PSZCZELNICZE ZESZYTY NAUKOWE Rok XXXIII 1989 WSTRZYMYWANIE SIĘ 'ROBOTNIC OD ZNOSZENIA JAJ TRUTOWYCH U PSZCZOŁY MIODNEJ APIS MELLIFERA L. * J a c e kra d w a n, M i c h a ł W o y c i e c h o w s k i Zakład Zoopsychologii i Etnologii Zwierząt UJ Zakład Zoologii Systematycznej i Doświadczalnej PAN Streszczenie W rodzinach pszczelich osieroconych lecz przy stałym uzupełnianiu określonej liczby larw lub jaj w matecznikach robotnice nie przystępują do składania jaj trutowych, zachowują się więc podobnie jak w obecności matki. Brak w tych warunkach skłonności u robotnic do reprodukcji mimo osierocenia. Potwierdzają to wyniki niniejszego doświadczenia. WSTĘP W rodzinie pszczoły miodnej (Apis mellifera L.) zarówno diploidalne, jak i haploidalne jaja są składane przez matkę, mimo że robotnice są potencjalnie zdolne do składania jaj haploidalnych. Kiedy w rodzinie zabraknie matki, u części robotnic następuje rozwój jajników i po 20-30 dniach po osieroceniu pojawiają się składane przez robotnice jaja trutowe (S e e l e y 1985). B u t l e r i inn. (1961) uznali, że kwas 9-oxy-decom-2-enolowy (9- -ODA) - feromon wytwarzany w gruczołach żuwaczkowych matki, powoduje hamowanie rozwoju jajników robotnic. W i l s o n (1971) oraz F l e t c h e r i R o s s (1985) uważają, że 9-ODA powoduje fizjologiczną sterylizację robotnic i jest substancją, która pozwala matce dominować nad robotnicami. Ostania jednak przeważa pogląd, że feromon ten nie działa jako inhibitor per se, ale raczej pełni rolę informacji, oddziałując pośrednio na zachowanie się robotnic (8 e e l e y 1985, Vel t h u i s 1985, Woyciechowski 1985, 1988, Wheeler 1986). Jak wykazali doświadczalnie J a y (1970, 1972, 1973), J a y i J a y (1976), oraz Kropacova i Holsbachova (1971), w rodzinie pozbawionej matki, a zatem przy braku 9-0DA, hamowanie rozwoju jajników robotnic jest powodowane obecnością w gnieździe czerwiu. S e e l e y * Praca została wykonana częściowo w ramach CPBP 04.03 1/2. 3
(1985) zauważył, że 20-30 dniowa przerwa między utratą matki a pojawieniem się jaj trutowych wydaje się być skorelowana raczej z cyklem rozwojowym czerwiu, niż z brakiem oddziaływania 9-0DA. Celem przeprowadzonych doświadczeń była ocena wpływu obecności larw robotnic oraz mateczników na składanie przez robotnice haploidalnych jaj w osieroconej rodzinie pszczoły miodnej. Ocena taka wydaje się istotna, ponieważ rozwój jajników robotnic nie zawsze musi być równoznaczny ze składaniem jaj trutowych. Nawet w obecności matki około 100/0robotnic w gnieździe ma dobrze rozwinięte jajniki, a mimo to nie stwierdza się pochodzących od nich jaj (J a y 1968, 1970). J a y (1970) badając wpływ larw i poczwarek na rozwój jajników robotnic w osieroconych rodzinach nie stwierdzał obecności jaj trutowych w czasie trzech tygodni trwania doświadczenia. W pracach J a y' a (1972, 1973) oraz K r o- p a c Q ve j i H a l s b a c h o v ej (1971) dotyczących także oceny wpływu czerwiu na rozwój jajników robotnic, nie ma informacji na temat składania jaj przez robotnice. MATERIAŁ I METODY Doświadczenie prowadzono w pasiece w Bolechowieach koło Krakowa w okresie od 7.06 do 29.07. 1986 r. W doświadczeniu użyto 4 rodziny pszczoły miodnej, pochodzące z lokalnej populacji. Rodziny te zawierały naturalnie unasienione matki. Wszystkie rodziny były trzymane w ulach typu wielkopolskiego. W okresie od 15.04 do 7.06 pszczoły były dokarmiane syropem w celu osiąnięcia jak największej liczebności rodziny. Doświadczenie rozpoczęto od podziału rodzin, którego dokonano w pniu 1 i2 dnia 7.06, a w pniach 3 i 4 dnia 18.06. Każda rodzina została podzielona na 3 części. Dwa odkłady, doświadczalny (A) i kontrolny (B) umieszczono w nowych ulach w miejscu dzielonego pnia, postępując zgodnie z metodą podziału na pół lotu. Oba były pozbawione matki i zawierały 3--4 plastry z czerwiem oraz zbliżone liczby robotnic. Część trzecią (C) pozostawiono w ulu, w którym do czasu podziału znajdowała się rodzina. W tej części pozostawiono matkę z częścią nielotnych pszczół i przeniesiono w inne miejsce pasieki. W dalszym ciągu doświadczenia odkłady la, 2A, 3A i 4A były doświadczalnymi, gdzie podawano larwy w matecznikach lub jaja w plastrze. Odkłady IB, 2B, 3B i 4B pozostawiono jako kontrolne, poddając je jedynie tak częstym przeglądom jak ich bliźniacze doświadczalne odkłady. Pozostałe części rodzin 1C, 2C 3C i 4C służyły jako źródło jaj i larw używanych w trakcie doświadczeń. W pniach tych stosowano dokarmianie syropem, aby pobudzić matkę do jak największej owulacji. W pierwszych dniach doświadczenia odkład 4B z przyczyn losowych uległ zniszczeniu. Odkłady la i 2A otrzymywały co 3 dni po 10 larw w sztucznych miseczkach matecznikowych. Vi miseczkach tych umieszczano na sucho 4
larwy w wieku poniżej 1 dnia. Sztuczne miseczki z larwami umieszczano pod górną beleczką ramki, której dolną połowę wypełniał plaster. Co 3 dni zabierano beleczkę z utworzonymi przez robotnice matecznikami ratunkowymi, a na jej miejsce wstawiano następną, zawierającą sztuczne miseczki matecznikowe z nowymi larwami. Odkłady oznaczone numerami 3A i 4A otrzymywały co trzy dni plastry zawierające w co najmniej 114 komórek jaja w wieku od 1 do 3 dni, pochodzące z ich macierzystego pnia (tzn. odpowiednio 3C i 4C). W ten sposób przez cały czas trwania doświadczenia w odkładach tych znajdowały się jaja i młode larwy. Jaja w pożądanym wieku uzyskiwano ograniczając matki w pniach 3C i 4C za pomocą izolatora przez 3 kolejne dni na jednym plastrze. W trakcie przeglądów, dokonywanych w odkładach doświadczalnych i kontrolnych co trzy dni, sprawdzano czy pojawiły się jaja trutowe oraz niszczono pojawiające się w pierwszych dniach doświadczenia mateczniki ratunkowe. W przypadku stwierdzenia obecności jaj trutowych, liczono je. Gdy liczba przekraczała 50 ich ilość oceniano szacunkowo dla uniknięcia zbyt długiego czasu przeglądu. WYNIKI W trakcie doświadczenia dokonano w sumie 13 przeglądów. Ich wyniki przedstawiono od momentu pojawienia się pierwszych jaj trutowych, to jest od 11 dnia doświadczenia (tab. 1.). Analizując zebrane wyniki łatwo zauważyć, że nie ma wyraźnej różnicy w liczbie jaj znalezionych w odkładach, które przez cały czas doświadczenia miały po 10 mateczników z larwami potencjalnych matek (la i 2A), a odkładami kontrolnymi (lb, 2B, 3B). Natomiast w odkładach, do których dokładano plastry zawierające 1 do 3 dniowe jaja (3A i 4A), tylko raz stwierdzono 4 jaja złożone przez robotnice. Jaja te, znalezione w roju 3A, zostały zniszczone przez robotnice, gdyż w trakcie następnego przeglądu nie stwierdzono ani jednej larwy. Najmniejszą liczbę jaj wśród odkładów kontrolnych znaleziono w pniu oznaczonym numerem 3B, w którym w 26 dniu doświadczenia stwierdzono wyczerpanie się zapasów pierzgi i miodu. Objawy niedokarmienia stwierdzono również w odkładzie 3A. DYSKUSJA Z przeprowadzonych doświadczeń wynika, że istnieje zależność między obecnością czerwiu, a wstrzymywaniem się robotnic od.reprodukcji, w rodzinach pozbawionych matki. Stała obecność w osieroconej rodzinie znacznej liczby larw wydaje się stanowić wystarczający bodziec hamujący 5
Tabela 1 Liczba jaj trutowych (O - brak jaj; 1 - od 1 do 5 jaj; 2 - od 6 do 50 jaj; "3- powyżej 50 jaj), w osieroconych odkładanych, w kolejnych dniach po osieroceniu (la, 2A - odkłady, którym podawano miseczki matecznikowe z larwami; 3A, 4A - odkłady, którym podawano plaster z jajami; lb, 2B, 3B - odkłady kontrolne). The number of drone eggs (O- no eggs; 1-1 to 5 eggs; 2-6 to 50 eggs; 3 - above 50 eggs) in orphaned nucleus colonies in the subsequnet days after orphaning (la, 2A- nuc1eus colonies where queen cells with larvae were introduced; 3A, 4A - nucleus colonies where combs with eggs were introduced; lb, 2B, 3B - control nuc1eus colonies). Odkład Cołony Dzień po osieroceniu Day after orphaning I I I I I I I I I I 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 Suma jaj Tota! eggs la O O O O O O 2 3 3 3 3 >220 2A O O O O O O O 3 3 3 3 >200 3A O O O O O O O 1 O O O 4 4A O O O O O O O O O O O O lb l O O O l O O 2 2 2 l 103 28 O 1 3 3 2 2 3 2 1 1 O >250 38 O O O O O O 2 2 I O O 39 składanie jaj przez robotnice. W czasie 41 dni doświadczeń tylko w jednym z dwóch odkładów, w których stale znajdowały się plastry z młodymi larwami, znaleziono zaledwie 4 jaja, natomiast w drugim nie stwierdzono ich wcale (tab. 1). Jest to zgodne z wynikami otrzymanymi przez Ja y'a (1970, 1972, 1973), który stwierdził, że obecność larw, poczwarek lub obu tych stadiów rozwojowych robotnic równocześnie, powoduje hamowanie rozwoju jajników robotnic w rodzinie pozbawionej matki. Co więcej, Kropaćova i Halsbachowa (1971) wykazały, że liczba robotnic z rozwiniętymi jajnikami jest odwrotnie proporcjonalna do liczby larw znajdujących się w osieroconej rodzinie. Przez cały czas trwania doświadczenia w odkładach, którym podawano plaster z jajami, osierocone robotnice budowały mateczniki ratunkowe. Dowodzi to, że robotnice percepowały informacje o braku matki w gnieżdzie, naj prawdopodobniej poprzez brak jej feromonów. Informacja ta nie powodowała jednak składania jaj trutowych przez robotnice. Nie uzyskano wyraźnych różnic w liczbie znalezionych jaj między odkładami kontrolnymi a tymi, którym podawano 10 sztucznych mateczników z młodymi larwami (tab. 1). Wynik ten wskazuje, że obecność nielicznych mateczników zawierających larwę potencjalnej matki nie stanowi wystarczającego bodźca powodującego wstrzymywanie się robotnic od reprodukcji. Wniosek ten jest zgodny z rezultatami doświadczeń J a y' a (1968, 1970, 1972), który stwierdził, że wychowywanie matek począwszy od stadium larwalnego do postaci imago nie wpływa hamująco na rozwój jajników robotnic. 6
Wśród odkładów kontrolnych najmniejszą liczbę jaj stwierdzono w pniu oznaczonym numerem 3B. Było to naj prawdopodobniej rezultatem wyczerpania zapasów pokarmu w tym odkładzie, bowiem zmniejszenie się ilości zmagazynowanego pyłku wpływa ujemnie na rozwój jajników u robotnic (M i c h e n e r 1974, S e e l e y 1985). Liczba 39 jaj znalezionych w odkładzie 3B różni się jednak wyrażnie od wyników uzyskanych w odkładach, którym dokładano plaster z jajami. Jaja trutowe znalezione w jednym z odkładów, którym podawano plaster z jajami (3A) zostały zniszczone przez same robotnice, co potwierdza wniosek o hamującym działaniu czerwiu na reprodukcję robotnic. Jak sugeruje J a y (1972) jest prawdopodobne, że informacji o obecności w gnieździe czerwiu dostarczają robotnicom lotne substancje wydzielane przez czerw. Tak więc feromony matki nie są jedynym czynnikiem powodującym sterylność robotnic. J a y (1972, 1973) stwierdził nawet, że obecność w osieroconej rodzinie dużej liczby larw czy poczwarek powoduje większy efekt hamowania rozwoju jajników robotnic niż obecność matki w rodzinie pozbawionej czerwiu. Wo y c i e c h o w s k.i i Ł o m n i c k i (1987) wykazali na modelu teoretycznym, że przy wielokrotnej kopulacji matki, które to zachowanie jest regułą u. pszczoły miodnej (W 0:t k e 1960, A d a m s i inn. 1977), dobór naturalny powinien prowadzić do zaniechania produkcji trutni przez robotnice w rodzinie z matką. W takim razie nie wydaje się uzasadnione twierdzenie, że wstrzymywanie się robotnic od reprodukcji jest wynikiem ich fizjologicznej sterylizacji przez feromon matki, co sugerują W i l s o n (1971) oraz F l e t c h e r i R o s s (1985). Relacja między matką a robotnicami wydaje się być bardziej złożona i jak sugeruje Vel t h u i s (1985) polega raczej na przetwarzaniu informacji otrzymywanych przez robotnice od matki i stosownym do nich zachowaniu. Można więc przyjąć za S e e l e y'e m (1985), Wo Yc i e c h o w s k i m (1985, 1988) i W h e e l er (1986), że reakcja robotnic na obecność czerwiu czy feromony matki, której rezultatem jest zaniechanie rozrodu, jest zachowaniem zwiększającym dostosowanie robotnic wykształconym na drodze doboru naturalnego. LITERATURA A d a m s J., R o t h m a n E. D., Ker r W. E., P a u l i n o Z. L. (1977) - Estimation of the num ber of sex alleles and queen matings from diploid male frequencies in a population of Apis mellifera. Genetics 86: 583-596. B u t l e r C. G., C a II o w R. K., J o h n s t o n N. C. (1961) - The isolation and synthesis of queen substance, 9-oxodec-trans-2-enoic acid, a honeybee pheromone. Proc. R. Soc. 155: 417-432. F l e t c h e r D. J. C., R o s s K. G. (1985) - Regulation of reproduction in eusocial Hymenoptera. A. Ret:. Ent. 30: 319-343. J a y S. C. (1968) - Factors influencing ovary development of worker honeybees under natura I conditions. Can. J. ZooL 46: 345-347. J a y S. C. (1970) - The effect of various combinations of immatur e queen and 7
worker bees on the ovary development of worker honeybees in colonies with and without queens. Can. J. Zool. 48: 169-173. J a y S. C. (1972) - Ovary devęlopment of worker honeybees when separated from worker brood by various methods. Can. J. Zool. 50: 661-664. J a y g. C. i197~) - The (!ffeds of lllying work~r homyb~~g (Allig mehiferu L.) and their brood on the ovary development of other worker honeybees. Can. J. Zool. 51: 629-632. J a y S. C., J a y D. H. (1976) - The effect of various types of brood comb on the ovary development of worker honeybees. Can. J. ZooL 54: 1724-1726. Kro p a c o v a S., H a I s b a c h o v a (1971) - The influence of queenlessness and of unsealed brood on the development of ovaries in worker honeybees. J. Apic. Res. 10: 57-61. M i c h e n e r C. D. (1974) - The social behavior of the bees. The Bełknap Press of Harvard University Press, Cambridge, Massachussets. S e e l e y T. D. (1985) - Honeybee ecology. Princeton University Press, New Jersey, 201 pp. Vel t h u i s H. H. W. (1985) - The honeybee queen social organization of her colcny. in: Holdobler B., Lindauer M. - eds, Experimental Behavioral Ecology and Sociobiology, G. Fisher Verlag, Stuttgart, New York: 343-357. W h e e 1e r D. E. (1986).- Developmental and physiological determinants of caste h social Hymenoptera: evolutionary implications. Am. Nat. 128: 13-34. W i l s o n E. O. (1971) - The insect societies. Bełknap Press of Harvard University Press, Harvard, Massachussetts, 548 pp. W o y c i e c h o w s kim. (198~) - Socjobiologia, ewolucja altruizmu a pszczelarstwo. Przeol, zoo!. 3: 269-292. W o y c i e c h o w s kim. (1988) - Społeczeństwa błonkówek - altruistyczne czy egoistyczne osobniki. Kosmos 37: 81-89: W o y c i e c h o w s kim. i Ł o m n i c k i A. (1987) - Multiple mating of queens and the sterility of workers among eusocial Hymenoptera. J. theotet. Biol. 128: 317-327. W o y k e J. (1960) - Naturalne i sztuczne unasienianie matek pszczelich. Pszczelo Zesz. nauk. 4: 183-273. THE WORKERS' ABSTENTION FROM LAYING DRONE EGGS IN THE HONEYBEE (APIS MELLIFERA L.). J. R a d wa n, M. W o y c i e c h o w s k i Summary The influence of the presence of worker larvae and potential queen lar vae on the laying of hap loid drone eggs by workers was studied in queenless colonies of the honeybee (Apis mel!ifeta L.). Each of the four colonies used in the experiment was divided into three parts: a part containing the queen and two orphaned parts, an experimental one and a control one. The latter two contained the same number of workers of a similar age structure. Ten 1-day old larvae in artificial queen cells were introduced into each of two experimental nucleus colonies. The two remaining experimental nucleus colonies each received a comb containing eggs from one to three days of age. Every three days, the larvae in queen cells and the a comb containing eggs were exchanged 8
for new ones, and the experimental and control nucleus colonies were checked for the appearance of drone eggs (Tab. 1). No distinct differences in the number of drone eggs have been found between control nucleus colonies and those whith larvae in queen cells Their num bers were signif icant ly greater than those observed in nucleus colonies where combs with eggs were introduced. Only one of those nucleus colonies contained only four drone eggs, all of which were later destroyed by the workers. Such results support earlier observations to the effect that the presence of worker larvae in a celony has a similar consequence as the presence of the queen, i.e. the workers' abstention from laying drone eggs. Further, the reasons for the workers' abstraction from reproduction are discussed as an effect of evolutionary adaptation, and not as a result of the sterilising effect of queen feromones.