第一个工人的蚂蚁Camponotus obscuripes与相对较长的天线不同的异速生长的演变与其他更大的群体成员沟通

文摘

第一个工人由蚂蚁皇后与修道院的创始模式比第二代后的工人小得多,因此称为“nanitics。“这些nanitics肩膀初始群体的命运,因此可能不同的形态学改变的其他工人在成熟的殖民地来优化自己的群体的生存。我们在这里报告,在蚂蚁Camponotus obscuripes娃,异速生长的nanitics规则是不同于其他工人在成熟的殖民地,这表明nanitics构成一个独立的种姓与其他物种的士兵或王后。此外,天线nanitics显示最低的绝对长度差异与母亲女王相比其他特性测量。这个结果表明这使小尺寸不同c . obscuripesnanitics与殖民地的其他成员交流。我们的研究结果表明,多态社会影响工人的增长规则。

1。介绍

许多蚂蚁物种显示修道院的nest-founding模式中,一个脱翅的女王产生几1日工人只使用保留营养在她的身体1- - - - - -3]。Eclosed 1日工人远小于第二代后的工人,因此被称为“nanitics”[2]。nanitics是特殊工人的肩膀的命运的殖民地。由于资源的数量可以投入到生产nanitics有限的营养储存在女王的身体,大小和数量之间的平衡预计将发生在nanitics由女王(4]。事实上,这种权衡已经检测到的nanitics一妻制的蚂蚁Camponotus对虾娃,18665]。先前的研究表明,之间存在着负相关的数量和大小nanitics当女王的投资控制统计(5]。因此,nanitics被认为在严格限制的发展保持最优规模和数量之间的关系。这表明nanitics可能有不同的增长规则相关的形态学特征,体型与其他工人相比成熟的殖民地。

从这个方程的斜率和截距的分析,我们可以确定的增长规则特征。在某些情况下,异速生长的规则与体型的特征变化,即形态多态性。例如,雄鹿角虫,Prosopocoilus inclinatus(1857)Motschulsky显示二态性下颌骨大小的体型(6]。男性的下颌骨锹虫是一种特殊的器官用于与其他男性,和这两个变种采用不同的生殖策略(7,8]。因此,增长规则是焦生物的生态影响。

在蚂蚁,工人多态性分为五种类型,即,单型性,单相异速生长,二相的异速生长,三相的异速生长,并完成二态性(9]。物种展现出独特的多态性也有多个worker-morph,每一种都有不同的异速生长的规则对一些特征,例如,普通工人和士兵们一个巨大的头小蚂蚁属的物种大头蚁(完整的二态性(10]]。在这种明显的多态性,每个等级有不同的异速生长的规则对某些特征(例如,工人的头阿塔spp)。在这种类型中,异速生长的线有一个(或更多)拐点(s),这意味着有多个变形,每一种都有不同的异速生长的规则(9,11]。另一种类型是单相异速生长,在殖民地工人的大小存在着很大的差别,但是异速生长的规则是由一个简单的线性回归,Camponotus obscuripes娃1879属于这种类型12]。

在单相异速生长的蚂蚁,火红蚁布伦,1972,异速生长的规则已被证明根据菌落大小或不同社会形态(一妻制和一夫多妻制)13]。在美国invicta,异速生长的天线/身体大小的比值方程体长有负斜率(13]。在我们的解释,这一结果表明,天线的美国invicta受到约束的绝对长度,可能是因为蚂蚁与其他群体成员通过身体接触天线,因此,沟通可能出现只有工人与天线之间的类似的长度。

我们从这个考虑广义两个假设进行测试;(1)天线之间最小的发散特性大大小小的个体在一个蚂蚁,和(2)nanitics可能有不同的异速生长的规则数特征(特别是对于天线)与工人在成熟的殖民地,这意味着nanitics截然不同的形态种姓与士兵在完整的双晶的物种。

在这项研究中,我们测试了这些假设使用单相异速生长的蚂蚁,c . obscuripes。我们比较异速生长的规则的几个特点nanitics和工人在成熟的殖民地。此外,我们检查的程度绝对长度的差异检验特征nanitics和母亲之间的皇后。根据结果,我们测试了上述假设和将讨论蚂蚁的社会生活如何影响员工属于不同的形态生长规则。

2。材料和方法

2.1。研究生物

我们研究了单相异速生长的蚂蚁,Camponotus obscuripes。十八岁早期殖民地获得(见下文)。每个人被分为头、胸、右侧腿和腹部。这些身体部位固定在载玻片用粘合剂,干60°C测量前3天。所有测量特征是外骨骼的部分,因此,干燥不收缩的大小特征。

异速生长的规则在成熟的殖民地的工人检查使用样本从一个成熟的殖民地新泻词头,日本。33工人,覆盖了全尺寸范围的殖民地准备如前款所述。所有单独的身体部位拍摄与比例尺(10毫米)使用数码相机(WRAYCAM-NF300 WRAYMER,日本大阪)附加到双目显微镜(SZH、奥林巴斯、东京、日本)。

2016年秋季,十八岁早期殖民地(包括女王和一些nanitics)c . obscuripes从网上买了昆虫店(Ant-Room;http://www.antroom.jp/about.php)。收集所有的皇后在八王子在2016年的夏天,东京,日本。

2.2。形态学测量

我们测量几个形态特征的所有个人(见图1;头宽度(HW),头部长度(HL),胸腔长度(TL),前背板长度(PN)的长度对forefemur (FF) foretibia(英尺),midfemur (MF), midtibia (MT), hindfemur(高频),hindtibia (HT),宽度1段结束后腹部(AW),左触角柱身和长度()和触角的细绳(AF))使用免费软件0.001毫米(ImageJ版本。1.45)数码照片。成熟的殖民地,我们选择了33名工人,样品的全尺寸范围覆盖。对于殖民地的初期,我们测量了18皇后区,总共78 nanitics(2到7 nanitics /女王)。

首先,我们进行了主成分分析的工人在成熟的殖民地来确定体型指数。随着天线焦点目标,我们删除,从分析房颤。器官之间的关系的增长是由两个特征之间的异速生长的规则(14]。异速生长的分析,特征选择作为体型指数(选择方法,请参阅[15),页203 - 205),和其他特征的回归身体大小计算使用对数转换数据。最等距的特征主成分1用作体型指数(见[15),页203 - 205)。亚历山大-伍尔兹被选为身体大小的指标。然后,我们计算异速生长的方程为其余特征基于nanitics AW,工人们在成熟的殖民地,皇后使用对数转换数据。然后,为每个类线性回归方程计算。山坡上的拦截两个异速生长的方程为每个特征对3类使用ANCOVA中的比较。

第二,我们比较每个特征之间的绝对大小王后和她nanitics(工人的长度)/(女王的长度),以确定哪些特征显示了皇后和nanitics最低大小区别。使用76数据点为每个特征,我们比较每一对特征之间的显著差异的两个特征使用Wilcoxon配对测试。显著性水平是纠正使用Bonferroni调整为多个比较。此外,我们计算了相同比率的工人之间的成熟的殖民地最大和最小的工人(AW)。

3所示。结果

首先,之间没有显著相关性的大小相同的特质的女王和她的nanitics所有测量特征(皮尔逊相关系数;所有的特征,),也就是说,我们可以把每个nanitic的数据作为一个独立的数据点,因为这些结果表明,没有母亲女王和她的nanitics之间的表型相关。可能,预期遗传相关性一直受营养状况的差异皇后因为大小nanitics显示受初始数量的资源存储在他们的女王5]。因此,我们结合所有早期殖民地的数据统计分析。

图2显示了每个特征在每个类的异速生长的关系(nanitics,工人们在一个成熟的殖民地,和皇后)。在几个特征,有不同异速生长的斜坡nanitics和其他工人(即。、HW、HL、TL、FF英尺,和MF);Bonferroni调整后的差异是显著的多重比较(见图2)。但注意,房颤,没有区别在山坡上的三个类。工人在成熟的殖民地,只有HW的斜率是远比1.0,即单相异速生长。山坡上的居民、高频和HT不nanitics和其他工人之间的不同。总之,nanitic是一个截然不同的种姓,遵循不同的增长规则与其他工人的几个特征。

图3显示了一个侏儒的比例特征相同的女王母亲的特征(图3(一个))和最大的和最小的工人之间的那些成熟的殖民地(图3 (b))。在前,和房颤特征显示第一和第二最小绝对长度的差异相比,皇后区。这些差异仍显著Bonferroni调整后为多个比较(图3(一个))。因此,天线的两个部分(AF和)比女王最低长度的差异。虽然我们不能进行统计检验,这一趋势是相同的工人们在成熟的殖民地(图3 (b))。

4所示。讨论

我们的第一个发现是,naniticsc . obscuripes组成不同的形态种姓从这些不同的异速生长的规则数特征的其他工人的成熟的殖民地。nanitics在修道院的创始蚂蚁的存在被认为是导致他们的成功的生态系统(3]。由于有限的资源需要产生nanitics,预计规模和数量之间的平衡(4),和先前的研究支持这一假设5]。因为nanitics肩膀初始群体的命运,他们的体型应该强烈约束最优增长规则最大化殖民地生存。因此,毫不奇怪,nanitics具有不同的异速生长的规则与其他工人。我们的结果证明这一点,我们得出这样的结论:naniticsc . obscuripes从其他工人构成不同的种姓,像士兵与完整的二态性物种。

独特的异速生长的模式中3类(nanitics,其他工人,和王后)已经将我们引领到一个结论c . obscuripes是一种显示双相的异速生长,而不是先前认为的单相异速生长(9]。工人们在一个成熟的殖民地有一个简单的线性回归斜率在每个特征(图2)建议他们显示单相异速生长,但nanitics显示显著不同的斜坡上几个特征(即。、HW、HL、TL、PN FF,英国《金融时报》和MF)的工人在成熟的殖民地(图2)。这些结果表明,其他蚂蚁物种显示单相异速生长可能大幅二相的c . obscuripes。考试需要异速生长的规则nanitics证实这个假说。

HW中常见的二相的异速生长,即异速生长的斜坡,温和nanitics和皇后区但陡峭的其他工人(见图2)。这种模式在其他几个特征。例如,TL, PN, FF,英国《金融时报》,和HW MF显示类似的模式。值得注意的是这些特征被认为支持直接头的重量。先前的研究表明,工人的蚂蚁有相对较大的前背板有许多颈部肌肉,支持头部的重量(16]。HW(1.472)显著的异速生长的坡陡比1 (ANCOVA,,,),这表明HW的增加与身体大小不成比例。随着HW变得大,体重会增加的3次方HW的增加。因此,支持特征头部的重量将显示类似的HW异速生长的模式。在雄鹿虫与夸张的下颚武器,武器的支持性特征(头或前胸)也增大17,18]。

尚不清楚为什么工人的头部与身体大小不成比例地加大c . obscuripes。的扩大头大的工人c . obscuripes可以作为食品破碎机在士兵大头蚁spp。10]。然而,扩大头需要强有力的支持功能齐全的特点。因此,几个这样的特质(TL, PN, FF,英国《金融时报》,MF)可能显示一个类似的异速生长模式的HW。

后腿不显示上述模式,而似乎是单型的哦。后腿可能主要是用来支持腹部的重量,从而增加与腹部大小不管工人大小不断。这个假设似乎是支持的观察在高频和HT发现异速生长的模式。

第二个发现是最小的天线之间的绝对长度的差异或大或小的个人。图3(一个)显示的比例nanitic她母亲的特征尺寸。nanitics明显,AF的接近那些女王Bonferroni调整后与其他特征为多个比较(图2)。蚂蚁与家奴使用他们的天线。特别是,触角的细绳似乎是重要的,因为它包含了许多感官受体(19]。如果有一个大型AF个体间差异,有效的沟通是非常困难的。

这个约束来自社会性。作为殖民地的成员必须与家奴维持殖民地函数,天线的长度不能鸟巢成员之间差异显著。孤独的昆虫将会从这个约束和自由,因此,观察天线的特性可能被限制在社会昆虫。然而,我们不能测试这个假设使用蚂蚁因为没有蚂蚁没有社会性,不包括社会寄生虫(社会寄生虫的天线将成为类似的长度的宿主物种由于个人要求与主机通信)。然而,在社会黄蜂属于Polistinae第一工人小于后第二代(20.]。如果社会Polistinae黄蜂显示同样的趋势在触角的长度c . obscuripes我们可以测试尺寸约束假说通过比较触角长度的差异之间的体型孤独和社会黄蜂。最小的大型和小型个体之间的触角的长度差异将进化后获得社会性的特点。这个假设值得在将来的研究中被测试。总之,不同的社会性影响增长的收购规定不同种姓的蚁群优化殖民地生存效率。

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引用

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