单型的蚂蚁的身体大小Lasius尼日尔沿着金属污染梯度:年轻的殖民地

文摘

金属污染的减少可能会导致个人的体型。蚂蚁的殖民地之间的形态多样性和可能远高于之前认为,即使在单型的蚂蚁。在这项研究中我们测量人体尺寸,表示为头宽度,Lasius尼日尔工人来自44个人体工程学的年轻殖民地沿着著名的梯度表现出慢性阶段金属污染。我们计算统计描述体型分布曲线,即平均值,中位数,数据范围,偏态和峰态。这些统计数据与污染水平。与我们之前的研究进行成熟的殖民地,年轻工人从殖民地不显示污染引起的形态变化。结果压力的重要性的殖民地发展阶段多元化体型的工人,在单型的蚂蚁生活在metal-polluted地区。

1。介绍

一些社会昆虫进化形态不同的工人,subcastes致力于不同的任务在殖民地。然而,大多数蚂蚁和属维护一个行为灵活的工人(1]。尽管是单型的,相当大的国际米兰,intracolony工人大小变化可能存在(2,3]。虽然这种变化通常被认为是太小是相关的任务分配,最近的研究有效地挑战了这一说法。工人的单型的物种Temnothorax rugatulus觅食巢外可能比intranidal工人(4]。因此,单型性并不一定意味着缺乏身体大小相关的劳动分工。这个问题也可以问单型的蚂蚁的身体大小在多大程度上可以修改在受污染和压力环境。现场研究和实验室实验表明,在许多无脊椎动物物种个体体型可能会降低沿金属污染梯度(5- - - - - -7]。显著减少体型也被观察到在城市化梯度(8,9]。然而,像许多其他作者表示,体型和城市化之间的关系或金属污染压力可能更复杂,不能总是被描述为简单的增加或减少(10- - - - - -12]。

在我们先前的研究分析了体型的单型的蚂蚁Lasius尼日尔(L。,1758)along a well-known gradient of metal pollution [13]。我们测试了下体型期望它会减少增加金属污染梯度由于毒性和/或食品限制。我们发现,平均体型与污染无关,但蚂蚁相对较小的频率增加的污染水平。因此,体型分布的形状似乎应对环境压力,虽然研究蚂蚁被认为是单型的(14]。我们发现了类似的增加相对较小的蚂蚁不改变的值或相关物种的平均大小Lasius flavus(GrześOkrutniak未发表)。我们提出了一个假说,观察到的变化可能会强调能量约束的殖民地。研究Lasius尼日尔是在成熟的殖民地,在生殖阶段,即密集性铸造生产的阶段,大力昂贵的品种(15]。因此,问题似乎是观察到的变化取决于群体的发展阶段。

在目前的研究中我们调查44年轻的巢穴(不是生产性投)Lasius尼日尔位于著名的污染梯度,一样的一个在以前的研究中使用。体型(表示为头宽度)是测量。我们比较描述集中趋势的统计和分布形状沿梯度的污染。

2。材料和方法

2.1。研究物种和研究区域

黑色的花园蚂蚁(Lasius尼日尔)是最常见的一种物种在古北区的区域(14]。我们先前的研究显示,l .尼日尔是最丰富的蚂蚁,而其他物种栖息调查区域(16]。物种栖息在各种人为环境像农田、牧场、杂草丛生的地方,或绿色空间在城市地区。l .尼日尔严格一妻制的单型的,构建矿产巢穴土丘包含从一百年到一万多名工人。感兴趣的物种既aphidicolous和肉食14]。

研究区位于波兰南部Olkusz附近。腐殖质层中的金属浓度污染最严重的地点在这个地区超过9600毫克/公斤为锌、1500毫克/公斤铅,镉(80毫克/千克17]。以前在该地区进行的研究表明,土壤中金属含量相互高度相关(10,18]。建立了15个研究地点沿梯度门类废弃污染和新鲜的草地。样从0.7从污染源到35公里。金属浓度降低为网站增加距离冶炼厂,接近背景水平网站超过25公里的冶炼厂。研究网站是由废弃的字段(网站11日),割草地(1网站)和工业荒地(3网站)。

2.2。污染程度

为了提供一个生物学上现实的衡量每个站点的污染程度,分析了锌和Cd浓度随机样本收集的无脊椎动物在每个站点初步研究在2011年的夏天。锌浓度在无脊椎动物相关积极与Cd浓度无脊椎动物和土壤锌的总浓度。和锌浓度最高无脊椎动物占最低134和1545毫克/公斤干重(d.w。)。反过来,Cd浓度最高和最低的无脊椎动物占3.98和39.70毫克/公斤d.w。详细的锌浓度和Cd在无脊椎动物和土壤样本以及植物的描述研究网站报道(13)(见网站S1-S3 S5, S6 S8, S10-S12,和S14-S19)。锌浓度在无脊椎动物作为污染程度的一项指标。

2.3。形态学测量

随后的物种鉴定(14]。在每个15个研究地点,3个年轻的殖民地l .尼日尔选择(15×3 = 45)。一个殖民地被排除在最终分析由于采样期间的错误。所有殖民地都检查性投射的缺失。的随机样本工人从每个巢收集利用排气管和存储在−5°C到被测量。蚂蚁的身体大小宽度表示为最大的眼睛(HW) [14]。所有的测量头宽度进行50 x放大使用金相显微镜下见过- 153 (Motic,中国)连接到一个数码相机(Huvitz、韩国)。头部宽度测量到最近的0.00001毫米基于数码照片使用Panasis版本。2.4.2 Huvitz。为了检查的准确性测量30蚂蚁测量两次。第一和第二组的结果测量是相关的。高相关系数(,)显示高重复性的测量。在l .尼日尔蚂蚁巢体积增长几乎成正比的菌落大小(19];因此,巢底面积直径作为殖民地的一个估计量的大小。在这项研究中使用的所有殖民地,丘直径范围从10 - 47厘米(中等大小占19.0厘米)。

2.4。统计程序

测试的污染水平和身体大小之间的关系l .尼日尔头宽度的描述性统计,包括的意思是,中位数,和范围,以及峰度和偏态,计算。这些统计数据是计算每个单独的殖民地和相关网站的污染水平(无脊椎动物中锌浓度)。每个关系的重要性进行了测试使用一个简单的回归(Statgraphics百夫长十五)以95%的置信度,后跟一个残差的检查正常。在蚂蚁的身体大小可以与殖民地的大小(20.- - - - - -22]。因此,为了消除前殖民地的影响大小与污染程度相关,每个数据首次与殖民地的大小。残差被退化对污染水平。因此,当测试头的大小和污染之间的关系,只有部分的方差不是解释为殖民地的大小是使用。三个蚁巢是在每个站点上收集的,残差值的统计平均,以避免问题pseudoreplication [23]。

3所示。结果

700年和965年之间的平均头部大小范围μm。殖民地之间的头部大小明显不同(单向方差分析,,;图1)。大小分布在每个殖民地从正态分布没有显著离开圣偏态和圣峰度为正态分布范围内的预期−2 + 2。没有统计(平均值、中值、范围、圣偏态和圣峰态)与污染显著相关的网站(在每种情况下,表1)。

4所示。讨论

本研究的目的是测试如果偏向更高频率的小蚂蚁,在以往的研究中发现成熟的殖民地Lasius尼日尔,也发生在这个物种的年轻的殖民地。基于我们的研究没有显著增加的小蚂蚁的分数被发现污染梯度。反过来,大型和成熟的殖民地之前被发现含有更大比例的小工人沿着梯度增加金属污染。因此,改变身体的形状大小分布的研究蚂蚁似乎与殖民地的发展阶段有关。在以前的和现在的研究中,我们使用相同的物种,研究区域,测量过程和同样数量的殖民地(,每个殖民地)和相同数量的个人()。因此,我们认为比较成熟和年轻的殖民地在这项研究应该是强制性的。

微量金属污染是导致一系列不良影响无脊椎动物(24- - - - - -27]。考虑到对形态的影响,金属污染可能引起形态畸形(28),发展不稳定的增加(29日,30.,减少身体大小(6,31日]。一般来说,三个机制可能突显出负面影响身体大小的金属/质量:(1)基于位移的基本金属毒性金属酶的活性位点,从而导致失去功能,(2)权衡解毒和能源分配的成本增长和发展(6,32),和(3)有限公司食品受污染地区的可用性(7]。在这项研究中我们得出结论l .尼日尔沿着污染可能发生某些形态的变化梯度,但与成熟相关的变化似乎是殖民地而不是年轻的殖民地。这个观察可能解释的殖民地发展和能源分配在殖民地。

蚂蚁的殖民地发展的三个主要阶段对其寿命可以区分33]。第一阶段称为“殖民地成立”的特点是缺乏成年工人;唯一的成人礼物是鸡蛋躺女王。殖民地的发展在这个阶段是弱依赖外部食物资源但仍严重依赖脂肪积累在女王的数量。的殖民地发展过渡到下一阶段,即人体工程学的阶段,是羽化的第一个工人。在这个阶段女王是只关注鸡蛋撒谎,而工人们关心的是抚养后代。因此,在这个阶段的能源投资殖民地致力于殖民地增长而不是复制或传播。当成年工人的数量达到一定程度,处女皇后和男性开始生产;从而殖民地进入生殖生长阶段。因此,年轻的殖民地抚养他们的资源分配给工人,从而促进殖民地增长,而成熟的殖民地之间共享能量分配的新一代工人和性等级。 Rearing males and females in mature colonies that are at the reproductive stage most likely needs more effort than simply rearing workers in the young colonies at the same reproductive stage. Tschinkel observed that workers of thePogonomyrmex蚂蚁在雄性和雌性喂养阶段失去20%的脂肪,发生在7月34]。因此,小工人观察分数的增加在成熟的殖民地,但不是在年轻的殖民地,可能产生影响的能量限制在集约化生产各显神通。

5。结论

我们没有找到环境污染增加的比例相对较小的工人在年轻的殖民地l .尼日尔是类似于前面的类比研究发现进行成熟的殖民地。这项研究的结果表明,体型单型的蚂蚁Lasius尼日尔可能发生变化的分布体型由于金属污染的交互和殖民地的阶段发展。能量限制在性投射饲养可能解释证明年轻和成熟的殖民地之间的区别。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项研究是由美国国家科学中心(NCN),基于决定12月2011/01 / D / NZ8/00167。

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