A Visual Guide for Studying Behavioral Defenses to Pathogen Attacks in Leaf-Cutting Ants

Stephen Nilsson-M&#248;ller; Michael Poulsen; Tabitha M. Innocent

doi:10.3791/58420

JoVE Journal > Behavior

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Behavior

מדריך חזותי ללמוד ההגנות התנהגותית כדי הפתוגן בפיגועי חיתוך עלה נמלים

Published: October 12, 2018

doi:

10.3791/58420

Stephen Nilsson-Møller¹, Michael Poulsen¹, Tabitha M. Innocent¹

¹Centre for Social Evolution, Section for Ecology and Evolution, Department of Biology,University of Copenhagen

Summary

אנו מציגים כמדריך חזותי כדי מחלת ההגנה התנהגויות חיתוך עלה נמלים, עם קליפים בודדים והגדרות הנלווה, מאויר בתרחיש של זיהום ניסיוני. המטרה העיקרית שלנו היא כדי לסייע לחוקרים אחרים לזהות התנהגויות הגנתית מפתח וכדי לספק הבנה משותפת למחקר עתידי בתחום זה.

Abstract

אורח החיים מורכבים, היסטוריה אבולוציונית של שיתוף פעולה מתקדם, והגנות המחלה של נמלים חיתוך עלה טוב נלמדים. למרות מחקרים רבים תיארו את התנהגויות הקשורות במחלה ההגנה, ושימוש המשויך של כימיקלים, antimicrobials, אין התייחסות חזותי נפוץ הפך. המטרה העיקרית של מחקר זה היה להקליט סרטוני קצר של התנהגויות מעורב ההגנה המחלה, מניעה והן באופן ישיר ממוקד כלפי אנטגוניסט של המושבה בעקבות זיהום. לשם כך השתמשנו ניסוי זיהום, עם מושבות תתי המינים נמלה חיתוך עלה Acromyrmex echinatior, ואת האיום המשמעותי ביותר פתוגניים ידוע על היבול פטרייתי של הנמלים (Leucoagaricus gongylophorus), מיוחדת פטריה פתוגניים של הסוג Escovopsis. אנו שצולמו, לעומת מושבות נגוע ולא נגוע, בשלבים מוקדם והן מתקדמות יותר של זיהום. אנחנו לכמת מפתח התנהגויות הגנה על פני טיפולים ולהראות התגובה ההתנהגותית להתקפה הפתוגן, סביר משתנה בין הקאסטות השונות של נמלים העובד, לבין גילוי מוקדם ומאוחר של איום. מבוסס על ההקלטות שיצרנו ספרייה של קליפים התנהגותית, בליווי הגדרות של ההתנהגויות הראשי הגנתית בודדים. אנו צופים כי מדריך כזה יכול לספק מסגרת התייחסות משותפת עבור חוקרים אחרים לעבוד בתחום זה, להכיר וללמוד את התנהגויות אלה, וכן לספק טווח גדול יותר לצורך השוואת מחקרים שונים ובסופו של דבר לעזור להבין טוב יותר את התפקיד התנהגויות אלו לשחק בהגנה המחלה.

Introduction

חיתוך עלה נמלים הן מתקדמות חרקים חברתיים, ויוצרים כמה מן המושבות המורכבים ביותר על פני כדור הארץ. הם ענף נגזרת של הנמלים גידול הפטרייה (שבט Attini) בהיקף של שני סוגים Acromyrmex , אתא¹. הם בנצלה את היבול פטרייתי Leucoagaricus gongylophorus (פטריות בסיסה: Agaricales), אשר הם מסתמכים על²^,שלהם מקור המזון העיקרי³. הנמלים לספק ודניס עם עלים טריים חומר הצמיחה שלה, ומייצרת הפטרייה בתמורה עשירות נפוחות hyphal עצות (gongylidia) שנצרכים על ידי הנמלים ואת הגוזלים שלהם. מושבות נבנים מתחת לאדמה, החיתוך פטרייתי נשמרת ב גני חיצוני⁴^,⁵, ולהגן על החקלאים נמלה מונוקולטורה היבול שלהם פוטנציאל פתוגנים⁶^,⁷^,⁸ ^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹². מושבות לחלק את העבודה בין העובדים גודל שונים (כת) בגיל¹³^,¹⁴^,¹⁵, אשר מרחיב את ההגנה של נמלים, חיתוך של פתוגנים.

אנו עשויים לצפות כי מושבות נמלים חיתוך עלה להיות פגיע למחלות. קבוצת חיים צפוי להקל על התפשטות מחלות בין עובדים הקשורות בשל האינטראקציות בתדירות גבוהה, לפיכך, שידור קל¹⁶. הנמלים רגישים entomopathogenic טפילים פטרייתיים, כמו מינים Metarhizium ו Beauveria bassiana⁶. טפילים אלו הם generalists, והם לעתים קרובות להציג באדמה בקרבת קינים⁷^,⁸. חקלאות של החיתוך פטריה כפי מונוקולטורה⁴^,⁵ מקל עשוי גם להיות רגישים למחלה¹⁷^,¹⁸. זה יכול להיות נגוע על ידי טפילים פטרייתיים ההפרכה (כולל אספרגילוס ניז’ר ו Trichoderma מינים³); עם זאת, האיום המשמעותי ביותר הוא פטריה necrotrophic מומחה של הסוג Escovopsis (פטריות שק: Hypocreales)¹¹. באמצעות הפרשת אנזימי mycolytic ותרכובות אחרות, Escovopsis הורג והוא מקבל חומרים מזינים הפטרייה חיתוך¹², עם השלכות שעשויות להיות קטלניות עבור מושבות נמלים¹¹^,¹⁹.

כדי להילחם במחלה איומים, הנמלים יש הגנות מדהים ברמת הפרט והן המושבה, שילוב של הדברה ביולוגית, הגנות כימיות ובעיות התנהגות לפעול מניעה ו, בעת הצורך, בתגובה לזיהום. באופן קולקטיבי, הגנות אלה למנוע או להפחית את ההשפעה של זיהומים ההפרכה פתוגנים והן מומחים כגון Escovopsis. באופן כללי הם כוללים הימנעות ההתכווצות של טפילים הסביבה²⁰, מניעת טפילים של הזנת את הקן, והגבלת התפשטות הזיהום קינים. השורות הראשונות של ההגנה כוללים כימיקלים מן הפרשות בלוטות³^,²¹^,²²^,²³^,²⁴^,²⁵^,²⁶^, ²⁷ לחטא צמחים מצעים, דרך עובדי מלקקת אותם לפני התאגדות פטריה בגינה, נמלים בביצוע עצמי והן allogrooming. לטפח את עצמם, במיוחד עם כניסתו הקן, עובדים עשויים לחול גם הפרשות צואה חומצי ל שלהם הגוף²⁷. הגנות אלה מניעתי חשובים כאפשרית למנוע זיהום על ידי איומים פתוגניים⁶^,⁷^,⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^, ¹².

אם ההגנה הראשונית להיכשל חיידק כגון Escovopsis מצליחה בהזנה הקן והגן פטריה, ואם זיהום מתגלה בשלב מוקדם, הנמלים להשתמש פטריה לטפח להסרת הנבגים²⁵^,²⁸_. הנמלים להחיל הפרשות בלוטות metapleural או להעביר את הנבגים הכיס infrabuccal (חלל הפה), שם הם מעורבבים עם קוקטייל כימיות המכילות metapleural ושפתני בלוטת הפרשות²⁶. ישנם יותר מ-20 תרכובות ידועות בבלוטות אלה, לרבות γ – keto-, קרבוקסילית- חומצות indoleactic³. אלה הן באופן פעיל יישומית²⁵, יש תכונות אנטיביוטיות, fungistatic, אנטי-פטרייתית²⁹, יכול לעכב נביטה נבג Escovopsis ³⁰. נבגים לאחסן בכיס infrabuccal מגורשים מאוחר יותר בחוץ המושבה³¹^,³². רוב ודניס לטפח בעקבות זיהוי בשלב מוקדם מתבצעת על ידי עובדי משנית²⁸^,³³. עם זאת, אם מנהל למנוע זיהוי חיידק מתפשט בתוך הגן פטריה, קלים הגדולות עובדים עשב נגוע חלקי פטריה²⁸וגם שהוסר החומר מועבר מחוץ לקן³¹. בנוסף, לתחזק מינים של הסוג עלה וגזירה Acromyrmex להשתמש הדברה ביולוגית בצורה של אנטיביוטיקה המיוצר על ידי השיתופיות Actinobacteria³⁴^,³⁵^,³⁶— לציפורן נמלה³⁷של עובדים גדולים בעיקר צעירים³⁴^,³⁸^,³⁹^,⁴⁰— לייצר תרכובות למנוע צמיחה mycelial של Escovopsis ³⁴ ^, ³⁸ ^, ⁴¹. הייצור לאנטיביוטיקה זה בתורו עשויה להיות לקוי על ידי Escovopsis-המיוצרים תרכובות במהלך זיהום¹⁹.

איור 1: תכוניות מורפולוגיות נמלה. שרטוט סכמטי של נמלה מציג את מבנה מורפולוגי מצויה בפרוטוקול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

חיתוך עלה נמלה ההגנות מהווים, אפוא, הרכבה משולב של מנגנונים התנהגותיים, כימי קולקטיבי לספק לנמלים אלו הגנה יעילה מאוד מפני מחלת⁴². הבנת ההגנות האלה היא עניין רחב, הם היו חקר בהרחבה¹⁶^,²⁰^,⁴²^,⁴³^,⁴⁴. עם זאת, אוסף ויזואלי של ההתנהגויות הגנתי זה יעזור הגדרה ברורה וחד משמעית ותיאור מהם עבור שימוש שיטתי על ידי חוקרים היא, הידע שלנו, לא זמין. אף על פי המינוח המשמש לתיאור התנהגות נמלה יתוקנן יחסית, אין לכן שום ודאות אותן פעולות התנהגותיות נקראים באופן עקבי במחקרים שונים. כאן, המטרה העיקרית שלנו היא למלא את החסר על-ידי מתן הבהירות ואת האחדתו דרך אוסף של הקלטות וידאו של התנהגויות מניעתי ומתגונן בודדים בליווי הגדרות המשויכים. צילמנו סרטוני אלה במהלך בניסוי התנהגותי, שבו אנו שנצפו, לכמת התנהגויות בהקשר של זיהומים Escovopsis ניסיוני של מושבות תת Acromyrmex echinatior , תוצאותיה אנו מציגים גם כאן כמו דוגמה להמחשה איך אוסף זה יכול לשמש למחקרים התנהגותיים.

Protocol

1. בידוד Escovopsis לבודד זני Escovopsis Acromyrmex echinatior מעבדה מושבות, על ידי הצבת פטריה שברים הגן, עם נמלים הוסר, על צלחת פטרי עם צמר גפן לח במשך מספר ימים עד Escovopsis נובט sporulates. להעביר את הנבגים פלטות אגר דקסטרוז תפוחי אדמה (PDA, 39 g/L), תקופת דגירה-ca. 23° C כשבועיים.הערה: זן אחד שימש במחקר הנוכחי. השתמש מחט סטרילית לבחור בוגר נבגים של הלוחיות הראשון. לאסוף מספיק נבגים כדי לכסות את קצה המחט. לחסן נבגים על צלחות חדש בתנאים סטריליים, דגירה ב ~ 23 מעלות צלזיוס במשך כשבועיים. כאשר hyphae כיסה את הצלחת כולה התפתחה נבגים חום בוגרת, חזור על שלב 1.3 אבל הפעם עם נבגים מהצלחת PDA חדש. חזור על התהליך עד מלאי נקי של Escovopsis עבור כל זן רכשה (חומציות גלוי גוברת על או מתחת לפני השטח צלחת). 2. הגדרת ניסיוני השתמש שלוש מושבות echinatior א .הערה: כאן המושבות Ae160b, Ae322, Ae263 שימשו. מהמושבה לכל, להפוך 12 המושבות המשנה. להפוך את ששת המושבות תת להשגחה לאחר הו ששת המושבות תת להשגחה לאחר 72 h. זה נותן סכום כולל של 36 מושבות משנה; לסמן חצי של המושבות משנה כל המושבה ‘אב’ כפקד, ואת החצי השני ‘כטיפולEscovopsis’ .הערה: בזמן במושבות הורה הנוכחות של מלכה משפיעה על התנהגות העובד, אנחנו מצפים (למרות שזה לא ניתן להבטיח), כי מושבות תת המלכה-פחות צפויים להתנהג כמו מושבות queenright לתקופה קצרה של זמן שמפעיל הניסוי. לשימוש בכל מושבה תת, קופסה מרובעת של אורך: ~ 3.15 ב (8 ס”מ), רוחב: ~ 2.17 in (5.5 ס”מ) ועומק ~ 1.77 אינטש (4.5 ס מ).הערה: הנקודה החשובה היא לספק די שטח עבור נמלים מחוץ השבר פטריה מספוא, לזרוק פסולת, אבל באותו זמן כדי להפוך את תיבת קטן מספיק צילום וזיהוי התנהגות הוא ריאלי. כל המושבה משנה, להוסיף חתיכת תה-כפית בגודל (כ 2.2 ס”מ3 ו- 1.2 גר’) של החלק המרכזי של הגן פטריה (ל’ gongylophorus) מן המושבה המקורי, כמה עלי הפטל, ואת חתיכת צמר גפן ספוג במים.הערה: הכותנה מספק לחות. זה צריך להיות לא נוטפים מים, לא צריכים לגעת הגן פטריה. עבור תת מושבות שטופלו Escovopsis, להשתמש ללולאה חיסון הפתח ולמלא אותו אז הוא פשוט מכוסה על ידי נבגים Escovopsis . לחסן את הנבגים על-ידי בעדינות הקשה חלק קטן, המותאמות לשפות אחרות של הגן פטריה עשר עד עשרים פעמים כך נבגים אינם מקובצים מדי. עבור מושבות המשנה להשתמש כפקדים, לחקות את היישום של Escovopsis אל הגן פטריה עם לולאה חיסון סטרילי.הערה: למרות שזה לא נעשה בניסוי הנוכחי, ניתן לבצע את חיסון של אבקה סטרילי (כמו גרפיט או אבקת טלק) בשלב זה כדי להבדיל בין זיהום עם. חיידק סוכן אינרטי. עבור תצפיות 72 h, להשאיר חצי של המושבות המשנה (שולט וגם נגוע) במשך 72 שעות לאחר החדרת Escovopsis לפני הוספת נמלים או ייזום הקלטת וידאו.הערה: מחכה 72 h בהיעדרו של נמלים עושה את זה סביר כי Escovopsis נבגים לנבוט (שלא פורסמו במבחנה נתונים); למרות זאת גם מגדילה את הסיכוי של זיהומים נוספים (לדוגמה מפטרייה כבר נוכח הגן פטריה), פרק זמן זה עדיפה לטיפול הזה לייצג את השלבים המוקדמים של הזיהום הוקמה. עבור 0 h תצפיות, ישירות אחרי שלב 2.6 ו כ 30 דקות לפני הקלטה, להוסיף דגירה שני, ארבעת הפועלים קטין, ארבעת הפועלים העיקריים בו זמנית מהמושבה האב כל תיבה. השתמש שתי הגדולות עובדים בתוך הגן אשר הנך צעירה עם פיגמנט בהיר, עם מכסה לרוב הקוטיקולה Actinobacteria. קח את השני שניים בחוץ בגינה, עם פיגמנט כהה, Actinobacteria רק מכסה את הצלחות laterocervical. עבור תצפיות 72 h, חזור על 2.8 ו 2.8.1-30 דקות לפני הקלטת, קרי, h 71.5 לאחר חיסון עם Escovopsis.הערה: ניסיוני מושבות משנה קטנים משמעותית הקים מושבות Acromyrmex טבעי. הדבר נחוץ כדי להקליט באופן מדויק את ההתנהגות. בזמן זה עשוי להשפיע התדירות של התנהגויות מסוימות איכותית, ההרכב של מושבות המשנה נבחר כדי לשקף את התמהיל של העובדים במושבות טבעי יותר סביר איכותית לשקף את האינטראקציות התנהגותית. 3. הקלטת וידאו והניקוד התנהגויות להשתמש אנדוסקופ USB מחובר מחשב נייד (או שווה ערך) ומספקים אור מספקת. כל המושבה משנה, לבצע הקלטת וידאו במשך 4 שעות (החל 0 h או 72 שעות לאחר הפגיעה). לאחר הקלטת המושבות תת 36, לסקור סה כ 144 h של צילומים והניקוד התנהגויות כל עניין לכל האנשים במושבה משנה כל.הערה: בדוגמה הניסיונית הנוכחית, היינו צריכים לכלול שתי מושבות משנה (פקד מהמושבה Ae160b) ומושבה תת טיפול מהמושבה Ae322 עקב זיהום עם פטריות חוץ Escovopsis, להפחית את המספר הכולל של שעות של תצפיות כדי 136. בכל פעם התנהגות נצפית, להקליט את זה כמו מופע 1.הערה: התנהגות יכולה להיות של משך זמן קצר או ארוך, אלא רק את התוצאה זה > 1 אם זה נקטע על ידי התנהגות אחרת, או אם הנמלה הוא פסיבי עבור תקופת זמן. 4. התנהגויות הערה: הגדרות התנהגותית נעשו באמצעות שילוב של תיאורים קודמות מחקרים23,27,28,31,45 , תצפיות אישי. ראו איור מפורט לראווה מבנים מורפולוגיים חשובים המשמשים את הפרוטוקול זיהוי של התנהגויות, איור 1. טיפוח עצמי ואנטנה ניקוי (וידאו 1) שים לב אם הנמלים יעצור את תנועת הרגל ליזום טיפוח עצמי. בדוק כי מחושיהם נמשכים דרך של שואבי אנטנה על הרגליים הקדמי (איור 1), מבנה דומה ממוקם על המפרק שוקה-טארסוס המורכב חריץ מול תמריץ עם שונים בגודל סומרות ומסרקים45, 46. לאחר ניקוי האנטנה, להתבונן כי הנמלה ינקה את הרגליים ואת של שואבי אנטנה, על ידי משיכת הרגליים דרך mouthparts, הסרת חלקיקים פתוגנים פוטנציאליים עם glossa (איור 1).הערה: טיפוח עצמי יכול להיות מורכב ניקוי האנטנה ובעקבות כך למכבסה אנטנה (איור 1), אך גם באמצעות mouthparts לנקות את הרגליים. כאשר נמלה מנקה את הרגליים שלה, הוא בדרך כלל מנקה כל שש רגליים ברצף. פטריה לטפח (סרטון 2) שים לב אם הנמלים עוצרת תנועות הרגל בנקודה קבועה בגינה פטריה. שים לב כי מחושיהם הינם ללא תנועה במקביל פונים לכיוון הפטריה כך הזווית בין scape funiculus (איור 1) הוא כ 45 °, קצה מחושיהם כמעט נוגעים אחד את השני, בקרבת קצות (הלסת איור 1). שימו לב כי העליונה (maxillae) ואת mouthparts (ליפ קונטור) נמוך יותר פתוחות, עם glossa (איור 1) המתעוררים ללקק את הפטרייה. Allogrooming (וידאו 3) בהתנהגות זו כאשר אחד או יותר נמלים התקרבו עוד נמלה (הנמען) או להיפך. במהלך הפעולה, הנמלים לעצור את התנועה, לעמוד מקרוב יחד עם מגע פיזי. Ant(s) טיפוח עשויים לנוע מעט לכסות שטח גדול יותר של הגוף של הנמלה הנמען. שים לב כי מחושיהם של actor(s) יכולה להיות תנועה ומכוונים לעבר נקודה ספציפית של נמלה המקבל או נע בקלילות הקשה המקלט. הזווית בין scape את funiculus (איור 1) הוא כ 45 מעלות תלוי אם הם קבועים מנקודה מסוימת או הקשה. קצות אנטנות של השחקן בדרך כלל קרוב אחד לשני קצות הלסת (איור 1). שימו לב כי העליונה (maxillae) ואת mouthparts (ליפ קונטור) נמוך יותר פתוחות, עם glossa (איור 1) המתעוררים ללקק את הנמלה מקלט. Metapleural בלוטת לטפח (וידאו 4) שימו לב מתי הנמלה מפסיק התנועה ליזום טיפוח metapleural בלוטת (איור 1). שימו לב כי הנמלים נוטה לצד אחד כדי להגיע לאחד גבו רגליו הקדמיות כדי לשפשף את הפתיחה (meatus) של בלוטת metapleural (לדוגמה, הרגל הקדמי הימני).הערה: הרגל הקדמית אחרים היא בו זמנית (בדוגמה זו הרגל הקדמית השמאלית) מוקף את glossa (איור 1). בדוק כי הנמלים נוטה לצד הנגדי מתגים רגליים, חוזר על אותה תנועה עם הרגליים מול. הנמלה ממשיך לנוע כאשר רגליו הקדמיות בלוטות metapleural ולאחר מכן ל glossa את החלפת כל הזמן בין הרגליים (איור 1).הערה: בדוגמה זו, הנמלה עכשיו יעבור הרגל הקדמית השמאלית בלוטת metapleural, את הרגל הקדמי הימני glossa (איור 1). לאחר metapleural בלוטת (איור 1) לטפח, הנמלה יוזם לעיתים קרובות טיפוח עצמי (שלב 4.1). נבג ניכוש (וידאו 5) בהתנהגות זו כאשר הנמלה מפסיק תנועות הרגל בנקודה קבועה בגן פטריה. שים לב כי מחושיהם הם ללא תנועה, במקביל, פונים לכיוון הפטריה כך הזווית בין scape funiculus הוא כ 45°, ולא קצות מחושיהם כמעט נוגעים אחד בשני, קצות הלסת (איור 1). בדוק כי הנמלה פתיחת הלסת שלה (איור 1) לתפוס נבגים Escovopsis גלוי ולנתק אותם מן היבול פטרייתי על ידי אותם. הנמלה נושא האשכול של נבגים מהקן, בעוד מחושיהם עוברים בעדינות לאוריינטציה. ייתכן לנקות מחושיהם דרך לשואבי אנטנה (איור 1; ראה וידאו 1) תוך החזקת האשכול של נבגים. הנמלה יוריד את הנבגים בתוך ערימת פסולת.הערה: הקלטה של פעילות סביב ערימת פסולת לא נעשתה הניסוי הנוכחי אבל יהיה סיומת מתאימה בפרוטוקול הנוכחי. פטריה ניכוש (וידאו 6) בהתנהגות זו כאשר הנמלה מפסיק תנועות הרגל בנקודה קבועה של הפטריה. מחושיהם הן באופן רופף הצביע לכיוון החלק של הפטריה שהנמלה מנסה להסיר, בעת ההקשה מעט את החתיכה פטריה. שים לב כי הנמלה משתמשת הלסת שלה כדי או חצו היבול פטרייתי לנתק אזור שצוינו, או לקחת חלק של היצירה פטריה עם הלסת שלה (איור 1). הנמלה בו-זמנית סלע מצד לצד על הרגליים שלה, בזמן זה מוריד את החתיכה פטריה.הערה: ניכוש יכול להיעשות על ידי עובדים מרובים על ידי קטינים והן מקצועות ראשיים. אם כל כך, כמה נמלים לעשות חיתוך פטריה, אחרים לבצע את הרוק ומושך תנועה. החלק מנותקת של הפטרייה הוא נשא מחוץ לקן, בתוך ערימת פסולת. הקלטה של ההפקדה פסולת לא נעשתה הניסוי הנוכחי, אבל תהיה סיומת מתאימה בפרוטוקול הנוכחי. נוזל צואתי לטפח (וידאו 7) בהתנהגות זו כאשר הנמלה מפסיק תנועות הרגל בנקודה קבועה בגן פטריה. הנמלה מתכופף שלה גסטר (איור 1) וראש אחד כלפי השני להחלת droplet של נוזל צואתי mouthparts. שים לב כי הנמלה מושך את רגליו הקדמיות דרך הלסת (איור 1), אחד בכל פעם. לאחר מכן, הנמלה עוברת מחושיהם דרך למכבסה אנטנה (איור 1) הממוקם על המפרק שוקה-טארסוס לרגליים הקדמיות. Droplet regurgitation (וידאו 8) בהתנהגות זו כאשר הנמלה מפסיק תנועות הרגל בנקודה קבועה של הפטריה. מחושיהם ללא תנועה, במקביל, פונים לכיוון הפטריה כך הזווית בין scape funiculus הוא כ 45°, הינם קצות מחושיהם כמעט לגעת אחד בשני קצות הלסת (איור 1). שים לב כי הנמלה regurgitates droplet של נוזל על הפטריה, משתנה מלהיות שקופים אור צהוב או אפילו חום, מן mouthparts שלה.

Representative Results

המטרה העיקרית של מחקר זה היתה היצירה של קליפים קצרים שממחישים התנהגויות המשויך המחלה ההגנה בחיתוך עלה נמלים, כדי להפיק קטלוג שישמש כהפניה עבור מחקרים עתידיים. בנוסף, המחקר נעשה שימוש דוגמה של התקנה ניסיונית שבתוכו התנהגויות אלו היו לכמת להראות כיצד ניתן להשתמש בקטלוג במחקרים התנהגותיים, שנציג תוצאותיה אנו מסכמים כאן. Sub-colonies הוגדר עבור תצפית-שלב מוקדם (0 h) ולדלקת המנוח הבמה (72 h). עקב דלקות כבד עם פטריות חוץ Escovopsis לאחר 72 h, שתי מושבות משנה (פקד אחד המושבה Ae160b) וטיפול אחד עבור המושבה Ae322 היו נשלל, כדי שנוכל להתמקד בהצגת התוצאות נקודת זמן הו, לשים פחות דגש על התנהגויות נצפתה לאחר 72 h. אחרי הצילומים מושבות משנה כל וניקוד ההתנהגויות הגנתית, מצאנו הבדלים בדפוסי ההתנהגות הקשורים עם הזמן לאחר זיהום, הקשר, כולל הדרכים השונות שבו השתמשו בהם עובדים קלים הגדולות. לעומת זאת, טיפוח עצמי בוצע לעבר כל הזמן שליטה והן מושבות תת נגועים. זה היה נפוץ גם כאשר נמלים היו המבקשים, מנסה להסיר, Escovopsis hyphae או נבגי. כי התנהגות זו היה אז אוניברסלית שנצפה ותכופים בכל המצבים, אנחנו לא לכמת אותו. ! עשינו כל התנהגויות אחרות המתוארות את הפרוטוקול ואת נוכח מחושב הכולל וממוצע תדרים לעובדים קטין ואת ראשית לכל תת המושבה (טבלה 1). מצאנו כי בפקדים, קטין לטפח את יבול הגן יותר עובדים הגדולות (איור 2), ועובדי anecdotally ציין כי הם בילו יותר זמן בגינה פטריה. במושבות נגוע Escovopsis הייתה נטייה מוגברת פטריה לטפח בסך הכל יחסי שליטה מושבות, אבל זה לא היה משמעותי (F1,23 = 2.80, p = 0.1077; טבלה 2; איור 2 ). היה גידול שאינו משמעותי לטפח צואה עם זיהום (F1,23 = 0.60, p = 0.4455; טבלה 1) אבל אין הבדל בין עובדים קלים הגדולות (איור 2b). . הבחנו צואה לטפח עובדים הזנת הפטריה, ולא כשהם היו על או לחלוטין מן הפטריה לתקופות ממושכות של זמן. איור 2: תדירות של טיפוח אירועים- מספר ממוצע (± לשגיאות תקן (SE); n = 9) (א) פטריה הטיפוח ו- (ב) צואה נוזלים לטפח אירועים בתוך ארבע שעות אחרי חיסון, השוואה בין עובדי קלים הגדולות פקדים, טיפולים Escovopsis . אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. מספר התנהגויות היו נדירים ביותר. ראינו רק בלוטת metapleural טיפוח ארבע פעמים, כל המופעים אירעה לאחר 72 שעות; פעם אחת בקבוצת הביקורת, שלוש פעמים במושבות עם זיהום Escovopsis (טבלה 1). כמעט כמו לעתים רחוקות, מצאנו כי נמלים להקיא טיפונת נוזל אל הגן פטריה, כמה פעמים מחוץ הפטריה (טבלה 1). קבוצות. אה, זה קרה ברגע במושבה תת שליטה, פעמיים במושבות הנגוע – בכל המקרים שלושה ההתנהגות בוצע על ידי העובד הגדולות. בהזדמנות אחת עובד קטין מהקיבה droplet בפינה של תיבת ופעם שעובד הגדולות עשה את אותו הדבר על עלה ברמבל, שניהם לטיפול Escovopsis . במושבות 72 h, regurgitation droplet על הפטרייה היה מעולם לא נצפתה במושבות שליטה אבל קרה שבע פעמים במושבות נגוע השישה היו על ידי העובדים הגדולים ואת שלושת אלה על ידי אדם יחיד להוסיף טיפות מחוץ הגן פטריה. נבג ניכוש עשבים (איור 3), פטריות ניכוש (איור 3ב’) היו שניהם שתדירותם נמוכה. אומנם אין הבדל משמעותית בשכיחות של פטריה ניכוש בין מושבות נגוע ופקדים, הייתה נטייה ניכוש לגדול עם הזמן מאז התחלת הזיהום (F1,23= 2.91, p = 0.1014; טבלה 2). התצפיות שלנו התמקדו נבג Escovopsis ניכוש, אשר לא השתנו באופן משמעותי עם הזמן, אבל הייתה נטייה תדרים גבוהים במושבות נגוע Escovopsis מאשר בפקדים נגוע (נ1,23 = 3.27, P = 0.0838; טבלה 2). פחות משנה מושבות נגוע Escovopsis היה גלוי נבגים שנותרו לאחר תקופת תצפית עם דלקת בשלב מוקדם (כאשר נמלים הוצגו לאחר 0 h של נבג חיסון), עם נמלים הסרת כל הנבגים ב כמעט מחצית המושבות המשנה (4 מתוך 9; איור 3 c). זיהומים בשלב מאוחר יותר (איפה נמלים הוצגו לאחר 72 h של נבג חיסון), הנמלים היו מסוגלים הסרת נבגים לחלוטין באחת המושבות המשנה. יחדיו, מקרים אלה מצביעים על נטייה נמלים לנוע מ נבג מנכשים את הפטרייה ניכוש במהלך זיהום. איור 3: תדירות של אירועים ניכוש. כלומר תדר (± לשגיאות תקן (SE); n = 9) של (א) נבג ניכוש עשבים (של נבגים Escovopsis ), פטריות (b) ניכוש (Escovopsis או פטריות אחרות) במהלך תקופה של התבוננות בתנועת, השוואה בין המקצועות מקבוצות הטיפול, של קטינים ((c)) מספר מושבות משנה עם נבגים Escovopsis גלוי בקבוצות טיפול בסוף התקופה תצפית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. העובדים מינור – שליטה העובדים מינור – טיפול העובדים הגדולים – שליטה העובדים הגדולים – טיפול הו פטריה לטפח 84 (9.333) 131 (14.56) 37 (4.111) 66 (7.333) Allogrooming 6 (0.6667) 14 (1.556) 5 (0.5556) 6 (0.6667) נבג ניכוש 0 3 0 5 (0.5556) פטריה ניכוש 0 0 0 0 טיפוח נוזל צואתי 46 (5.111) 69 (7.667) 27 (3.000) 48 (5.333) יישום רביב 0 0 1 (0.1111) 2 (0.2220) טיפוח בלוטת Metapleural 0 0 0 0 72h פטריה לטפח 10 (1.429) 45 (5.000) 24 (3.429) 38 (4.222) Allogrooming 2 (0.2857) 10 (1.111) 1 (0.1110) 4 (0.4440) נבג ניכוש 0 0 0 1 (0.1110) פטריה ניכוש 0 1 (0.1110) 0 2 (0.2220) טיפוח נוזל צואתי 19 (2.714) 38 (4.222) 30 (4.286) 30 (3.333) יישום רביב 0 1 (0.1110) 0 6 (0.6667) טיפוח בלוטת Metapleural 0 2 (0.2220) 1 (0.1429) 1 (0.1110) טבלה 1 : מספר התנהגויות ארבע שעות של תצפית- 0 ו 72 h לאחר Escovopsis חיסון. המספר הכולל אכזרי של תצפיות (עם רשע תדרים לכל אדם בסוגריים מרובעים), השוואה בין עובדים קלים הגדולות ובקרה Escovopsis זיהום תת מושבות, בהתאמה (n = 9). סוג 3 בדיקות של תופעות קבועות פטריה לטפח Allogrooming טיפוח צואה נבג ניכוש פטריה ניכוש אפקטים Num DF דן DF ערך F הודעות לעיתונות > F Num DF דן DF ערך F הודעות לעיתונות > F Num DF דן DF ערך F הודעות לעיתונות > F Num DF דן DF ערך F הודעות לעיתונות > F Num DF דן DF ערך F הודעות לעיתונות > F המושבה 2 23 0.77 0.4733 2 23 0.52 0.5989 2 23 0.54 0.5903 2 23 0.51 0.6052 2 23 1.17 0.3272 תת המושבה (מושבה) 6 23 0.93 0.4892 6 23 0.51 0.7978 6 23 0.63 0.7067 6 23 1.67 0.1742 6 23 1.53 0.2127 טיפול 1 23 2.8 0.1077 1 23 1.85 0.1875 1 23 0.6 0.4455 1 23 3.27 0.0838 1 23 1 0.3275 זמן 1 23 6.53 0.0177 1 23 0.88 0.3574 1 23 0.97 0.3361 1 23 0.53 0.4742 1 23 2.91 0.1014 טבלה 2 : תוצאות סטטיסטיות של מקרה ANOVA מעורב בבדיקות על התנהגויות נפרדים אשר היתה אפשרות לבצע ניתוחים סטטיסטיים. אפקטים קבועים היו המושבה, תת המושבה (מקוננת בתוך המושבה), טיפול, וזמן. אנא לחץ כאן כדי להוריד את השולחן הזה. וידאו 1: עצמי טיפוח וניקוי האנטנה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה. סרטון 2: פטריה המטפח. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה. וידאו 3: Allogrooming. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה. וידאו 4: טיפוח בלוטת Metapleural. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה. וידאו 5: נבג ניכוש. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה. וידאו 6: פטריה ניכוש. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה. וידאו 7: טיפוח נוזל צואתי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה. וידאו 8: רביב regurgitation. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. לחץ לחיצה ימנית על הורדה.

Discussion

המטרה העיקרית של מחקר זה היתה לבחון ולהשתמש הרשומה האופיינית חיתוך עלה נמלה הגנתית התנהגויות בנוכחות זיהום פטרייה-גן עם Escovopsis, יצירת הפניה קליפים עבור הקהילה המדעית רחב יותר. יצוין כי התנהגויות אלו אינם בלעדיים ההגנה של מושבות של Escovopsis, אך עשוי גם לשחק תפקיד בהגנה נגד אחרים מזהמים וזיהומים⁶^,⁷^,⁸^,⁹¹⁰^, ^,¹¹^,¹², ואת ההגנה של הנמלים עצמם⁴². פרוטוקול שלנו מספק רקע עבור מחקר רחב יותר על ההגנות בגידול על-ידי פטרייה נמלים. . זה עשוי להיות שימושי במיוחד: (i) לחוקרים צעירים אשר אינם מכירים את התנהגויות אלו; (ii) כדי להבטיח עקביות הגדרות עבור ותצפיות של התנהגויות; (iii) כדי להקל על השוואות מעבר ללימודים, נמלה מינים; (iv) כי מספר התנהגויות אלו עלולות להתרחש לעיתים כל כך רחוקות אפילו חוו חוקרים עשויים לא מקיימות אותם; (iv) כי הבנה והכרה התנהגויות בתנאים מבוקרים בעזרה מעבדה מחקרים בחיי עיר בה התנאים קשה יותר לשלוט.

התוצאות של המחקר התנהגותית שלנו עקביים עם העבודות הקודמות אשר הראו כי קטין עובדים פטריה החתן — מכריע אם הזיהום זוהה מוקדם – העובדים הגדולים יותר מ²⁵^,²⁸^,³². . הנה, העובדים הגדולים הגדילה את כמות לטפח פטרייתי לאחר זיהום Escovopsis (איור 2). הדבר מצביע על כי קטין הפועלים מנקה פטריה הדומיננטית, אבל כי עובדי מרכזי עשוי לסייע למניעת ההתפשטות של יותר הוקמה זיהומים. עובדי מרכזי גדול יותר ניתן להסיר נבגים מהר יותר, בעוד העובדים קטין יכול להיות יותר מתאים כדי הסרת נבגים פחות נגיש. מצאנו גם כי פועלים בהצלחה הסירו נבגים בסביבות חצי של המושבות תת הנגוע (4 מתוך 9) כאשר הוצגו בזמנו של זיהום, ובכך יכול לזהות את הפתוגן מוקדם (איור 3c). בסך הכל, הזה מצביע על סדרה של תגובות התנהגותיות איפה הנמלים קודם מנסים לעצור את הזיהום Escovopsis על-ידי הסרת נבגים (וגם עושה אז לפני זיהום מתפשט), בניגוד להסרה חלקי הגן פטריה (איור 3a, b. ). זה משתנה לאורך זמן אם הזיהום מתקדמת, כאשר נמלים נוטים יותר להסיר חלקים פטריה גן²⁸. למרות שלנו גודל מדגם קטן מדי כדי להיות חד משמעי, לא נוכל לשלול כי זיהומים סימולטני המושרה התנהגויות ניכוש, הנתונים שלנו תומכת מגמה זו, עם פטריות ניכוש בעיקר להיות נוכח בשלבים מאוחרים יותר של זיהום (איור 3 ). רמות נמוכות בדרך כלל של פטריה ניכוש עשוי להציע כי הנמלים להשתמש הגנות אחרות (למשל, כימיקלים) כדי לעכב את הצמיחה של Escovopsisעוד יותר, או אף אחד שלנו מושבות תת ניסיוני גם קשות היו נגועים (מה שהופך יותר הרסני הגנות מיותרות).

הממצאים שלנו מראים כי טיפוח עצמי עם נוזל צואתי מאפיינת של נמלים הזנת הגן פטריה, משמש כאמצעי מניעתי, במקום להיות קשור עם זיהום. תצפיות דומות נצפו אצל נקבות מייסדת לטפח עצמם ולא להעביר טיפות צואה עם הפה שלהם רגליהם, בעת הזנת את הקן או טיפול את היבול²⁷. זיהום צריך בתיאוריה להגדיל את הפעילות של העובדים בקצה הגן פטריה, אם החומר נגועים שהוסרו שבוצעו קפצתי ערימות פסולת. לפיכך, טיפוח נוזל צואתי עשויה גם בעקיפין להגדיל במהלך זיהום כדי למזער את התפשטות המחלה. היינו מצפים תבנית הנגדי לזיהומים קשים, עם תנועה מופחתת בקצה של הגן פטריה, כמו עובדים או לנטוש את הפטריה או לאמץ אמצעים קיצוניים יותר כגון הגנה כימית.

בעוד נוזלים בצואה יכול לשמש כאבן מניעתי חשובים כימי עבור אדם יחיד, allogrooming משמש על ידי חברי הקן על עובדים אחרים אם הם מזהים חלקיקים זרים או חיידקים. ההבדל משמעותי הבחנו בין התדירות (טבלה 1) טיפוח נוזל צואתי (n = 304) ושל allogrooming (n = 48) עשוי להצביע על הבדל זיהוי הפתוגן. נמלים אינם מסוגלים בקלות לזהות פתוגנים על עצמם עם האנטנה שלהם; allogrooming לעומת זאת נעשית על ידי חברי הקן, מי יכול לבחון את כל הגוף של נמלה או לבחור רק את החתן במידת הצורך. מאחר Escovopsis הוא טפיל של הגן פטריה ולא את הנמלים, זה עלול להסביר גם הכמות הנמוכה של allogrooming.

אנחנו לעיתים נדירות בלוטת metapleural טיפוח, ולא רק בשלבים מאוחרים יותר של זיהום. מינים של גידול הפטרייה נמלים עם כיסוי חיידקי Pseudonocardia שופע החתן בלוטות metapleural פחות מינים עם פחות או לא לכסות²⁵^,⁴⁷. כמו echinatior א יש שפע ונאבו⁴⁷, זה עשוי להסביר בלוטת נמוך לטפח תדר. הפרשת בלוטת metapleural הוא גם יקר לייצר³⁰, ניתן לאחסן בתוך הכיס infrabuccal לפרקי זמן, כלומר כי הצורך הטיפוח של בלוטת metapleural עשוי להיות נדירים יותר. במהלך metapleural בלוטת לטפח, הנמלים בעת ובעונה אחת להחליף רגליים וללקק את הרגל. היה רק לטפח את בלוטת; הנבגים ובכך מועברים אל הכיס infrabuccal, איפה הפרשות בלוטת הם קריטיים עבור עיכוב Escovopsis‘ פוטנציאל נביטה עוקבות²⁵. העובדים קטין בשפע רב יותר בתוך הקן, יש בלוטות metapleural גדול לכל יחידת הגוף המונים³⁰, רומז שהם אחראים המכריע של ההפרשות בלוטת metapleural. זה גם יסביר למה, במחקר שלנו, התדירות הגבוהה של פטריה המטפח היה בקרב עובדי משנית.

אנו אמורים לצפות behavior(s) המציין פעיל להשתמש אנטיביוטיקה מן ונאבו חיידקי Pseudonocardia, בדרך כלל מובחנים את הקוטיקולה של עובדים Acromyrmex , ידוע כדי לשחק תפקיד בהגנה נגד Escovopsis ³⁶ ^, ³⁹ ^, ⁴⁰. ההסבר הסביר ביותר להתבוננות לא התנהגות כזאת היא כי היישום של אלה אנטיביוטיקה עשויה להיות ישולבו התנהגויות אחרות, כגון טיפוח עצמי ואחריו פטריה הטיפוח ו/או ניכוש, אשר עשויות להפוך את זה קשה להתבונן בתור התנהגות ברורים.

. הבחנו את התנהגות יוצאת דופן אמרתי טיפות נוזל על הגן פטריה… פליטות מרובות של מזון nestmates שתואר קודם לכן עלה וגזירה נמלים²². בניסוי שלנו, טיפות שונה בצבע מ שקוף עד חום כהה, רומז שהם עשויה להיות מקור מזון לנמלים אחרים ו/או לספק מים. רק הבחנו בשני מקרים איפה שאר הנמלים שתה טיפות, אז אנחנו לא יכולים לדעת אם טיפות לטובת שאר הנמלים או לשרת כדי להחזיר נוזלים הפטרייה כאשר הלחות נמוכה. רוב תצפיות על התנהגות זו היו במהלך זיהומים Escovopsis , אשר עשוי לרמוז תפקיד הגנתי, כגון מערכת החיסון לקרקע על ידי פליטות מרובות של פפטידים מיקרוביאלית¹⁶^,⁴⁸. לא נוכל לשלוף מסקנות המשרד בנושא שכן התנהגות זו היה נדיר, אבל זה יהיה קו מעניין לחקור עוד יותר, לדוגמה, על-ידי קביעת בין אם טיפות יש מאפיינים מיקרוביאלית.

נתון זה מחקרים תצפיתיים של ההתנהגויות הגנה מורכבות של עלה-חותך נמלים, כולל כל השוואה עם ובלי זיהום גן פטריה, יהיה קשה מאוד לעשות בשטח, נתוני הניסוי יכול לספק תובנות לתוך התנהגויות אלו תחת יותר בתנאים מבוקרים. בעוד תצפיותיו בתנאי מעבדה עלולות להיות שונות ההתנהגויות שנמצאו בתנאים טבעיים, כלי כגון שלנו קטלוג של התנהגויות הגנתית מפתח צריך לפתח, כדי לשפר את שניהם ניסיוני ולא של שדה לימודים בעתיד. הגישה ניסיוני, עם זאת, חלקית מסביר מדוע התנהגויות מסוימות היו נדירים ביותר (למשל, allogrooming, metapleural בלוטת הטיפוח) בהפגנה שלנו של שימוש בהגדרות אלה התנהגותית. מחקרים עתידיים ולכן מומלץ לשקול את המגבלות של הגדרת הניסוי הזה, כדי למצוא דרכים עושים הבחנות טבעי יותר. גורמים נוספים גם יכול להשתלב בפרוטוקול הנוכחי, כגון הבחנה בין נושא Actinobacteria עובדים (הצעיר) לעובדים מבוגרים עם כיסוי פחות שופע, עשויים להגיב באופן שונה האיום של Escovopsis זיהום. ישנם הפשרות בין ביצוע תצפיות מדויקות יותר (לדוגמה כשקלע יחידים מוקד), או שיש גודל המושבה תת גדול יותר (מספר גדול יותר של עובדים), ואת משך הזמן או מספר מושבות משנה או יחידים זה יכול להיות שצולמו נתון נקודת זמן. בכל זאת, תוך אפשרות להאריך את הסידור ללימודי התנהגותית גדול יותר עם דגש על התייחסות מטרה התנהגותית, במקרה זה התמקדנו בהצלחה לראווה שיטת הקלטה של הגדרת התנהגויות הגנה מסוימת.

תיעדנו התנהגויות שתורמים ההגנה בחיתוך עלה נמלים, יותר באופן משמעותי, יש באופן שיטתי מזוהה תיאר, שנתפסו התנהגויות הגנתי על הסרט. התוצאות נציג שלנו לחזק אחרים מחקרים בתחום זה רומז למה זה קשה. חיידק להדביק בהצלחה מושבות נמלים פטריה-חקלאות, כאשר מול נרחב התנהגויות הגנתית, הקשורים ביישום מיקרוביאלית תרכובות. המטרה העיקרית שלנו היה לספק כלי חדש עבור עבודה עתידי בתחום זה, אנו מקווים כי הקטלוג התנהגותית יוכיח יקר לאבטחת הקונצנזוס ואת הגדרות מפושטת, תצפיות, פרשנויות של התנהגויות, כדי לשמש משאב חשוב למחקר עתידי.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ברצוננו להודות Vej Ugelvig קו Sheehy קירסטן לדיונים שימושי לגבי הטיפוח מנגנונים של המנקים האנטנה ואת הצילומים הגדרת. מייקל פולסן נתמך על ידי Villum קאן רסמוסן יאנג החוקר אחווה (VKR10101) טאביתה מפשע על ידי מארי קירי בודדים האירופית אחווה (הפורום הישראלי לאנרגיה להעניק 627949). אנחנו רוצים גם תודה מכון המחקר הטרופי הסמית’סוניאן לשימוש של מתקני, תמיכה לוגיסטית בפנמה, ותודה Autoridad נאסיונאל דל המלון רשות כדי לאסוף ולייצא נמלים לדנמרק.

Materials

Plastic boxes	N/A	N/A	Transparent. Length: 3.15 in (8 cm), width: 2.17 in (5.5 cm), depth: 1.77 in (4.5 cm)
Petri dishes	Sarstedt	82.1472	3.62×0.63 in (9.2×1.6 cm)
Inoculation loops	Labsolute	7696431	Disposable 1uL. Length: 7.67 in (19.5 cm)
Cameras	DBPower	NTC50HD_8.5mm	USB Endoscope Camera
Holders for the cameras	N/A	N/A	Old beaker clamp stand.
Laptop	HP	N/A	Generic laptop for saving recordings.
Program used on the laptop	Windows Movie maker	N/A
Forceps	Vermandel	50.054	Soft
Potato dextrose broth	Sigma-Aldrich	P6685-1KG	24 g/L

References

Hölldobler, B., Wilson, E. O. . The ants. , (1990).
Weber, N. A. . Gardening ants, the attines. , (1972).
Bot, A. N. M., Ortius-Lechner, D., Finster, K., Maile, R., Boomsma, J. J. Variable sensitivity of fungi and bacteria to compounds produced by the metapleural glands of leaf-cutting ants. Insectes Sociaux. 49 (4), 363-370 (2002).
Poulsen, M., Boomsma, J. J. Mutualistic fungi control crop diversity in fungus-growing ants. Science. 307 (5710), 741-744 (2005).
Mueller, U. G., Scott, J. J., Ishak, H. D., Cooper, M., Rodrigues, A. Monoculture of Leafcutter Ant Gardens. Plos One. 5 (9), (2010).
Hughes, W. O. H., Thomsen, L., Eilenberg, J., Boomsma, J. J. Diversity of entomopathogenic fungi near leaf-cutting ant nests in a neotropical forest, with particular reference to Metarhizium anisopliae var. anisopliae. Journal of Invertebrate Pathology. 85 (1), 46-53 (2004).
Samson, R. A., Evans, H. C., Latgé, J. -. P. . Atlas of entomopathogenic fungi. , (1988).
Shah, P. A., Pell, J. K. Entomopathogenic fungi as biological control agents. Applied Microbiology and Biotechnology. 61 (5-6), 413-423 (2003).
Hughes, D. P., Evans, H. C., Hywel-Jones, N., Boomsma, J. J., Armitage, S. A. O. Novel fungal disease in complex leaf-cutting ant societies. Ecological Entomology. 34 (2), 214-220 (2009).
Andersen, S. B., et al. The Life of a Dead Ant: The Expression of an Adaptive Extended Phenotype. American Naturalist. 174 (3), 424-433 (2009).
Currie, C. R., Mueller, U. G., Malloch, D. The agricultural pathology of ant fungus gardens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (14), 7998-8002 (1999).
Reynolds, H. T., Currie, C. R. Pathogenicity of Escovopsis weberi: The parasite of the attine ant-microbe symbiosis directly consumes the ant-cultivated fungus. Mycologia. 96 (5), 955-959 (2004).
Camargo, R. S., Forti, L. C., Lopes, J. F. S., Andrade, A. P. P., Ottati, A. L. T. Age polyethism in the leaf-cutting ant Acromyrmex subterraneus brunneus Forel, 1911 (Hym., Formicidae). Journal of Applied Entomology. 131 (2), 139-145 (2007).
Hughes, W. O. H., Sumner, S., Van Borm, S., Boomsma, J. J. Worker caste polymorphism has a genetic basis in Acromyrmex leaf-cutting ants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (16), 9394-9397 (2003).
Wilson, E. O. Caste and Division of Labor in Leaf-Cutter Ants (Hymenoptera, Formicidae, Atta). 2. The Ergonomic Optimization of Leaf Cutting. Behavioral Ecology and Sociobiology. 7 (2), 157-165 (1980).
Schmid-Hempel, P. Parasites and Their Social Hosts. Trends in Parasitology. 33 (6), 453-462 (2017).
Hamilton, W. D., Axelrod, R., Tanese, R. Sexual Reproduction as an Adaptation to Resist Parasites (a Review). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (9), 3566-3573 (1990).
Zhu, Y. Y., et al. Genetic diversity and disease control in rice. Nature. 406 (6797), 718-722 (2000).
Heine, D., et al. Chemical warfare between leafcutter ant symbionts and a co-evolved pathogen. Nature Communications. 9, (2018).
Cremer, S., Pull, C. D., Furst, M. A. Social Immunity: Emergence and Evolution of Colony-Level Disease Protection. Annual Review of Entomology. 63, 105-123 (2018).
Quinlan, R. J., Cherrett, J. M. Role of Substrate Preparation in Symbiosis between Leaf-Cutting Ant Acromyrmex octospinosus (Reich) and Its Food Fungus. Ecological Entomology. 2 (2), 161-170 (1977).
Richard, F. J., Errard, C. Hygienic behavior, liquid-foraging, and trophallaxis in the leaf-cutting ants, Acromyrmex subterraneus and Acromyrmex octospinosus. Journal of Insect Science. 9, (2009).
Reber, A., Purcell, J., Buechel, S. D., Buri, P., Chapuisat, M. The expression and impact of antifungal grooming in ants. Journal of Evolutionary Biology. 24 (5), 954-964 (2011).
Poulsen, M., Bot, A. N. M., Boomsma, J. J. The effect of metapleural gland secretion on the growth of a mutualistic bacterium on the cuticle of leaf-cutting ants. Naturwissenschaften. 90 (9), 406-409 (2003).
Fernandez-Marin, H., Zimmerman, J. K., Rehner, S. A., Wcislo, W. T. Active use of the metapleural glands by ants in controlling fungal infection. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 273 (1594), 1689-1695 (2006).
Fernandez-Marin, H., et al. Functional role of phenylacetic acid from metapleural gland secretions in controlling fungal pathogens in evolutionarily derived leaf-cutting ants. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 282 (1807), (2015).
Fernandez-Marin, H., Zimmermann, J. K., Wcislo, W. T. Nest-founding in Acromyrmexoctospinosus (Hymenoptera, Formicidae, Attini): demography and putative prophylactic behaviors. Insectes Sociaux. 50 (4), 304-308 (2003).
Currie, C. R., Stuart, A. E. Weeding and grooming of pathogens in agriculture by ants. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 268 (1471), 1033-1039 (2001).
Ortius-Lechner, D., Maile, R., Morgan, E. D., Boomsma, J. J. Metaplural gland secretion of the leaf-cutter ant Acromyrmex octospinosus: New compounds and their functional significance. Journal of Chemical Ecology. 26 (7), 1667-1683 (2000).
Poulsen, M., Bot, A. N. M., Nielsen, M. G., Boomsma, J. J. Experimental evidence for the costs and hygienic significance of the antibiotic metapleural gland secretion in leaf-cutting ants. Behavioral Ecology and Sociobiology. 52 (2), 151-157 (2002).
Bot, A. N. M., Currie, C. R., Hart, A. G., Boomsma, J. Waste management in leaf-cutting ants. Ethology Ecology & Evolution. 13 (3), 225-237 (2001).
Little, A. E. F., Murakami, T., Mueller, U. G., Currie, C. R. Defending against parasites: fungus-growing ants combine specialized behaviours and microbial symbionts to protect their fungus gardens. Biology Letters. 2 (1), 12-16 (2006).
Abramowski, D., Currie, C. R., Poulsen, M. Caste specialization in behavioral defenses against fungus garden parasites in Acromyrmex octospinosus leaf-cutting ants. Insectes Sociaux. 58 (1), 65-75 (2011).
Currie, C. R., Scott, J. A., Summerbell, R. C., Malloch, D. Fungus-growing ants use antibiotic-producing bacteria to control garden parasites. Nature. 398 (6729), 701-704 (1999).
Scheuring, I., Yu, D. W. How to assemble a beneficial microbiome in three easy steps. Ecology Letters. 15 (11), 1300-1307 (2012).
Worsley, S. F., et al. Symbiotic partnerships and their chemical interactions in the leafcutter ants (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News. 27, 59-74 (2018).
Currie, C. R., Poulsen, M., Mendenhall, J., Boomsma, J. J., Billen, J. Coevolved crypts and exocrine glands support mutualistic bacteria in fungus-growing ants. Science. 311 (5757), 81-83 (2006).
Poulsen, M., et al. Variation in Pseudonocardia antibiotic defence helps govern parasite-induced morbidity in Acromyrmex leaf-cutting ants. Environmental Microbiology Reports. 2 (4), 534-540 (2010).
Poulsen, M., Cafaro, M., Boomsma, J. J., Currie, C. R. Specificity of the mutualistic association between actinomycete bacteria and two sympatric species of Acromyrmex leaf-cutting ants. Molecular Ecology. 14 (11), 3597-3604 (2005).
Andersen, S. B., Hansen, L. H., Sapountzis, P., Sorensen, S. J., Boomsma, J. J. Specificity and stability of the Acromyrmex-Pseudonocardia symbiosis. Molecular Ecology. 22 (16), 4307-4321 (2013).
Currie, C. R., Bot, A. N. M., Boomsma, J. J. Experimental evidence of a tripartite mutualism: bacteria protect ant fungus gardens from specialized parasites. Oikos. 101 (1), 91-102 (2003).
Cremer, S., Armitage, S. A. O., Schmid-Hempel, P. Social immunity. Current Biology. 17 (16), R693-R702 (2007).
Schluns, H., Crozier, R. H. Molecular and chemical immune defenses in ants (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News. 12, 237-249 (2009).
Masri, L., Cremer, S. Individual and social immunisation in insects. Trends in Immunology. 35 (10), 471-482 (2014).
Hackmann, A., Delacave, H., Robinson, A., Labonte, D., Federle, W. Functional morphology and efficiency of the antenna cleaner in Camponotus rufifemur ants. Royal Society Open Science. 2 (7), (2015).
. How ants use ‘combs’ and ‘brushes’ to keep their antennae clean Available from: https://www.youtube.com/watch?time_continue=65&v=AB4HoeloqZw (2015)
Fernandez-Marin, H., Zimmerman, J. K., Nash, D. R., Boomsma, J. J., Wcislo, W. T. Reduced biological control and enhanced chemical pest management in the evolution of fungus farming in ants. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 276 (1665), 2263-2269 (2009).
Konrad, M., et al. Social Transfer of Pathogenic Fungus Promotes Active Immunisation in Ant Colonies. Plos Biology. 10 (4), (2012).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Nilsson-Møller, S., Poulsen, M., Innocent, T. M. A Visual Guide for Studying Behavioral Defenses to Pathogen Attacks in Leaf-Cutting Ants. J. Vis. Exp. (140), e58420, doi:10.3791/58420 (2018).

Automatically Generated