| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (16MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-439382
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.43938
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 3 November 2020 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Jürgen Heinze |
| Tag der Prüfung: | 25 September 2020 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Zoologie/Evolutionsbiologie (Prof. Dr. Jürgen Heinze) |
| Stichwörter / Keywords: | Social Insects, Male Competition, Ants, Cardiocondyla venustula, Population Genetics |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie) |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 43938 |
Zusammenfassung (Englisch)
The ant genus Cardiocondyla presumably comprises more than 100 species exhibiting a wide range of life-history strategies. The most striking feature is the existence of wingless, ergatoid (=worker-like) males in addition to or instead of the “standard” winged ant males. In several species, ergatoid males engage in lethal fighting to monopolize access to receptive female sexuals. Male morphology ...
Zusammenfassung (Englisch)
The ant genus Cardiocondyla presumably comprises more than 100 species exhibiting a wide range of life-history strategies. The most striking feature is the existence of wingless, ergatoid (=worker-like) males in addition to or instead of the “standard” winged ant males. In several species, ergatoid males engage in lethal fighting to monopolize access to receptive female sexuals. Male morphology and mating strategies vary largely between species, as do traits like number of queens or colony size. Unlike in most other ant genera, mating takes place predominantly in the nest. Many Cardiocondyla species mate readily in the lab and therefore offer the opportunity to study several aspects of mating behavior in detail. The genus thus represents a fascinating model for the analysis of life history evolution, particularly the evolution of male morphology and male-male competition.
Chapter 2 of this thesis reviews the current knowledge of male-male competition across ant species. The extent and nature of male competition varies with several factors, such as mating syndrome/location (male aggregation in aerial swarms vs. female calling with mating on the ground or intranidal mating) sex ratio, or number of mates per queen. While pre-copulatory competition has been studied for over a century, post-copulatory competition such as mating plugs or sperm competition in species with multiply mating queens has only come into focus in the course of the last decades. Pre-copulatory competition between ant males reaches from scramble competition in swarm-mating species to interference with other males’ matings in species that mate on the ground, to lethal fighting in species of the genera Cardiocondyla and Hypoponera with intranidal mating.
Within the genus Cardiocondyla, males of the study species of this thesis, C. venustula, revealed a competitive behavior yet undescribed for ants: wingless males spread out in the nest and defend small territories. This presumably marks a transition between males of species from tropics and the monophyletic Palearctic clade. Males of the former usually engage in often lethal fighting, while males of the latter are mutually peaceful. In Chapter 3, this peculiar behavior, which was first observed in one colony from the introduced population in Hawai’i, is described in detail. In 26 colonies from two populations in South Africa and one population from Puerto Rico, males were observed spacing out in their nests and killing freshly eclosing rivals in the surrounding brood pile, but usually only engaging briefly in fights with other adult males. This corroborated the observation from the Hawai’ian colony. Male behavior was highly variable both within and between colonies, with territorial (stationary) males defending small spaces in the nest and other males floating freely through the colony. While reproductive success could not be estimated directly, the study showed that territorial males were in contact with alate female sexuals more frequently on average. We hypothesize that the defense of small territories inside the nest is an adaptation to the seasonal production of numerous sexuals and the spread of colonies over several small subterranean chambers prohibiting males from defending a “nest-wide harem” similarly to males in other tropical Cardiocondyla species.
Chapter 4 provides insights into the population structure of C. venustula. Field observations, laboratory experiments and the genetic analysis of an intensively sampled population in Rietvlei, South Africa, suggest that C. venustula colonies are facultatively polygynous, containing one or several single-mated queens. Similar to other tropical Cardiocondyla species, colonies appear to be primarily founded by budding, but the existence of multiple mtDNA haplotypes in some of the colonies evidence that dispersing queens may occasionally be adopted into foreign nests or colonies may be founded co-operatively by more than one queen. Overall, levels of inbreeding and nestmate relatedness were extraordinarily high, indicating that most intranidal matings involve siblings. Furthermore, the peculiar behavior of C. venustula males, which defend small areas in the nest and thus are able to monopolize mating with several female sexuals, is considered to add to the high inbreeding levels. The weak isolation by distance between populations despite the apparently limited dispersal ability of queens and especially budding colonies indicate that long distance dispersal may be facilitated by human activity. Small colony fragments transported with soil, for example in potted plants, are thus able to colonize new habitats. This ability has also led to the spread of C. venustula to formerly uninhabited regions of the tropics and subtropics as a tramp ant.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Ameisengattung Cardiocondyla umfasst vermutlich mehr als 100 Arten mit einer großen Spannbreite an Lebenszyklusstrategien. Ihre auffälligste Eigenschaft ist das Vorkommen flügelloser, ergatoider (arbeiterinnenähnlicher) Männchen, die alleine oder in Kombination mit geflügelten Ameisenmännchen auftreten. In einigen der Arten führen die Männchen tödliche Kämpfe, um paarungsbereite ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Ameisengattung Cardiocondyla umfasst vermutlich mehr als 100 Arten mit einer großen Spannbreite an Lebenszyklusstrategien. Ihre auffälligste Eigenschaft ist das Vorkommen flügelloser, ergatoider (arbeiterinnenähnlicher) Männchen, die alleine oder in Kombination mit geflügelten Ameisenmännchen auftreten. In einigen der Arten führen die Männchen tödliche Kämpfe, um paarungsbereite Jungköniginnen zu monopolisieren. Die Morphologie der Männchen sowie ihre Paarungsstrategien, die Zahl der Königinnen pro Kolonie oder die Koloniegröße variieren zwischen den verschiedenen Arten. Viele der Arten verpaaren sich innerhalb des Nests und lassen sich leicht im Labor vermehren, so dass verschiedene Aspekte des Paarungsverhaltens im Detail beobachtet werden können. Die Gattung ist daher ein faszinierendes Forschungsobjekt für die Untersuchung von Lebenszyklusstrategien, insbesondere der Evolution der Morphologie von Männchen sowie ihres Konkurrenzverhaltens.
In Kapitel 2 wird ein Überblick über den aktuellen Kenntnisstand zu Konkurrenz zwischen Ameisenmännchen gegeben. Ausmaß und die Ausprägung der Konkurrenz variieren in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie der Strategie bzw. dem Ort der Paarung, dem Geschlechterverhältnis oder Einfach- oder Mehrfachverpaarung der Königinnen. Konkurrenzverhalten vor der Verpaarung ist bereits seit längerem Gegenstand der Forschung, während Männchenkonkurrenz nach der Verpaarung (wie z.B. Spermienkonkurrenz) erst in den letzten Jahrzehnten in den Fokus gerückt ist. Die einfachste Form der Männchenkonkurrenz wird bei Arten angetroffen, die zur Paarung große Schwärme bilden: hier kommt es im Gerangel vieler Männchen um die begrenzte Anzahl Jungköniginnen auf allgemeine Robustheit an, ohne dass direkte Konkurrenzkämpfe entstehen. Bei Arten, bei denen Jungköniginnen Männchen anlocken und die Paarung bodennah erfolgt, können Ameisenmännchen sich gegenseitig bei der Paarung behindern. Die offensichtlichste Form des Konkurrenzverhaltens wurde bei Männchen der Gattungen Hypoponera und Cardicondyla beobachtet, die ihre Rivalen in Kämpfen töten.
Innerhalb der Gattung Cardicondyla wurde für die Art C. venustula, die Gegenstand dieser Arbeit ist, ein Verhalten beschrieben, das für Ameisen bisher unbekannt war: die Männchen verteidigen kleine Territorien innerhalb des Nests. Dieses Verhalten könnte einen Übergang zwischen den Männchen der tropischen und palearktischen Cardicondyla-Arten darstellen: während die ersteren tödliche Kämpfe ausfechten, koexistieren die letzteren friedlich innerhalb des Nests. Kapitel 3 behandelt dieses außergewöhnliche Verhalten detailliert. In 26 experimentellen Kolonien wurde beobachtet, dass sich die Männchen auf die einzelnen Kammern des Nests verteilen und dort zwar frisch geschlüpfte Männchen töten, mit anderen adulten Männchen aber überwiegend nur kurze aggressive Interaktionen zeigen. Das Verhalten der Männchen variierte sowohl innerhalb einer Kolonie als auch zwischen verschiedenen Kolonien. Territoriale Männchen hatten häufiger Kontakt zu Jungköniginnen und somit höhere Paarungschancen. Es ist anzunehmen, dass die Verteidigung kleiner Bereiche des Nests eine Anpassung an die saisonale Produktion großer Zahlen an Jungköniginnen und Männchen sowie die Neststruktur mit vielen kleinen Kammern ist. Diese Faktoren verhindern, dass die Männchen das ganze Nest gegen Rivalen verteidigen können.
Kapitel 4 gibt einen Einblick in die Populationsgenetik der Art C. venustula. Aus Freilandbeobachtungen, Laborstudien und genetischen Analysen an einer detailliert erfassten Population in Rietvlei, Südafrika, lässt sich schließen, dass die Art monandrisch und fakultativ polygyn ist, die Kolonien also eine oder mehrere einfach verpaarte Königinnen enthalten. Wie andere tropische Cardiocondyla-Arten scheinen neue Kolonien auch bei C. venustula vor allem durch Teilung bestehender Kolonien zu entstehen. Das Vorkommen mehrerer mtDNA-Haplotypen innerhalb einer Kolonie weist jedoch darauf hin, dass vereinzelt Jungköniginnen in fremde Kolonien aufgenommen werden oder unverwandte Königinnen gemeinsam Kolonien gründen. Insgesamt wurden starke Inzucht und ein hoher Verwandtschaftsgrad der Individuen einer Kolonie ermittelt. Dies deutet darauf hin, dass Paarungen vorwiegend unter Geschwistern erfolgen. Zudem kann auch das Verhalten der Männchen, die kleine Bereiche des Nests gegen Rivalen verteidigen und sich so mit vielen Jungköniginnen verpaaren, zu den hohen Inzuchtkoeffizienten beitragen. Die Korrelation der genetischen und der geographischen Distanzen der Populationen war trotz der nur geringen Ausbreitungsfähigkeiten, insbesondere bei der Teilung von Kolonien, gering. Eine Erklärung hierfür ist eine Ausbreitung durch den Menschen. Kleine Koloniefragmente, die z.B. mit Erde transportiert werden, können neue, weit entfernte Habitate besiedeln. Diese Fähigkeit hat auch dazu geführt, dass C. venustula sich in weiten Teilen der Tropen und Subtropen ausbreiten konnte.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 15:59
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