Високі показники метаболізму та втрат води в агрегатах гусениць свідчать проти

РЕЗЮМЕ

ВСТУП

Агрегація особин у межах виду є загальним біологічним явищем. Причини, запропоновані для агрегації, широкі, включаючи зменшення ризику хижацтва (наприклад, Рукстон та Шерратт, 2006), збільшення сексуального успіху передачі сигналів або спаровування (наприклад, Салліван, 1981), посилений успіх пошуку, збільшення темпів зростання (наприклад, Кнапп та Кейсі, 1986) та поліпшення енергетичної чи гідричної ефективності (наприклад, Бенуа та ін., 2007; Кіллен та ін., 2012).

Тут ми дослідили вплив розміру групи на рівень метаболізму та втрати води (і) у видів комах, які добровільно агрегуються в природі (рис. 2А, Б). За допомогою гусениць молі мису Лаппет (Eutricha capensis Linnaeus 1767), зібраних під час спалаху, ми провели вимірювання та діапазон розмірів груп. Застосовуючи експериментальний підхід, ми перевірили гіпотезу збереження ресурсів та два загальні прогнози, які передбачають різний вплив розміру групи на енергетичну чи гідричну ефективність, намагаючись усунути температуру та активність як потенційні незрозумілі фактори.

(A) Модель гусениць, складених у циліндричній конфігурації, (B) вигляд кінців циліндрів із відкритими ділянками, пофарбованими в зелений колір, та (C) схема кінців циліндрів, що використовується для розрахунку нормованої відкритої площі. θ - кутова зміна точки контакту між циліндрами (як показано в напрямку проти годинникової стрілки для наступних сусідніх циліндрів). (D) Нормалізована швидкість втрат води (η) як функція від розміру групи.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ

Гусениці молі мису Лаппет (N = 212) середнього етапу розвитку (4 або 5-й вік) були зібрані з домашнього саду в Стелленбоші, Західна Капська провінція, Південна Африка. На початку лабораторного вирощування гусениці мали середню масу 0,6 г (загальна маса групи 136,7 г). Під час експериментів гусениці зросли в дев'ять разів до 5,4 ± 0,4 г до того, як опертись після періоду приблизно 2 місяці. Під час вирощування тварин підтримували середню температуру 20,3 ± 0,03 ° C і тримали в темряві, щоб уникнути потенційних незрозумілих наслідків денних коливань фотоперіоду. Гусениць годували листям акації саліньї і давали їй воду за бажанням.

Кожен запис проводили протягом ночі при середній температурі 20,2 ± 0,3 ° С. Активність окремих гусениць реєстрували за допомогою інфрачервоного детектора активності (AD2, Sable Systems). Діяльність груп (N = 10, 15, 25 і 50) контролювали за допомогою веб-камери (Logitech QuickCam Pro 9000) з частотою зображення 30 с, яка згодом була перетворена у відео (версія Yawcam 0.3.9). До дюбеля всередині кювети прикріплювали термопару (Т-тип, 36 стандартних дротових калібрувальних приладів) для реєстрації температури всередині агрегованої групи (TAgg). Другу термопару закріпили на зовнішній стороні кювети для вимірювання температури навколишнього середовища (Ta). Термопари були підключені до реєстратора даних (TC-08, Pico Technology, St Neots, Великобританія) і записані з частотою дискретизації 1 Гц за допомогою програмного забезпечення PicoLogger.

Дані респірометрії отримували за допомогою ExpeData (версія 1.1.25, Sable Systems). Для аналізів використовувались лише періоди відпочинку та (підтверджено виявленням активності та відеоаналізом, рис. 2C). Дані були скориговані для базового зсуву при стандартній температурі та тиску та перетворені в мл год -1 для та мг год -1 для .

Оскільки час відгуку каналу H2O аналізатора був повільним для найбільших розмірів груп (N = 50 і 100), оцінювали за допомогою двох різних методів. Перший метод базувався на даних, отриманих в ході досліджень респірометрії, розрахованих для розмірів груп N = 25 і менше. Другий метод передбачав визначення гравіметрично як різниці між масою до та після респірометрії, поділеної на тривалість бігу. Існувала сильна позитивна кореляція між цими двома методами визначення (r 2 = 0,969), а отже, щоб збільшити розмір набору даних, всі аналізи проводились із використанням гравіметричної оцінки та включали групи до N = 100 осіб.

Розрахунок очікуваного як функції групи

Оцінювали та порівнювали температуру всередині кювети респірометрії між згрупованими та окремими гусеницями, щоб забезпечити постійну температуру у всіх випробуваннях (TAgg 20,5 ± 2,1 ° C; TInd 19,8 ± 1,2 ° C; Манн-Уітні U33 = 129,5, P> 0,44) . Крім того, ці оцінки температури, швидше за все, наближають температуру тіла окремих людей, але внаслідок потенційного нагрівання, пов'язаного з агрегацією, не обов'язково наближається до температури тіла групи. Тому ми також оцінили різницю між температурою повітря в кюветі під час вимірювання та внутрішньою температурою ядра групи та порівняли їх між згрупованими та ізольованими особами, припускаючи нульову різницю між температурою повітря та тіла одиночних (t-тест, t30 = -1,73, P> 0,09).

РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

Співвідношення між швидкістю втрати води () та швидкістю метаболізму () не відрізняється серед груп різного розміру (H5,33 = 9,93, P> 0,07). Ділянки в коробках представляють медіану (квадрати) з 25–75 процентилями, а вуса (помилки) не відрізняються від діапазону (мінімальний і максимальний). Кола позначають викиди.

Деякі потенційні фактори можуть пояснити цю відсутність групового збереження ресурсів у E. capensis. По-перше, збільшення витрат може відбутися, якщо групи переживають температури, які перевищують умови навколишнього середовища. Однак наші лабораторні вимірювання температури всередині та зовні агрегатів показали, що це не відповідає дійсності. Крім того, ендотермічна реакція здається малоймовірною, враховуючи помірні температури, що спостерігаються протягом сезону вирощування та активності E. capensis. Більшість видів, що демонструють переваги термічного агрегування, мешкають в Арктиці або полярному середовищі, де низькі температури можуть бути обмежуючим фактором для зростання популяції.

По-друге, групи комах можуть бути більш активними, ніж одиночні особини, тим самим збільшуючи швидкість потоку газу. Однак диференційована активність цілих тварин не може пояснити наших результатів, оскільки використання детекторів активності та відеомоніторинг забезпечили отримання даних лише від відпочиваючих тварин.

ПОДЯКИ

Ми хотіли б подякувати Хенно Гоусу за фотографування зібраних гусениць та Наніке Естерхуйзен за допомогу у вирощуванні гусениць. Ми вдячні трьом анонімним суддям за конструктивну критику, яка покращила цю роботу.