Bewertung der Produktivität sozialer Wespenkolonien (Vespinae) und Einführung in die traditionelle japanische Vespula-Wesp-Jagdtechnik

Es wird angenommen, dass jede Art eine optimale Strategie für das Überleben und die Fortpflanzung unter einer Vielzahl möglicher Strategien entwickelt. Bei der natürlichen Selektion werden Individuen mit Eigenschaften, die den fortpflanzungslichen Erfolg eines Individuums maximieren, mehr Nachkommen (und Gene) der nächsten Generation überlassen. Daher kann die Anzahl der von einem Individuum produzierten Nachkommen als Indikator für die relative evolutionäre Fitness des Individuums verwendet werden. In einem gegebenen ökologischen Kontext kann der Vergleich der Anzahl der produzierten Nachkommen im Vergleich zu alternativen Verhaltensstrategien Forschern helfen, die beste Strategie zur Optimierung der Fitness vorherzusagen¹.

Soziale Hymenoptera (wie Wespen, Bienen und Ameisen) haben ein System von drei verschiedenen Kasten, die Arbeiter (sterile Weibchen), Königinnen (Gynes) und Männchen¹sind. Nur neue Königinnen (Gynes) und Männchen zählen zur Fitness in sozialen Hymenoptera. Die Arbeiterproduktion trägt nicht direkt zur Fitness bei, da der Arbeiter unfruchtbar ist. Auf der anderen Seite wird eine Königin, die eine höhere Kolonieproduktivität produzieren kann (z. B. eine höhere Anzahl von Gesamtzellen oder ein schwereres Nest), als eine höhere Fitness in sozialen Hymenoptera betrachtet, unabhängig von der Anzahl der tatsächlich produzierten neuen Königinnen und Männchen (siehe , z.B.Tibbetts und Reeve² und Mattila und Seeley³). Im Allgemeinen ist es schwierig, die Anzahl der Nachkommen, die von einer Kolonie sozialer Hymenoptera produziert werden, genau zu zählen. In der Tat, die Königinnen von vielen sozialen Insekten leben für mehr als 1 Jahr(z.B.Blattschneider Ameise Königinnen können leben >20 Jahre⁴ und Honigbienenköniginnen können für 8 Jahre leben⁵). Darüber hinaus kann eine Königin Tausende von reproduktiven Nachkommen im Laufe von mehreren Wochen oder Monaten produzieren, auch in jährlichen Arten von Gattungen Vespa und Vespula^6,7,8. Darüber hinaus ist die Lebensdauer der Arbeiter kürzer als die ihrer Mutterkönigin, und Arbeiter sterben oft aus ihren Nestern. Selbst wenn man also alle Erwachsenen in einem Nest zu einem bestimmten Zeitpunkt genau zählen könnte, würde eine solche Zählung die Anzahl der produzierten Nachkommen nicht genau darstellen. Daher wurde die Anzahl der produzierten Nachkommen grob von der Größe des Nestes, der Anzahl der Arbeiter im Nest oder dem Gewicht des Nestes zu einem bestimmten Zeitpunkt^3,9,10geschätzt. Die Anzahl der Larvenzellen könnte zu einer Überschätzung der Nachkommenproduktion führen, wenn einige Zellen leer sind. Die gleiche Methode könnte auch zu einer möglichen Unterschätzung der Nachkommenproduktion führen, da Kämme kleiner Zellen, die Arbeiterbrut enthalten, zwei oder drei Kohorten larven^6,7,11produzieren können.

Das erste Ziel dieser Arbeit ist es, eine verbesserte Methode zur Schätzung der Produktivität der Vespine-Wespenkolonie in Bezug auf die Anzahl der produzierten Erwachsenen zu bieten. Yamane und Yamane schlugen vor, dass der beste Weg, um die Anzahl der nachkommen von einer Kolonie produziert zu schätzen, ist die Mekonia im Nest¹²zählen. Die Mekonia ist das Fäkalpellet, das Larvenhaut-, Darm- und Darminhalt enthält, den eine Larve beim Verpuschen in ihrer Zelle hinterlässt (Abbildung 1A). Die Gesamtzahl der pro Kamm produzierten Mekonia wird berechnet, indem die Gesamtzahl der vorhandenen Zellen mit der durchschnittlichen Mekonia-Anzahl pro Zelle multipliziert wird. Es gibt oft mehrere Schichten von Mekonia in einer Zelle, und jede Mekonia zeigt an, dass eine Person erfolgreich in^dieserZelle 6^,11 (Abbildung 1B) verpupet wurde. Bei der Schätzung der mittleren Anzahl von Mekonia pro Zelle, wenn die Anzahl der untersuchten Zellen klein ist (eine kleine Stichprobengröße), nimmt der Standardfehler (SE) zu, und infolgedessen wird der Fehler für die Gesamtzahl der Mekonia pro Kamm höher, als wenn der Stichprobenumfang größer wäre. Die SE des Mittelwerts (SEM) ist ein Maß für die Streuung der Stichprobenmittelwerte um den Mittelwert der Grundgesamtheit. Daher konzentriere ich mich in dieser Studie auf das SEM der Anzahl der Mekonia pro Zelle, um die Population (die Anzahl der produzierten Erwachsenen) aus dem Stichprobenmittelwert (die durchschnittliche Anzahl der Mekonia pro Zelle) zu schätzen. In dieser Studie wird versucht zu bestimmen, wie viele Proben erforderlich sind, um eine SE-Rate von weniger als 0,05 pro Zelle zu erhalten. Dazu wird eine numerische Simulation mit realen Daten über die Anzahl der Mekonia pro Kamm durchgeführt, um die minimale Stichprobengröße (sowohl für Arbeiter- als auch für Königinkämme) zu bestimmen, die erforderlich sind, um diesen Wert innerhalb des definierten SE von 0,05 genau zu schätzen.

Vespine Wespenkolonien leben in versteckten Nestern (unterirdisch oder antenne) bestehend aus mehreren horizontalen Kämmen, in Reihe von oben nach unten^{gebaut 6,7,11}. Die durchschnittliche Größe der Zellen steigt vom ersten (oben) zum letzten (unteren) Kamm. In den unteren Kämmen ist eine plötzliche Verschiebung der durchschnittlichen Zellgröße zu beobachten. Diese breiteren Zellen sind für die Entwicklung neuer Königinnen gebaut. Daher kann eine genauere Schätzung der Kolonieproduktivität(d. h.der Anzahl der produzierten Individuen) ermittelt werden, wenn die Gesamtzahl der Mekonia in den Arbeitszellen (kleine Zellen) und Königinzellen (große Zellen) berücksichtigt wird. Um die Fitness auf Kolonieebene abzuschätzen, konnten die Forscher die Anzahl der produzierten Königinnen schätzen und sich allein auf die Mekonia in den Königinzellen konzentrieren. Was die fortpflanzungslichen Männchen betrifft, so werden diese je nach Art entweder in Arbeiterzellen oder in Königinzellen aufgezogen. So kann es schwierig sein, die männliche Produktion einer Kolonie zu schätzen, außer bei Arten, wo Männchen eine dritte, einzigartige Zellgröße¹³ haben(z.B. Dolichovespula arenaria).

Das zweite Ziel dieser Arbeit ist es, eine nützliche Technik zu präsentieren, um wilde Vespine-Wespenkolonien auf dem Feld zu lokalisieren und in Labornistkästen zu verpflanzen. Obwohl einige Forscher Wespennester von Schädlingsbekämpfungsanrufen erhalten(d.h.Menschen, die sie als Schädlinge^14,15) melden, ist diese Methode nicht immer möglich oder wünschenswert. Die Forscher müssen möglicherweise Nester in wilden und bewohnten Gebieten sammeln, in denen Schädlingsbekämpfer nicht operieren, oder ihre Forschung durchführen, indem sie zu bestimmten Zeiten flexibler Nester erhalten. Interessanterweise sammeln und züchten die Menschen, die in den Berggebieten Zentraljapans leben, traditionell Wespen (Vespula shidai, Vespula flavicepsund Vespula vulgaris) für Nahrung. Daher sind Sammel- und künstliche Aufzuchttechniken für diese Wespen in diesen Bereichen gut entwickelt¹⁷.

In diesem Beitrag werden auch die Methoden zur Aufzucht von Vespula-Wespen zusammengefasst. Der Versuchsorganismus für diese Studie war V. shidai, eine soziale, bodenverschachtelte Wespe, die Westasien und Japan bewohnt. V. shidai besitzt die größte Koloniegröße unter allen japanischen Vespineweps, mit insgesamt 8.000 bis 12.000 Zellen pro Nest, mit einem Maximum von 33.400 Zellen^14,18. Arbeiter von V. shidai haben ein durchschnittliches Nassgewicht von 67,62 x 9,56 mg. Männchen werden in der Regel in Arbeiterzellen aufgezogen; Im Gegensatz dazu werden neue Königinnen in speziell konstruierten, breiteren Königinzellen¹⁴aufgezogen.

Abbildung 1: Meconium in einer Larvenzelle. (A) Querschnitt eines Kamms von Vespula shidai. Meconia wird durch rote Pfeile angezeigt. (B) Zwei Mekonia sind geschichtet. Jeder blaue Pfeil zeigt ein Meconium an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.