The influence of sexual selection constantly shapes individuals’ reproductive strategies. Commonly, in the animal kingdom, reproduction is the concern of sexual organisms with compatible sexual apparatus, males and females. The surprising reproduction strategy of the ant Cardiocondyla elegans shows a rare case of third-party involvement by the sterile worker, which, in the long-term, might have a ...
Abstract (English)
The influence of sexual selection constantly shapes individuals’ reproductive strategies. Commonly, in the animal kingdom, reproduction is the concern of sexual organisms with compatible sexual apparatus, males and females. The surprising reproduction strategy of the ant Cardiocondyla elegans shows a rare case of third-party involvement by the sterile worker, which, in the long-term, might have a decisive influence on the colony fitness. Such third-party involvement in reproduction has only been shown in humans. However, few cases in the literature have reported non-sexual individuals influencing reproduction, in the insect class. Using behavioural and genetic analysis, our study aims to investigate how such influence on reproduction affects the fitness of a monogynous and polyandrous ant species. Workers of C. elegans have, indeed, been observed carrying the winged future queens (gynes) on their back, from what we know now to be their natal nest to another foreign colony, where they can mate with unrelated males. Our study shows the benefits of such gyne dispersion via the calculated 30% of outbreeding found in the species both in 2007 and 2021. Behavioural analysis revealed that specialised workers select particular colonies over others as recipients for the carried gynes. However, to this day, we remain unable to reveal the reason nor mechanism of such nest selection. Genetical analysis showed the possibility that transported gynes (alien gynes) be selected by unrelated workers for additional carrying during the reproduction season. After which, alien gynes are shown in our study to hibernate in the receiving nest, during the winter, before dispersing by foot prior to the next reproduction season. As a polyandric species, future queens of C. elegans can mate with multiple males during the reproduction period. Our study confirms the estimated number of males mated with a queen (patrilines) found in 2007, in a different population, and the possibility for queens to produce workers after mating without the need for unrelated genetic material. Finally, we revealed the possible existence of an optimal number of patrilines over which the colony foundation of Cardiocondyla elegans’ queens can be negatively impacted.
Translation of the abstract (German)
Der Einfluss der sexuellen Selektion prägt ständig die Fortpflanzungsstrategien der Individuen. Im Tierreich ist die Fortpflanzung in der Regel Sache sexueller Organismen mit kompatiblem Sexualapparat, also Männchen und Weibchen. Die überraschende Fortpflanzungsstrategie der Ameise Cardiocondyla elegans zeigt einen seltenen Fall der Beteiligung Dritter durch die sterile Arbeiterin, die ...
Translation of the abstract (German)
Der Einfluss der sexuellen Selektion prägt ständig die Fortpflanzungsstrategien der Individuen. Im Tierreich ist die Fortpflanzung in der Regel Sache sexueller Organismen mit kompatiblem Sexualapparat, also Männchen und Weibchen. Die überraschende Fortpflanzungsstrategie der Ameise Cardiocondyla elegans zeigt einen seltenen Fall der Beteiligung Dritter durch die sterile Arbeiterin, die langfristig einen entscheidenden Einfluss auf die Fitness der Kolonie haben könnte. Eine solche Beteiligung Dritter an der Fortpflanzung wurde bisher nur beim Menschen nachgewiesen. In der Literatur gibt es jedoch nur wenige Fälle, in denen nichtgeschlechtliche Individuen die Fortpflanzung in der Insektenklasse beeinflussen. Mit Hilfe von Verhaltens- und Genanalysen soll in unserer Studie untersucht werden, wie sich ein solcher Einfluss auf die Fortpflanzung auf die Fitness einer monogynen und polyandrischen Ameisenart auswirkt. In der Tat wurden Arbeiterinnen von C. elegans dabei beobachtet, wie sie die geflügelten zukünftigen Königinnen (gynes) auf ihrem Rücken von ihrem Geburtsnest zu einer anderen Kolonie trugen, wo sie sich mit nicht verwandten Männchen paaren konnten. Unsere Studie zeigt die Vorteile einer solchen Gynenausbreitung anhand der berechneten 30 % Ausbrüche, die bei dieser Art sowohl 2007 als auch 2021 festgestellt wurden. Die Verhaltensanalyse ergab, dass spezialisierte Arbeiterinnen bestimmte Kolonien als Empfänger für die verschleppten Gynen auswählen und nicht andere. Bis heute konnten wir jedoch weder den Grund noch den Mechanismus einer solchen Nestauswahl aufdecken. Genetische Analysen zeigten die Möglichkeit, dass transportierte Gynesien (fremde Gynesien) von nicht verwandten Arbeiterinnen während der Fortpflanzungssaison für die zusätzliche Aufnahme ausgewählt werden. In unserer Studie wurde gezeigt, dass die fremden Gynäen in dem aufnehmenden Nest überwintern, bevor sie sich vor der nächsten Fortpflanzungssaison zu Fuß ausbreiten. Da es sich bei C. elegans um eine polyandrische Art handelt, können sich künftige Königinnen während der Fortpflanzungsperiode mit mehreren Männchen paaren. Unsere Studie bestätigt die geschätzte Anzahl der mit einer Königin gepaarten Männchen (Patrilinen), die 2007 in einer anderen Population festgestellt wurde, sowie die Möglichkeit, dass Königinnen nach der Paarung Arbeiterinnen hervorbringen können, ohne dass dafür unverwandtes genetisches Material benötigt wird. Schließlich haben wir gezeigt, dass es möglicherweise eine optimale Anzahl von Patrilinen gibt, bei deren Überschreitung die Koloniegründung der Königinnen von Cardiocondyla elegans negativ beeinflusst werden kann.
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