Reproductive interference is a common phenomenon in nature. During reproductive encounters, females and males of different species frequently engage in interspecific reproductive behaviours resulting in fitness costs for either one or both of the two individuals. Reproductive interference usually involves mistakes made by the individuals in the process of species recognition during mate choice. ...
Abstract (English)
Reproductive interference is a common phenomenon in nature. During reproductive encounters, females and males of different species frequently engage in interspecific reproductive behaviours resulting in fitness costs for either one or both of the two individuals. Reproductive interference usually involves mistakes made by the individuals in the process of species recognition during mate choice. These mistakes include, among others, the attraction of the wrong mating partner owing to signal interference, misdirected courtship owing to false male mate recognition, and interspecific copulation owing to mistakes in female mate discrimination. In insects, species recognition is largely based on chemical messengers, but may also involve acoustic or visual cues. The costs resulting from reproductive interference include the time and energy wasted in interactions with inadequate mating partners and the production of unfit or nonviable offspring. As a consequence of these costs, individuals that are able to avoid them should be favoured by natural selection. The evolution of strengthened prezygotic reproductive isolation mechanisms through natural selection is called reinforcement and includes a variety of mechanisms such as, among others, temporal or spatial divergence of mating, divergence in male reproductive behaviour, increased species discrimination and a shift in the messengers used during mate recognition.
In this thesis, I investigated the mechanisms and evolution of prezygotic reproductive isolation by reinforcement in species of the parasitoid wasp genus Nasonia (Hymenoptera, Pteromalidae). I show that the Nasonia species differ in various aspects of their reproductive behaviour and communication. The behaviour of males at the natal host patch differs profoundly among the Nasonia species and is characterised in detail in the two species N. vitripennis and N. giraulti. I further show that males of these two species use different chemical messengers to recognise conspecific mating partners. In addition, I show that females of N. longicornis, but not those of N. vitripennis, are able to adjust their mate acceptance behaviour in response to the actual presence or absence of heterospecific males. Finally, I investigated reinforcement directly by establishing artificial sympatry between the two naturally allopatric species N. longicornis and N. giraulti. I argue that species differences observed at present have likely evolved by reinforcement of prezygotic reproductive isolation in the past and discuss how divergent species characteristics likely help the species to co-exist in microsympatry in nature.
Translation of the abstract (German)
Reproduktive Interferenz ist ein häufiges Phänomen in der Natur. Weibchen und Männchen unterschiedlicher Arten interagieren dabei im Zuge der Fortpflanzung miteinander, wodurch oft erhebliche Fitnessverluste für zumindest einen der beiden Interaktionspartner entstehen. Reproduktive Interferenz entsteht meist durch Fehler in der Partnererkennung, wenn beispielsweise Individuen eines Geschlechts ...
Translation of the abstract (German)
Reproduktive Interferenz ist ein häufiges Phänomen in der Natur. Weibchen und Männchen unterschiedlicher Arten interagieren dabei im Zuge der Fortpflanzung miteinander, wodurch oft erhebliche Fitnessverluste für zumindest einen der beiden Interaktionspartner entstehen. Reproduktive Interferenz entsteht meist durch Fehler in der Partnererkennung, wenn beispielsweise Individuen eines Geschlechts von den Locksignalen des anderen Geschlechts angezogen werden, wenn Männchen irrtümlich artfremde Weibchen bebalzen, oder wenn zwei artfremde Individuen miteinander kopulieren. Arterkennung bei Insekten basiert neben akustischen und visuellen Reizen größtenteils auf chemischen Signalen. Die Kosten reproduktiver Interferenz sind neben der Verschwendung von Zeit und Energie vor allem die Produktion unfitter bzw. nicht überlebensfähiger Nachkommen. Evolutionär werden Individuen, die diese Kosten erfolgreich vermeiden durch natürliche Selektion bevorzugt. Dieser Prozess der Verstärkung präzygotischer reproduktiver Isolationsmechanismen durch natürliche Selektion wird reinforcement genannt. Mechanismen der präzygotischen Isolation sind beispielsweise eine Verschiebung von Zeit und Ort der Verpaarung, artspezifische Unterschiede im männlichen Sexualverhalten, allgemein verbesserte Fähigkeiten der Partnererkennung, oder die Nutzung artspezifischer Signale in der sexuellen Kommunikation.
In dieser Arbeit untersuche ich die Mechanismen präzygotischer reproduktiver Isolation und der Evolution dieser Mechansimen durch reinforcment in parasitischen Wespen der Gattung Nasonia (Hymenoptera, Pteromalidae). Ich zeige, dass sich Nasonia-Arten in zahlreichen Aspekten der Fortpflanzung und chemischen Kommunikation unterscheiden: Männchen der beiden Arten N. vitripennis und N. giraulti unterscheiden sich grundlegend in ihrem Verhalten am Schlupfort, das ich in dieser Arbeit erstmals im Detail charakterisiere. Im Weiteren zeige ich, dass Männchen dieser beiden Arten unterschiedliche chemische Signale zur Erkennung ihrer Paarungspartner nutzen. Ich zeige ferner, dass Weibchen der Art N. longicornis, im Gegensatz zu Weibchen der Art N. vitripennis, in der Lage sind, ihre Partnerwahl daran anzupassen, ob artfremde Männchen in der Umgebung vorhanden sind oder nicht. Schließlich untersuche ich reinforcement direkt in einem Experiment der künstlichen Sympatrie zwischen den zwei in der Natur allopatrisch vorkommenden Arten N. longicornis und N. giraulti. Ich diskutiere, wie die beobachteten Unterschiede im Fortpflanzungsverhalten der Nasonia-Arten dazu beitragen können, eine Koexistenz der Arten in Mikrosympatrie in der Natur zu ermöglichen und argumentiere, dass die heute beobachteten Unterschiede wahrscheinlich durch reinforcement in der Vergangenheit entstanden sind.
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