TY  - THES
A1  - Ratzka, Carolin
T1  - Immune responses of the ant Camponotus floridanus towards pathogens and its obligate mutualistic endosymbiont Blochmannia floridanus
T1  - Immunantworten der Ameise Camponotus floridanus gegen Pathogene und ihren obligaten mutalistischen Endosymbionten Blochmannia floridanus
N2  - Ants of the species Camponotus floridanus live in huge colonies composed of genetically identical or closely related animals, which should predispose them to an increased vulnerability towards infection by pathogens (Cremer et al. 2007). Therefore the question is how ants (or social insects in general) can nevertheless efficiently combat infections. In order to investigate the immune response of the ant C. floridanus, the present study initially focused on the identification of possible immune factors, encoded by the ant´s genome. By using the method “suppression subtractive hybridization” as well as by Illumnia sequencing technology, several immune-related genes could be identified. Among these were genes encoding proteins involved in pathogen recognition, signal transduction, antimicrobial activity, or general stress response. In accordance with the ant´s genome sequence (Bonasio et al. 2010), only three antimicrobial peptide (AMP) genes could be identified in C. floridanus. The gene and cDNA sequences of these AMPs were established and their expression was shown to be induced by microbial challenge. Two different defensin genes (type 1 and 2) were characterized. A detailed characterization of the mRNA and gene sequence of the other AMP, a hymenoptaecin, revealed a special repeat structure. The C. floridanus hymenoptaecin has a signal and a pro-sequence followed by a hymenoptaecin-like domain and six directly repeated hymenoptaecin domains (HDs). Since each HD is flanked by two known processing sites, proteolytic processing of the precursor protein may generate several mature AMPs. Bioinformatical analyses revealed the presence of hymenoptaecin genes with similar multipeptide precursor structure in genomes of other ant species suggesting an evolutionary conserved important role of this gene in ant immunity. C. floridanus ants harbor the obligate intracellular bacterium, Blochmannia floridanus, in specialized cells (so-called bacteriocytes), which are intercalated between midgut cells as well as in ovaries of females (Blochmann 1882; Sauer et al. 2002; Schröder et al. 1996). Ant hosts face the problem that on the one hand they have to maintain the beneficial symbiotic bacteria and on the other hand they need to raise an immune response against harmful pathogenic bacteria during an infection. It was investigated, if endosymbionts are actually detected by the host immune system. Injection of B. floridanus induced an immune response of its host C. floridanus, which was comparable to the one towards pathogens. This means that, despite the evolutionary established cooperation of the endosymbionts and their hosts, these bacteria are still recognized as „non-self“ by the host immune system. This finding led to the question, if the ant immune system might be involved in regulation of the endosymbiont number in the midgut tissue in order to avoid their uncontrolled replication. During the holometabolous life cycle of the ant hosts the distribution of bacteriocytes and of Blochmannia endosymbionts is remarkably dynamic and peaks in late pupal stages, in which the entire midgut is transformed into a symbiotic organ (Stoll et al. 2010). It was hypothesized that hosts could regulate the number of endosymbionts present in their tissues via the innate immune system. A quantitative gene expression analysis of assumed symbiosis-relevant candidate genes revealed distinct expression patterns of some genes according to developmental stage and tissue. Moreover, the immune gene expression in response to bacterial challenge was investigated in the pupal stage. By an artificial immune-challenge of pupae it was confirmed that in fact the immune response of the endosymbiont-bearing midgut tissue differs from that of other body parts. The data support a key role for amidase peptidoglycan recognition proteins (PGRPs), especially PGRP-LB, in endosymbiont tolerance and suggest an involvement of the lysosomal system in control of Blochmannia endosymbionts. In sum, this thesis provides a first description of the immune response of the ant C. floridanus. A comprehensive set of immune-relevant genes was determined. Especially, the identification and molecular characterization of the hymenoptaecin gene delivered new insights into the immune competence of ants in general. Moreover, first indications could be gathered for the involvement of the immune system in controlling the endosymbiont B. floridanus.
N2  - Ameisen der Art Camponotus floridanus leben in großen Kolonien, welche sich aus genetisch identischen oder nahe verwandten Individuen zusammensetzen. Demnach sollten diese Tiere eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Infektionen durch Pathogene haben (Cremer et al. 2007). Somit stellt sich die Frage, wie Ameisen (oder allgemein soziale Insekten) Infektionen dennoch effizient bekämpfen können. Um die Immunantwort der Ameise C. floridanus zu untersuchen, befasste sich die vorliegende Arbeit zunächst mit der Identifizierung von möglichen Immunfaktoren, welche im Genom der Ameise kodiert sind. Unter Verwendung der Methode “Suppression Subtractive Hybridization” sowie durch Illumnia Sequenzierungstechnologie konnten mehrere immun-relevante Gene ermittelt werden. Darunter befanden sich Gene, welche Proteine kodieren, die eine Rolle bei der Erkennung von Pathogenen, der Signalübertragung, der antimikrobiellen Aktivität oder der allgemeinen Stressantwort spielen. In Übereinstimmung mit der Genomsequenz der Ameise (Bonasio et al. 2010), konnten nur drei antimikrobielle Peptid (AMP) Gene in C. floridanus identifiziert werden. Die Gen- und cDNA-Sequenzen dieser AMPs wurden charakterisiert und es wurde gezeigt, dass ihre Expression durch mikrobielle Attacken induziert wird. Zwei verschiedene Defensin Gene (Typ 1 und 2) wurden charakterisiert. Eine detaillierte Charakterisierung der mRNA- und Gen-Sequenz des anderen AMPs, eines Hymenoptaecins, ergab eine besondere Wiederholungsstruktur. Das C. floridanus Hymenoptaecin hat eine Signal- und eine Pro-Sequenz gefolgt von einer Hymenoptaecin-ähnlichen Domäne und sechs direkt wiederholten Hymenoptaecin Domänen (HD). Da jede HD von bekannten Schnittstellen flankiert wird, könnte die proteolytische Bearbeitung des Vorläufer Proteins mehrere reife AMPs hervorbringen. Bioinformatische Analysen enthüllten die Anwesenheit von Hymenoptaecin Genen mit ähnlicher Multipeptid-Vorläufer-Struktur in den Genomen von anderen Ameisenarten, was eine evolutionär konservierte wichtige Aufgabe dieses Gens bei der Immunität von Ameisen andeutet. C. floridanus Ameisen beherbergen das obligat intrazelluläre Bakterium, Blochmannia floridanus, in speziellen Zellen (den sogenannten Bakteriozyten), welche sich zwischen Zellen des Mitteldarms befinden sowie in den Ovarien von Weibchen (Blochmann 1882; Sauer et al. 2002; Schröder et al. 1996). Die Wirtstiere stehen vor dem Problem, dass sie einerseits die für sie nützlichen symbiontischen Bakterien erhalten müssen und andererseits bei einer Infektion eine Immunantwort gegenüber schädlichen pathogenen Bakterien aufbringen müssen. Es wurde untersucht, ob die Endosymbionten vom Wirtsimmunsystem überhaupt erkannt werden. Injektion des eigenen Endosymbionten B. floridanus induzierte eine Immunantwort seines Wirtes C. floridanus, welche vergleichbar war mit der gegenüber Pathogenen. Dies bedeutet, dass trotz der Koevolution zwischen den Endosymbionten und ihren Wirte, diese Bakterien immer noch als „nicht-selbst“ vom Wirtsimmunsystem erkannt werden. Dieses Ergebnis warf die Frage auf, ob das Ameisen-Immunsystem an der Regulation der Anzahl von Endosymbionten im Mitteldarmgewebe beteiligt sein könnte, um deren unkontrollierte Replikation zu vermeiden. Während des holometabolen Lebenszyklus der Ameisen-Wirte ist die Verteilung der Bakteriozyten und der Blochmannia Endosymbionten bemerkenswert dynamisch und erreicht den Höhepunkt in den späten Puppenstadien, in welchen der gesamte Mitteldarm zu einem symbiotischen Organ umgewandelt wird (Stoll et al. 2010). Es wurde vermutet, dass die Wirte die vorhandene Anzahl von Endosymbionten in ihren Geweben durch das angeborene Immunsystem regulieren könnten. Eine quantitative Genexpressionsanalyse von vermeintlich Symbiose-relevanten Kandidatengenen ergab verschiedene Expressionsmuster von einigen Genen in Abhängigkeit vom Entwicklungsstadium und Gewebe. Außerdem wurde die Immungenexpression nach einer bakteriellen Attacke im Puppenstadium untersucht. Durch eine künstliche Immunanregung von Puppen wurde bestätigt, dass sich die Immunantwort des Endosymbiont-tragenden Mitteldarm Gewebes in der Tat von der anderer Körperteile unterscheidet. Die Daten befürworten eine Schlüsselrolle von Amidase Peptidoglykan Erkennungsproteinen (PGRPs), insbesondere von PGRP-LB, für die Duldung von Endosymbionten und deuten auf eine Beteiligung des lysosomalen Systems an der Kontrolle von Blochmannia Endosymbionten hin. Insgesamt stellt die vorliegende Arbeit eine erste Charakterisierung der Immunantwort der Ameise C. floridanus dar. Eine Vielzahl an immun-relevanten Genen wurde bestimmt. Insbesondere die Identifizierung und molekulare Charakterisierung des Hymenoptaecin Gens lieferte neue Einblicke in die Immun-Kompetenz von Ameisen im Allgemeinen. Außerdem konnten erste Hinweise für die Beteiligung des Immunsystems an der Kontrolle des Endosymbionten B. floridanus gesammelt werden.
KW  - Humorale Immunität
KW  - Ameisen
KW  - Intrazelluläre Symbiose
KW  - Camponotus
KW  - Blochmannia
KW  - insect immunity
KW  - ants
KW  - symbiosis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69350
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Floren, Andreas
A1  - von Rintelen, Thomas
A1  - Herbert, Paul D. N.
A1  - de Araujo, Bruno Cancian
A1  - Schmidt, Stefan
A1  - Balke, Michael
A1  - Narakusumo, Raden Pramesa
A1  - Peggie, Djunijanti
A1  - Ubaidillah, Rosichon
A1  - von Rintelen, Kristina
A1  - Müller, Tobias
T1  - Integrative ecological and molecular analysis indicate high diversity and strict elevational separation of canopy beetles in tropical mountain forests
JF  - Scientific Reports
N2  - Tropical mountain forests contribute disproportionately to terrestrial biodiversity but little is known about insect diversity in the canopy and how it is distributed between tree species. We sampled tree-specific arthropod communities from 28 trees by canopy fogging and analysed beetle communities which were first morphotyped and then identified by their DNA barcodes. Our results show that communities from forests at 1100 and 1700 m a.s.l. are almost completely distinct. Diversity was much lower in the upper forest while community structure changed from many rare, less abundant species to communities with a pronounced dominance structure. We also found significantly higher beta-diversity between trees at the lower than higher elevation forest where community similarity was high. Comparisons on tree species found at both elevations reinforced these results. There was little species overlap between sites indicating limited elevational ranges. Furthermore, we exploited the advantage of DNA barcodes to patterns of haplotype diversity in some of the commoner species. Our results support the advantage of fogging and DNA barcodes for community studies and underline the need for comprehensive research aimed at the preservation of these last remaining pristine forests.
KW  - beta-diversity
KW  - community data
KW  - gradients
KW  - insects
KW  - hypthesis
KW  - evolution
KW  - passes
KW  - ants
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230565
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Römer, Daniela
A1  - Roces, Flavio
T1  - Nest Enlargement in Leaf-Cutting Ants: Relocated Brood and Fungus Trigger the Excavation of New Chambers
N2  - During colony growth, leaf-cutting ants enlarge their nests by excavating tunnels and chambers housing their fungus gardens and brood. Workers are expected to excavate new nest chambers at locations across the soil profile that offer suitable environmental conditions for brood and fungus rearing. It is an open question whether new chambers are excavated in advance, or will emerge around brood or fungus initially relocated to a suitable site in a previously-excavated tunnel. In the laboratory, we investigated the mechanisms underlying the excavation of new nest chambers in the leaf-cutting ant Acromyrmex lundi. Specifically, we asked whether workers relocate brood and fungus to suitable nest locations, and to what extent the relocated items trigger the excavation of a nest chamber and influence its shape. When brood and fungus were exposed to unfavorable environmental conditions, either low temperatures or low humidity, both were relocated, but ants clearly preferred to relocate the brood first. Workers relocated fungus to places containing brood, demonstrating that subsequent fungus relocation spatially follows the brood deposition. In addition, more ants aggregated at sites containing brood. When presented with a choice between two otherwise identical digging sites, but one containing brood, ants' excavation activity was higher at this site, and the shape of the excavated cavity was more rounded and chamber-like. The presence of fungus also led to the excavation of rounder shapes, with higher excavation activity at the site that also contained brood. We argue that during colony growth, workers preferentially relocate brood to suitable locations along a tunnel, and that relocated brood spatially guides fungus relocation and leads to increased digging activity around them. We suggest that nest chambers are not excavated in advance, but emerge through a self-organized process resulting from the aggregation of workers and their density-dependent digging behavior around the relocated brood and fungus.
KW  - fungi
KW  - ants
KW  - fungal structure
KW  - fungal pathogens
KW  - foraging
KW  - humidity
KW  - pupae
KW  - fungal diseases
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112860
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mody, Karsten
T1  - Patterns of arthropod distribution and determinants of arthropod assemblage composition in a natural West African savannah
T1  - Verteilungsmuster von Arthropoden und zugrunde liegende Bestimmungsfaktoren in einer naturnahen westafrikanischen Savanne
N2  - This study investigated patterns of arthropod community organisation and the processes structuring these communities on a range of different tree species in a natural West African savannah (Comoé National Park, Côte d'Ivoire). It described and analysed patterns of arthropod distribution on the level of whole communities, on the level of multiple-species interactions, and on the level of individual insect species. Community samples were obtained by applying (i) canopy fogging for mature individuals of three tree species (Anogeissus leiocarpa, Burkea africana, Crossopteryx febrifuga) and (ii) a modified beating technique allowing to sample the complete arthropod communities of the respective study plants for medium-sized (up to 3 m) individuals of two other species (Combretum fragrans, Pseudocedrela kotschyi). General information on ant-plant interactions was retrieved from ant community comparisons of the mature savannah trees. In addition, ant-ant, ant-plant and ant-herbivore interactions were studied in more detail considering the ant assemblages on the myrmecophilic tree Pseudocedrela kotschyi. Herbivore-plant interactions were investigated on a multiple-species level (interrelationships between herbivores and Pseudocedrela trees) and on a species level (detailed studies of interrelationships between herbivorous beetles and caterpillars and the host tree Combretum fragrans). The studies on individual herbivore species were complemented by a study on an abundant ant species, clarifying not only the relationship between host plant and associated animal but allowing also to look at interactive (competitive) aspects of community organisation. The study demonstrated for the first time that (i) the structure of beetle communities on tropical trees can be strongly dependent on the host tree species, (ii) individual trees can host specific arthropod communities whose characteristic structure is stable over years and is strongly determined by the individual tree's attributes, (iii) ants can express a pronounced fidelity to single leaves as foraging area and can thereby determine distribution patterns of other ants, (iv) intraspecifically variable palatability of plants for insect herbivores can be stable over years and can influence the distribution of herbivores that can distinguish between individual hosts according to palatability and (v) intraspecific host plant change can positively affect fitness of herbivores if host plant quality is variable. In general, the present study contributes to our knowledge of anthropogenically unaltered processes affecting community assembly in a natural environment. The fundamental understanding of these processes is crucial for the identification of anthropogenic alterations and the establishment of sustainable management measures. The study points out the important role local factors can play for the distribution of organisms and thereby for community organisation. It emphasises the relevance of small scale heterogeneity of the abiotic and biotic environment to biodiversity and the need to consider these factors for development of effective conservation and restoration strategies.
N2  - In dieser Arbeit wurden die Arthropodengemeinschaften von fünf Baumarten in einer westafrikanischen Savanne (Comoé Nationalpark, Elfenbeinküste) untersucht. Die Zusammensetzung dieser Gemeinschaften sowie verschiedene Prozesse, die zur ihrer Strukturierung beitragen, wurden dabei auf drei verschiedenen Ebenen beschrieben und analysiert: auf der Ebene von Arthropodengemeinschaften (Gemeinschaftsniveau), auf der Ebene von Interaktionen zwischen mehreren Arthropodenarten (Interaktionsniveau) und auf der Ebene individueller Insektenarten (Artniveau). Die Erfassung der Arthropodengemeinschaften erfolgte zum einen durch Kronenbenebelung ("canopy fogging") ausgewachsener Bäume der drei Arten Anogeissus leiocarpa, Burkea africana und Crossopteryx febrifuga. Zum anderen wurde eine modifizierte Klopftechnik eingesetzt, die eine Erfassung von kompletten Arthropodengemeinschaften kleiner bis mittelgroßer (bis 3 m) Individuen der Baumarten Combretum fragrans und Pseudocedrela kotschyi ermöglichte. Eine genauere Analyse von Ameisengemeinschaften der adulten Savannenbäume lieferte generelle Informationen zu Ameisen-Pflanzen-Beziehungen. Zusätzlich wurden die Interaktionen zwischen Ameisen und Pflanzen sowie zwischen Ameisen und herbivoren Insekten anhand der mit dem myrmekophilen Savannenbaum Pseudocedrela kotschyi assoziierten Ameisengemeinschaften genauer untersucht. Die Wechselbeziehungen zwischen Herbivoren und Pflanzen wurden sowohl auf dem Interaktionsniveau (Beziehungen zwischen Herbivoren und Pseudocedrela-Bäumen) als auch auf der Ebene individueller Arten analysiert (detaillierte Untersuchungen zur Wechselbeziehung zwischen herbivoren Käfern und Raupen und ihrer Futterpflanze Combretum fragrans). Die an individuellen Herbivorenarten gewonnenen Erkenntnisse wurden durch eine Untersuchung einer häufig auf den Pseudocedrela-Bäumen anzutreffenden Ameisenart ergänzt. Diese Studie führte nicht nur zu einem besseren Verständnis der Wechselbeziehungen zwischen Wirtspflanze und assoziiertem Insekt, sondern ermöglichte es auch, interaktive (konkurrenzgesteuerte) Aspekte der Organisation von Arthropodengemeinschaften zu verstehen. Die vorgestellten Untersuchungen zeigten erstmals, dass (i) die Zusammensetzung von Käfergemeinschaften auf tropischen Bäumen stark von der Art der Wirtspflanze abhängig sein kann, (ii) individuelle Bäume spezifische Arthropodengemeinschaften beherbergen können, deren charakteristische Zusammensetzung über Jahre hinweg stabil ist und stark von den individuellen Baummerkmalen beeinflusst wird, (iii) Ameisen eine deutliche Ortstreue zu einzelnen Blättern als Fouragierbereich ausbilden können, und dadurch die Verteilungsmuster anderer Ameisen bestimmen können, (iv) individuelle Unterschiede artgleicher Pflanzen in ihrer Nahrungsqualität für herbivore Insekten über Jahre stabil sind und sich die Verteilung von bestimmten Herbivoren auf den Pflanzen dieser Nahrungsqualität anpasst, (v) ein Wechsel von artgleichen Wirtspflanzen die Fitness von Herbivoren positiv beeinflussen kann, wenn die Futterqualität der Wirtspflanzen sehr variabel ist. Insgesamt weist diese Studie besonders darauf hin, dass sehr kleinräumig wirkende, lokale Faktoren einen entscheidenden Einfluss auf die Verteilung von Organismen und die Zusammensetzung ökologischer Gemeinschaften ausüben. Sie betont die Relevanz einer kleinräumigen Umweltheterogenität für die Biodiversität eines Gebiets und verdeutlicht anhand erstmals festgestellter Zusammenhänge von Pflanzeneigenschaften und Arthropodenverteilung, dass die Heterogenität abiotischer und biotischer Umweltparameter bei der Entwicklung von nachhaltigen Management-Praktiken und von Naturschutz- und Restaurationskonzepten berücksichtigt werden muss.
KW  - Savanne
KW  - Baumkrone
KW  - Gliederfüßer
KW  - Arthropodengemeinschaft
KW  - Tier-Pflanze-Interaktionen
KW  - Ameisen
KW  - Diversität
KW  - Naturschutz
KW  - arthropod community
KW  - animal-plant interactions
KW  - ants
KW  - diversity
KW  - conservation
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6202
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Mildner, Stephanie
A1  - Roces, Flavio
T1  - Plasticity of Daily Behavioral Rhythms in Foragers and Nurses of the Ant Camponotus rufipes: Influence of Social Context and Feeding Times
JF  - PLoS One
N2  - Daily activities within an ant colony need precise temporal organization, and an endogenous clock appears to be essential for such timing processes. A clock drives locomotor rhythms in isolated workers in a number of ant species, but its involvement in activities displayed in the social context is unknown. We compared locomotor rhythms in isolated individuals and behavioral rhythms in the social context of workers of the ant Camponotus rufipes. Both forager and nurse workers exhibited circadian rhythms in locomotor activity under constant conditions, indicating the involvement of an endogenous clock. Activity was mostly nocturnal and synchronized with the 12:12h light-dark-cycle. To evaluate whether rhythmicity was maintained in the social context and could be synchronized with non-photic zeitgebers such as feeding times, daily behavioral activities of single workers inside and outside the nest were quantified continuously over 24 hours in 1656 hours of video recordings. Food availability was limited to a short time window either at day or at night, thus mimicking natural conditions of temporally restricted food access. Most foragers showed circadian foraging behavior synchronized with food availability, either at day or nighttime. When isolated thereafter in single locomotor activity monitors, foragers mainly displayed arrhythmicity. Here, high mortality suggested potential stressful effects of the former restriction of food availability. In contrast, nurse workers showed high overall activity levels in the social context and performed their tasks all around the clock with no circadian pattern, likely to meet the needs of the brood. In isolation, the same individuals exhibited in turn strong rhythmic activity and nocturnality. Thus, endogenous activity rhythms were inhibited in the social context, and timing of daily behaviors was flexibly adapted to cope with task demands. As a similar socially-mediated plasticity in circadian rhythms was already shown in honey bees, the temporal organization in C. rufipes and honey bees appear to share similar basic features.
KW  - honey bees
KW  - biological locomotion
KW  - foraging
KW  - circadian rhythms
KW  - chronobiology
KW  - insects
KW  - nurses
KW  - ants
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-148010
VL  - 12
IS  - 1
ER  - 
TY  - THES
A1  - Endler, Annett
T1  - Regulation of reproductive division of labor in the ant Camponotus floridanus : behavioral mechanisms and pheromonal effects
T1  - Regulation der reproduktiven Arbeitsteilung bei der Ameise Camponotus floridanus: Verhaltensmechanismen und Einfluss von Pheromonen
N2  - A hitherto unresolved problem is how workers are prevented from reproducing in large insect societies. The queen informs about her fertility and health which ensures sufficient indirect fitness benefits for workers. In the ant Camponotus floridanus, I found such a signal located on eggs of highly fertile queens. Groups of workers were regularly provided with different sets of brood. Only in groups with queen eggs workers refrain from reproducing. Thus, the eggs seem to inform the workers about queen presence. The signal on queen eggs is presumably the same that enables workers to distinguish between queen and worker-laid eggs, latter are destroyed by workers. Queen and worker-laid eggs differ in their surface hydrocarbons in a similar way as fertile queens differ from workers in the composition of their cuticular hydrocarbons. When I transferred hydrocarbons from the queen cuticle to worker eggs the eggs were no longer destroyed, indicating that they now carry the signal. These hydrocarbons thus represent a queen signal that regulates worker reproduction in this species. But the signal is not present in all fertile queens. Founding queens with low egg-laying rates differ in the composition of cuticular hydrocarbons from queens with high productivity. Similar differences in the composition of surface hydrocarbons were present on their eggs. The queen signal develops along with an increasing fertility and age of the queen, and this is perceived by the workers. Eggs from founding queens were destroyed like worker eggs. This result shows that founding queens lack the appropriate signal. In these little colony foundations chemical communication of queen status may not be necessary to prevent workers from reproducing, since workers may benefit more from investing in colony growth and increased productivity of large colonies rather than from producing male eggs in incipient colonies. If the queen is missing or the productivity of the queen decreases, workers start laying eggs. There is some evidence from correlative studies that, under queenless conditions, worker police each other because of differences in individual odors as a sign of social status. It can be expressed as either aggressive inhibition of ovarian activity, workers with developed ovaries are attacked by nest-mates, or destruction by worker-laid eggs. I found that in C. floridanus workers, in contrast to known studies, police only by egg eating since they are able to discriminate queen- and worker-laid eggs. Workers with developed ovaries will never attacked by nest-mates. This is further supported by qualitative and quantitative differences in the cuticular hydrocarbon profile of queens and workers, whereas profiles of workers with and without developed ovaries show a high similarity. I conclude that workers discriminate worker eggs on the basis of their hydrocarbon profile, but they are not able to recognize egg-laying nest-mates. Improving our knowledge of the proximate mechanisms of the reproductive division of labor in evolutionary derived species like C. floridanus will help to understand the evolution of extreme reproductive altruism involving sterility as a characteristic feature of advanced eusocial systems.
N2  - Es ist eine bisher ungelöste Frage, wie Arbeiterinnen in großen Insektenkolonien von der Reproduktion abgehalten werden. Arbeiterinnen würden einen erheblichen Fitnessvorteil erlangen, falls die Königin über ihre Fertilität und ihren Gesundheitszustand informiert. Bei der Ameise Camponotus floridanus konnte auf den Eiern hochfertiler Königinnen so ein Signal gefunden werden. Gruppen von Arbeiterinnen wurden regelmäßig mit verschiedenen Brutansätzen versorgt. Aber nur in Gruppen, welche Eier der Königin erhielten, wurden die Arbeiterinnen von der Reproduktion abgehalten. Die Eier informieren demnach über die Anwesenheit der Königin. Das Signal der Königineier ermöglicht Arbeiterinnen offensichtlich auch zwischen Eiern von Königin und Arbeiterinnen zu unterscheiden, wobei letztere zerstört werden. Königin- und Arbeiterinneneier unterscheiden sich in ihren Oberflächenkohlenwasserstoffen auf ähnliche Weise wie sich die kutikulären Kohlenwasserstoffprofile von fertilen Königinnen und Arbeiterinnen unterscheiden. Wurden Kohlenwasserstoffe von der Kutikula der Königin auf Eier von Arbeiterinnen übertragen, schützten sie diese vor der Zerstörung. Dies zeigt, dass die Eier das Signal transportieren. Die Kohlenwasserstoffe stellen ein Königinsignal dar, welches die Reproduktion der Arbeiterinnen bei C. floridanus regelt. Allerdings kommt das Signal nicht bei allen fertilen Königinnen vor. Gründungsköniginnen mit einer geringen Eiablagerate unterscheiden sich in der Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe von Königinnen mit einer höheren Produktivität. Ähnliche Unterschiede in der Zusammensetzung der Oberflächenkohlenwasserstoffe finden sich ebenfalls auf den jeweiligen Eiern. Das Königinsignal gewinnt an Stärke mit zunehmender Fertilität und Alter der Königin, was von den Arbeiterinnen erkannt wird. Eier von Gründungsköniginnen werden wie die Eier von Arbeiterinnen zerstört. Das Ergebnis zeigt, dass Gründungsköniginnen das betreffende Signal nicht besitzen. Um Arbeiterinnen von der Reproduktion abzuhalten, scheint es in kleinen Gründungskolonien nicht notwendig über den Zustand der Königin zu informieren. Arbeiterinnen in diesen Kolonien profitieren mehr von der Investition in das Koloniewachstum als von der Produktion von Männchen. Fehlt die Königin oder nimmt ihre Produktivität ab, dann beginnen Arbeiterinnen mit der Eiablage. Es gibt Belege aus anderen Studien, dass unter königinlosen Bedingungen Arbeiterinnen sich gegenseitig von der erfolgreichen Reproduktion abhalten (worker policing). Dabei orientieren sie sich am individuellen Geruch der Tiere je nach sozialem Status. Die Inhibierung der Ovarienaktivität erfolgt über Aggression, indem fertile Arbeiterinnen von ihren Nestgenossinnen attackiert werden, oder über die Zerstörung von Eiern. Arbeiterinnen von C. floridanus policen, im Gegensatz zu den bekannten Studien, nur durch Eifrass, da sie in der Lage sind Eier von Königin und Arbeiterinnen zu unterscheiden. Fertile Arbeiterinnen werden dagegen nie von Nestgenossinnen angegriffen. Dies wird unterstützt durch qualitative und quantitative Unterschiede im kutikulären Kohlenwasserstoffprofil zwischen Königin und Arbeiterinnen, während sich das Profil fertiler und infertiler Arbeiterinnen dagegen nicht unterscheidet. Arbeiterinnen nutzen demnach das Kohlenwasserstoffprofil um Eier zu unterscheiden, sind aber nicht in der Lage fertile Nestgenossinnen zu erkennen. Die Aufklärung der Regulationsmechanismen der reproduktiven Arbeitsteilung bei stark abgeleiteten Arten wie C. floridanus liefert einen Beitrag zum Verständnis, wieso es im Laufe der Evolution zur reproduktiven Degeneration von Arbeiterinnen gekommen ist, einem Charakteristikum hoch entwickelter eusozialer Systeme.
KW  - Camponotus floridanus
KW  - Fortpflanzung
KW  - Pheromon
KW  - soziale Insekten
KW  - Ameisen
KW  - Fertilitätssignal
KW  - kutikuläre Kohlenwasserstoffe
KW  - worker policing
KW  - social insects
KW  - ants
KW  - fertility signal
KW  - cuticular hydrocarbons
KW  - worker policing
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18872
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Pielström, Steffen
A1  - Roces, Flavio
T1  - Sequential Soil Transport and Its Influence on the Spatial Organisation of Collective Digging in Leaf-Cutting Ants
JF  - PLoS ONE
N2  - The Chaco leaf-cutting ant Atta vollenweideri (Forel) inhabits large and deep subterranean nests composed of a large number of fungus and refuse chambers. The ants dispose of the excavated soil by forming small pellets that are carried to the surface. For ants in general, the organisation of underground soil transport during nest building remains completely unknown. In the laboratory, we investigated how soil pellets are formed and transported, and whether their occurrence influences the spatial organisation of collective digging. Similar to leaf transport, we discovered size matching between soil pellet mass and carrier mass. Workers observed while digging excavated pellets at a rate of 26 per hour. Each excavator deposited its pellets in an individual cluster, independently of the preferred deposition sites of other excavators. Soil pellets were transported sequentially over 2 m, and the transport involved up to 12 workers belonging to three functionally distinct groups: excavators, several short-distance carriers that dropped the collected pellets after a few centimetres, and long-distance, last carriers that reached the final deposition site. When initiating a new excavation, the proportion of long-distance carriers increased from 18% to 45% within the first five hours, and remained unchanged over more than 20 hours. Accumulated, freshly-excavated pellets significantly influenced the workers' decision where to start digging in a choice experiment. Thus, pellets temporarily accumulated as a result of their sequential transport provide cues that spatially organise collective nest excavation.
KW  - animal behavior
KW  - ants
KW  - confidence interval
KW  - decision making
KW  - foraging
KW  - fungal structure
KW  - fungi
KW  - hormone transport
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96275
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wenzel, Frank
T1  - Smell and repel: Resin based defense mechanisms and interactions between Australian ants and stingless bees
N2  - Bees are subject to permanent threat from predators such as ants. Their nests with large quantities of brood, pollen and honey represent lucrative targets for attacks whereas foragers have to face rivalry at food sources. This thesis focused on the role of stingless bees as third party interactor on ant-aphid-associations as well as on the predatory potential represented by ants and defense mechanisms against this threat. Regular observations of an aphid infested Podocarpus for approaching stingless bees yielded no results. Another aim of this thesis was the observation of foraging habits of four native and one introduced ant species for assessment of their predatory potential to stingless bees. All species turned out to be dietary balanced generalists with one mostly carnivorous species and four species predominantly collecting nectar roughly according to optimal foraging theory. Two of the species monitored, Rhytidoponera metallica and Iridomyrmex rufoniger were considered potential nest robbers. As the name implies, stingless bees lack the powerful weapon of their distant relatives; hence they specialized on other defense strategies. Resin is an important, multipurpose resource for stingless bees that is used as material for nest construction, antibiotic and for defensive means. For the latter purpose highly viscous resin is either directly used to stick down aggressors or its terpenic compounds are included in the bees cuticular surface. In a feeding choice experiment, three ant species were confronted with the choice between two native bee species - Tetragonula carbonaria and Austroplebeia australis - with different cuticular profiles and resin collection habits. Two of the ant species, especially the introduced Tetramorium bicarinatum did not show any preferences. The carnivorous R. metallica predominantly took the less resinous A. australis as prey. The reluctance towards T. carbonaria disappeared when the resinous compounds on its cuticle had been washed off with hexane. To test whether the repulsive reactions were related to the stickiness of the resinous surface or to chemical substances, hexane extracts of bees’ cuticles, propolis and three natural tree resins were prepared. In the following assay responses of ants towards extract treated surfaces were observed. Except for one of the resin extracts, all tested substances had repellent effects to the ants. Efficacy varied with the type of extract and species. Especially to the introduced T. bicarinatum the cuticular extract had no effect. GCMS-analyses showed that some of the resinous compounds were also found in the cuticular profile of T. carbonaria which featured reasonable analogies to the resin of Corymbia torelliana that is highly attractive for stingless bees. The results showed that repellent effects were only partially related to the sticky quality of resin but were rather caused by chemical substances, presumably sesqui- and diterpenes. Despite its efficacy this defense strategy only provides short time repellent effects sufficient for escape and warning of nest mates to initiate further preventive measures.
N2  - Bienen sind permanent Gefahren ausgesetzt, ihre Nester voll Brut, Pollen und Honig bieten ein ertragreiches Ziel für Räuber und auch bei der Nahrungssuche droht Konkurrenz an den Futterquellen, beispielsweise durch Ameisen. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welche Rolle stachellose Bienen in Australien als dritter Interaktionspartner an Ameisen-Blattlaus-Assoziationen einnehmen, welcher Bedrohung sie durch räuberische Ameisen ausgesetzt sind und wie sie sich gegen diese verteidigen. Regelmäßige Beobachtungen einer von Blattläusen befallenen Steineibe auf Besuche von stachellosen Bienen blieben erfolglos, es wurden keine Anflüge erfasst. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung des Nahrungseintrags von vier heimischen, sowie einer eingeschleppten Ameisenart zur Erfassung des räuberischen Potenzials gegenüber stachellosen Bienen. Alle Ameisenarten stellten sich als Generalisten mit ausgewogenem Nahrungseintrag heraus. Eine der Arten ernährte sich hauptsächlich räuberisch, während der Eintrag von Nektar für vier Arten die Hauptressource darstellte und annäherungsweise gemäß der „optimal foraging theory“ erfolgte. Zwei der untersuchten Arten, Rhytidoponera metallica und Iridomyrmex rufoniger, wurden als potenzielle Nesträuber eingestuft. Stachellose Bienen können sich nicht durch Stiche verteidigen, sie nutzen daher andere Strategien. Pflanzenharz stellt für Bienen eine vielseitige Ressource dar, welche als Baumaterial, Desinfiziens und auch zur Verteidigung eingesetzt wird. Das Harz wird entweder in zähflüssiger Form dazu verwendet, um Angreifer zu verkleben oder die darin enthaltenen Terpene gelangen in Bestandteilen auf die Oberfläche der Bienen. In einem Futterwahl-Experiment wurden Tetragonula carbonaria und Austroplebeia australis, zwei heimische Bienenarten mit unterschiedlichen Harzsammel-Gewohnheiten und Oberflächenprofilen, drei Ameisenarten als Beute vorgelegt. Während zwei der Ameisenarten, insbesondere die eingeführte Tetramorium bicarinatum, keinerlei Präferenzen zeigte, entschieden sich die karnivoren R. metallica vorrangig für A. australis, deren Oberflächenprofil weniger Harzkomponenten aufwies. Wurden die Oberflächenbestandteile von T. carbonaria durch Waschen mit Hexan entfernt, verschwand auch die Zurückhaltung der Räuber. Um zu untersuchen ob diese Abwehrreaktion durch die Klebrigkeit der Oberfläche oder durch chemische Substanzen verursacht wurde, wurden Hexan-Extrakte der Bienenoberflächen sowie von drei Baumharzen und Nestmaterial angefertigt. Die nachfolgenden Untersuchungen richteten sich daraufhin auf die Beobachtung der Reaktion von Ameisen bei Kontakt mit Extrakt-behandelten Oberflächen. Bis auf einen der Harzextrakte zeigten alle untersuchten Substanzen unterschiedlich stark abstoßende Effekte auf Ameisen. Die eingeführte T. bicarinatum wurde jedoch nicht durch Bienenextrakt in ihrem Verhalten beeinflusst. Eine GCMS-Analyse ergab, dass einige der Harzsubstanzen auch im Oberflächenprofil von T. carbonaria zu finden waren, welches vor allem Übereinstimmungen mit dem Harz von Corymbia torelliana aufwies, einer Pflanze deren Harz für Bienen besonders attraktiv ist. Es zeigte sich, dass nicht nur die Klebrigkeit, sondern auch chemische Substanzen, vermutlich Sesqui- und Diterpene, für abstoßende Effekte verantwortlich sind. Trotz der Effektivität dieses Mechanismus sorgt er nur für eine kurzzeitige Abwehrreaktion, ermöglicht jedoch die Gelegenheit zur Flucht und Warnung von Nestgenossen, sowie zur Einleitung weiterer Gegenwehr.
KW  - Stachellose Biene
KW  - Biene
KW  - Tierökologie
KW  - Verhaltensforschung
KW  - Ameisen
KW  - Interaktion
KW  - Abwehr
KW  - Verteidigung
KW  - Trophobiose
KW  - Nahrungserwerb
KW  - stingless bees
KW  - ants
KW  - interaction
KW  - resin
KW  - defense
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65960
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Roces, Flavio
A1  - Pielström, Steffen
T1  - Soil Moisture and  Excavation Behaviour in the Chaco Leaf-Cutting Ant (Atta vollenweideri): Digging Performance and Prevention of Water Inflow into the Nest
N2  - The Chaco leaf-cutting ant Atta vollenweideri is native to the clay-heavy soils of the Gran Chaco region in South America. Because of seasonal floods, colonies are regularly exposed to varying moisture across the soil profile, a factor that not only strongly influences workers' digging performance during nest building, but also determines the suitability of the soil for the rearing of the colony's symbiotic fungus. In this study, we investigated the effects of varying soil moisture on behaviours associated with underground nest building in A. vollenweideri. This was done in a series of laboratory experiments using standardised, plastic clay-water mixtures with gravimetric water contents ranging from relatively brittle material to mixtures close to the liquid limit. Our experiments showed that preference and group-level digging rate increased with increasing water content, but then dropped considerably for extremely moist materials. The production of vibrational recruitment signals during digging showed, on the contrary, a slightly negative linear correlation with soil moisture. Workers formed and carried clay pellets at higher rates in moist clay, even at the highest water content tested. Hence, their weak preference and low group-level excavation rate observed for that mixture cannot be explained by any inability to work with the material. More likely, extremely high moistures may indicate locations unsuitable for nest building. To test this hypothesis, we simulated a situation in which workers excavated an upward tunnel below accumulated surface water. The ants stopped digging about 12 mm below the interface soil/water, a behaviour representing a possible adaptation to the threat of water inflow field colonies are exposed to while digging under seasonally flooded soils. Possible roles of soil water in the temporal and spatial pattern of nest growth are discussed.
KW  - ants
KW  - fungi
KW  - surface water
KW  - vibration
KW  - acoustic signals
KW  - physical properties
KW  - analysis of variance
KW  - fungal structure
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111298
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kadochová, Štěpánka
A1  - Frouz, Jan
A1  - Roces, Flavio
T1  - Sun basking in red wood ants Formica polyctena (Hymenoptera, Formicidae): Individual behaviour and temperature-dependent respiration rates
JF  - PLoS ONE
N2  - In early spring, red wood ants Formica polyctena are often observed clustering on the nest surface in large numbers basking in the sun. It has been hypothesized that sun-basking behaviour may contribute to nest heating because of both heat carriage into the nest by sunbasking workers, and catabolic heat production from the mobilization of the workers’ lipid reserves. We investigated sun-basking behaviour in laboratory colonies of F. polyctena exposed to an artificial heat source. Observations on identified individuals revealed that not all ants bask in the sun. Sun-basking and non-sun-basking workers did not differ in body size nor in respiration rates. The number of sun-basking ants and the number of their visits to the hot spot depended on the temperature of both the air and the hot spot. To investigate whether sun basking leads to a physiological activation linked with increased lipolysis, we measured respiration rates of individual workers as a function of temperature, and compared respiration rates of sun-basking workers before and two days after they were allowed to expose themselves to a heat source over 10 days, at self-determined intervals. As expected for ectothermic animals, respiration rates increased with increasing temperatures in the range 5 to 35˚C. However, the respiration rates of sun-basking workers measured two days after a long-term exposure to the heat source were similar to those before sun basking, providing no evidence for a sustained increase of the basal metabolic rates after prolonged sun basking. Based on our measurements, we argue that self-heating of the nest mound in early spring has therefore to rely on alternative heat sources, and speculate that physical transport of heat in the ant bodies may have a significant effect.
KW  - biology
KW  - ants
KW  - social systems
KW  - animal sociality
KW  - lipids
KW  - nesting habit
KW  - video recording
KW  - catabolism
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-171936
VL  - 12
IS  - 1
ER  -