A novel behavioral assay is described for investigating the short term gustatory responses of the mouthparts of freely-moving bumble bees (Bombus terrestris) toward nutrients and toxins in solution.
Polinizadores generalistas como el abejorro piel de ante-atado, Bombus terrestris, se encuentran con ambos nutrientes y toxinas en el néctar de flores que recogen de plantas con flores. Sólo unos pocos estudios han descrito las respuestas gustativas de abejas hacia toxinas en los alimentos, y estos experimentos han utilizado principalmente la respuesta de extensión probóscide de las abejas melíferas restringidas. Aquí, un nuevo ensayo de conducta se presenta para medir las respuestas de alimentación de libertad de movimiento, trabajador individual abejorros a los nutrientes y toxinas. Este ensayo mide la cantidad de solución ingerida por cada uno de abejorros e identifica cómo estimulantes del gusto en los alimentos influyen en la microestructura del comportamiento alimentario.
Las soluciones se presentan en un tubo microcapilar de abejorros individuales que han sido hambre anteriormente para 2-4 hr. El comportamiento es capturado en el vídeo digital. La estructura fina de la conducta de alimentación se analiza al anotar continuamente la posición de la probo(LIC) partes de la boca de grabaciones de vídeo que utilizan el software de registro de eventos. La posición de la trompa está definido por tres categorías diferentes de comportamiento: se amplía (1) trompa y en contacto con la solución, (2) trompa se extiende pero no en contacto con la solución y (3) trompa se guarda debajo de la cabeza. Además también se estima la velocidad de la trompa de retracción lejos de la solución.
En el presente ensayo, el volumen de la solución consumida, el número de episodios de alimentación, la duración de los episodios de alimentación y la velocidad de la retracción proboscis después del primer contacto se utiliza para evaluar la actividad de la disuasión de los compuestos ensayados phagostimulatory o.
Este nuevo ensayo de sabor permitirá a los investigadores medir cómo los compuestos que se encuentran en el néctar influyen en el comportamiento de alimentación de las abejas y también serán útiles para los biólogos, toxicólogos y polinización neuroethologists estudian sistema del gusto del abejorro.
las interacciones planta-polinizador son complejas. Polinizadores visitan las flores para obtener el néctar y el polen como alimento; a su vez, los polinizadores facilitan la reproducción sexual en las plantas. Si bien esta relación es principalmente mutualista, néctar de flores y polen a veces contienen toxinas o compuestos de otra planta 1-5 que puede dañar a los polinizadores. La racionalidad ecológica para la presencia de estos compuestos en el néctar y el polen no está claro en todos los entornos. Una cuestión pendiente en este campo es como polinizadores como las abejas pueden detectar y evitar las flores con néctar que contiene toxinas.
Las especies de abejorros Bombus terrestris, (Linnaeus, 1758), es un polinizador generalista que visita las flores de muchas especies de plantas incluidas las que producen el néctar que contiene toxinas 6. Abejorros se han demostrado para evitar soluciones que consumen contienen altas concentraciones de toxinas en un ensayo de 24 hr de dos elección 7. Este ensayodel consumo de alimentos descrito por Tiedeken et al. 7 revelaron que las abejas pueden detectar compuestos amargos en soluciones. Sin embargo, este ensayo fue incapaz de distinguir el sabor de los procesos de post-ingestivas como malestar general, que también podría afectar el comportamiento de alimentación durante este tiempo de intervalo 8-10.
Las abejas poseen sensilla gustativa en sus antenas, piezas bucales y tarsos para detectar compuestos 11-13. El reflejo de extensión probóscide (PER) experimentos implican restringir las abejas individuales en un arnés y luego la estimulación antenal sensilla de la abeja para producir la alimentación reflejo 14-17. Las abejas pueden estar sujetos mediante arneses individuales y luego estimulados para producir el reflejo de la alimentación como un ensayo de su capacidad de probar compuestos 18,19. Otros han modificado el ensayo PER para estudiar la sensibilidad de las antenas o partes de la boca a las toxinas 9,20. Sin embargo, las abejas son sometidos a estrés durante el aprovechamiento. Esto podría afectar la formaresponden a los compuestos 21.
Aquí, un nuevo ensayo se describe para evaluar la respuesta al gusto del comportamiento de libertad de movimiento de los abejorros a la sacarosa y la quinina, un alcaloide que ha sido previamente informado para ser disuasivo 9 y tóxico 10 para las abejas melíferas (Apis mellifera) y abejorros (Bombus terrestris) 7, 22. A pesar de que la quinina no se ha encontrado en el néctar de las plantas, este alcaloide se utiliza a menudo como un estímulo aversivo en estudios fisiológicos y de comportamiento en las abejas 7,9,12,13,22. El método consiste en la grabación de partes de la boca a los abejorros el vídeo con gran resolución durante el contacto inicial trompa con las soluciones de ensayo. Específicamente, la estructura fina de la respuesta de alimentación se examina al anotar continuamente comportamiento durante un intervalo de 2 min. El volumen de la solución consumida se mide durante el período de alimentación y por lo que la cantidad de alimentos ingeridos se puede correlacionar con la microestructura deel comportamiento de alimentación. También se mide la velocidad de la retracción proboscis, como un indicador de una evitación activa, y por lo tanto la detección pre-ingestiva.
Con este ensayo conductual novela, se muestra la quinina para disuadir la alimentación de la abeja del manosear piel de ante-atado. El tiempo de contacto trompa reducida y la frecuencia de alimentación pelea con el agua o la solución de sacarosa mezclada con la quinina se interpreta aquí como un rechazo para iniciar la alimentación aún más en las soluciones no nutritivos o potencialmente tóxicas. Cuando se añade a la solución de quinina 1 M de sacarosa, abejorros no sólo reducen el volumen de solución que consumen, que también se retraen la trompa más rápido, reduciendo así el tiempo de contacto entre las partes de la boca y la solución que contiene una toxina. En conjunto, estos resultados sugieren que la quinina es percibido por las células receptoras gustativas sobre las partes de la boca de la abeja del manosear, como ya se ha identificado previamente en la abeja de la miel 9. La quinina es una toxina para insectos que induce un comportamiento similar al malestar en la abeja de la miel 10 y caída en el mosquito de la malaria (Anopheles gambiae) 23. Este ensayo también podría conducir a la Identificadoión de algunos compuestos de disuasión y potencialmente tóxicos que son percibidos por las células receptoras del gusto de las piezas bucales en los abejorros.
Es crucial para el tubo microcapilar para ser llenado con un volumen suficiente de solución de prueba para durar a lo largo de la fase de prueba. Se recomienda que al menos alrededor de tres cuartas partes del tubo microcapilar (por ejemplo, 70 a 80 l) se llena. Sin embargo, se debe tener cuidado para no llenar completamente el tubo microcapilar para reducir el riesgo de vertido durante el proceso de escaneo y de fijar el tubo microcapilar para el aparato experimental. También se debe tener cuidado cuando se presenta la gotita mM sacarosa 500 y el abejorro, de modo que el experimentador Evita fugas de la gota en el tubo de retención.
El agujero de 4 mm en la punta del tubo de retención es lo suficientemente grande para un trabajador adulto de abejorros para extender de forma natural su trompa hacia la solución de ensayo. Sin embargo, es posible queabejorros pueden probar la solución con sus antenas antes de extender sus probóscides. Esto podría afectar a la probabilidad de extensión trompa como PER podría ser obtenido en abejorros mediante la estimulación de sus antenas con una solución de azúcar 15. De hecho las antenas de himenópteros como la avispa parasitoide (Trissolcus brochymenae) 24 o la miel de abeja 13 están equipados con sensilla gusto, lo que les permite degustar los azúcares y las toxinas como la quinina. En consecuencia, las antenas contactos iniciales con soluciones que contienen compuestos altamente disuasivos como la quinina también podría reducir la motivación de un abejorro para extender su probóscide y por lo tanto afectar la tasa de éxito experimental. Aunque el contacto antenal con la solución de prueba no puede ser controlado, en el presente estudio no se encontró ningún efecto significativo de contacto antenal en la extensión trompa hacia la solución de ensayo. En este ensayo, inmediatamente la configuración del tubo capilar se después de la fase previa a la prueba wgallina antenas a los abejorros 'están todavía dentro del tubo de retención pueden reducir la posibilidad de que los abejorros al gusto la solución problema con sus antenas.
La principal limitación de este ensayo se plantea cuando el seguimiento de la retracción trompa lejos de la solución de prueba después del primer contacto trompa usando el software de seguimiento de movimiento de vídeo. Las secuencias de vídeo sólo muestra el movimiento 2D de la trompa, por lo que la salida dada de la medición de la velocidad puede ser menor o mayor estimada. Sin embargo, con algunas modificaciones, este aspecto del ensayo podría mejorarse.
Este ensayo se puede utilizar para observar las respuestas naturales de alimentación hacia soluciones que contienen diferentes compuestos que incluyen metabolitos secundarios de plantas naturales que se producen. La observación de las respuestas inmediatas de alimentación con este ensayo proporciona información detallada acerca de cómo los abejorros detectan estos compuestos. Esto es ventajoso sobre existente "pasa-no pasa 'métodos como el PER 18,19 </sup> Y más de dos ensayos de elección 7 ya que este método produce una serie de medidas de respuesta del comportamiento, incluyendo el consumo de alimentos durante un combate de alimentación discreta.
La medición de varios parámetros simultáneamente permite una mejor evaluación de la palatabilidad de un compuesto. Por ejemplo, en nuestro ensayo, abejorros evitar el consumo de agua o la solución de sacarosa mezclada con la quinina. La retracción de la trompa puede ser causado por un cambio en las respuestas de las células receptoras de azúcar 12,13. Nuestro ensayo muestra que los abejorros se retraen la trompa más rápido después de poner en contacto la solución de sacarosa más quinina que el agua sola; Esto podría sugerir que la quinina afecta a un conjunto distinto de neuronas, además de la inhibición de las neuronas de detección de azúcar 9,12,13,25.
Nuestro ensayo permite el análisis del patrón temporal de las respuestas de comportamiento durante la alimentación. Un protocolo similar en el que se mide el tiempo de consumo y el número de episodios tiene allistos sido implementados para evaluar la respuesta de alimentación de Drosophila a los azúcares nutritivos y no nutritivos 26. Nuestra predicción es que las abejas presentan una respuesta más fiable de estimulantes de la alimentación en nuestro ensayo que en otros métodos tales como PER porque las abejas son libres de moverse en el tubo de retención 21. Esta técnica permitirá un análisis exhaustivo de los umbrales del gusto por los nutrientes y toxinas para iluminar los mecanismos de alimentación en abejorros y potencialmente otras especies de abejas.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue financiado por la subvención Leverhulme Trust (RPG-2012-708) y una subvención BBSRC (BB / M00709X / 1) de la VAG.
Bumblebee colonies | Koppert Biological Systems | NATUPOL Beehive | |
Digital microscopic camera | Dino-lite Europe | AM4815ZT | Dino-Lite Edge |
100 μl microcapillary tube | Blaubrand IntraEND | 709144 | |
15 ml polypropylene centifuge tube | Fisher Scientific | 11849650 | |
1 ml disposable plastic luer slip syringe | BD | 300013 | |
Dell Latitude 3550 laptop | Dell | Check for compatibility with video software | |
Canon CanoScan LiDE 120 | Canon | Check for compatibility with the computer/laptop | |
Observer software version 5.0.25 | Noldus | ||
Kinovea software version 0.8.15 | Kinovea | ||
silicone tubing | 6 cm length, 1 mm inside Ø & 6 cm length, 4 mm inside Ø | ||
Male luer x 1/16" standard hose barbed polypropylene adapter | Cole-Parmer | TW-45518-22 | |
Female luer x 1/16" standard hose barbed polypropylene adapter | Cole-Palmer | TW-45508-12 | |
Steel mesh | 0.5 mm mesh size | ||
Sucrose (grade II) | Sigma-Aldrich | S5391 | |
Quinine hydrochloride dihydrate | Sigma-Aldrich | Q1125 | |
ImageJ software version 1.48 | ImageJ |