evolve for non-communicative compounds---and that thus the composition of chemical signals may be partially predestined by an inventory of non-communicative compounds. A similar inventory of such non-communicative compounds, however, does not necessarily lead to the same pheromone composition. In the investigated Leptopilina species, the female mate recognition pheromones differ greatly between the species. This supports the hypothesis that signals under strong stabilizing selection can evolve through saltational shifts, thus allowing rather drastic changes despite strong stabilisation.
Building upon the new insights presented here, the chemical communication of more Leptopilina species should now be investigated to further advance our understanding of the evolution of chemical communication.
Translation of the abstract (German)
Tiere kommunizieren über eine Vielzahl verschiedener Modalitäten, unter anderem bedienen sie sich visueller, akustischer, elekrischer und chemischer Reize. Insekten verwenden häufig chemische Verbindungen, sogenannte Semiochemikalien, zum Übertragen von Informationen.
In dieser Doktorarbeit untersuche ich die chemische Kommunikation der Gattung Leptopilina, einer Gattung von Larvalparasitoiden ...
Translation of the abstract (German)
Tiere kommunizieren über eine Vielzahl verschiedener Modalitäten, unter anderem bedienen sie sich visueller, akustischer, elekrischer und chemischer Reize. Insekten verwenden häufig chemische Verbindungen, sogenannte Semiochemikalien, zum Übertragen von Informationen.
In dieser Doktorarbeit untersuche ich die chemische Kommunikation der Gattung Leptopilina, einer Gattung von Larvalparasitoiden von Drosophila. Ich studiere hauptsächlich die sexuelle Kommunikation der drei nahe verwandten Arten L. heterotoma, L. boulardi und L. victoriae. Besonderes Gewicht lege ich dabei auf die Partnerfindung, die Partnererkennung und das Auslösen der Paarungsbereitschaft.
In Kapitel 2 identifiziere ich das für das Anlocken von Männchen verantwortliche Sexualpheromon der Weibchen von L. heterotoma. Das Pheromon besteht aus mehreren Iridoiden. Die Hauptkomponente ist (-)-Iridomyrmecin, das zusätzlich Konkurrenzvermeidung in wirtssuchenden Weibchen vermittelt. Da (-)-Iridomyrmecin bereits als Verteidigungssubstanz von L. heterotoma identifziert wurde, kann die evolutionäre Entwicklung des Sexualpheromons nachvollzogen werden.
In Kapitel 3 untersuche ich, wie häufig L.-heterotoma-Weibchen sich paaren und ob die Weibchen nach der Paarung an Attraktivität verlieren. Frühere Arbeiten erwähnen, dass Weibchen monandrisch wären und ihre Attraktivität nach der Paarung verlören. Diese Aussagen stützen sich jedoch nur auf beiläufige Beobachtungen, nicht auf dedizierte Experimente. Ich zeige, dass L.-heterotoma-Weibchen zwar in der Tat monandrisch sind, jedoch auch nach der Paarung noch attraktiv bleiben.
In Kapitel 4 studiere ich die Artspezifität und chemische Diversität des weiblichen Partnererkennungspheromons von L. heterotoma, L. boulardi und L. victoriae. Paarungsversuche mit kon- und heterospezifischen Weibchen zeigen, dass die Partnererkennung hochgradig artspezifisch ist. In L. heterotoma wird die Partnererkennung durch Iridoide vermittelt, in L. victoriae hauptsächlich durch kutikuläre Kohlenwasserstoffe und in L. boulardi gleichermaßen durch Iridoide und kutikuläre Kohlenwasserstoffe. Die chemische Diversität der Partnererkennungspheromone führt vermutlich zur beschriebenen Spezifität.
In Kapitel 5 weise ich die Artspezifität des männlichen antennalen Aphrodisiakpheromons von L. heterotoma, L. boulardi und L. victoriae nach. Dafür entwickle ich einen Versuchsaufbau, in dem ich das Geruchsprofil heterospezifischer Weibchen so manipuliere, dass diese von Männchen als konspezifisch wahrgenommen werden. Das Pheromon selbst wird von mir nicht untersucht, aber der Versuchsaufbau erscheint geeignet, Kandidatensubstanzen auf ihre Bioaktivität hin zu testen.
Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse gewähren neue Einblicke in die Evolution der chemischen Kommunikation in Leptopilina. Der vorgeschlagene Verlauf der Evolution des Sexualpheromons in L. hterotoma unterstützt die Hypothese, dass nicht-kommunikative Substanzen kommunikative Funktionen hinzugewinnen können, und dass die Zusammensetzung chemischer Signale wenigstens teilweise von bereits vorhandenen, nicht-kommunikativen Verbindungen vorgegeben wird. Ein ähnliches Inventar solcher Verbindungen muss in verschiedenen Arten aber nicht zur gleichen Pheromonzusammensetzung führen. In den untersuchten Leptopilina-Arten unterscheiden sich die Partnererkennungspheromone stark, was die Hypothese unterstützt, dass Signale, die durch Selektion eigentlich stabilisiert werden, eher durch sprunghafte als durch graduelle Änderungen evolvieren.
Aufbauend auf den präsentierten Ergebnissen sollte die chemische Kommunikation weiterer Leptopilina-Arten untersucht werden um das Verständnis der Evolution von chemischer Kommunikation weiter voranzubringen.
Export bibliographical data
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
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| Date: | 13 June 2016 |
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| Referee: | Prof. Dr. Joachim Ruther and Prof. Dr. Erhard Strohm |
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| Date of exam: | 9 June 2015 |
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| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie |
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| Keywords: | Leptopilina, chemical communication, pheromone evolution, iridoids, cuticular hydrocarbons |
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| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
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| Status: | Published |
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| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
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| Created at the University of Regensburg: | Yes |
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| Item ID: | 31906 |
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