Effect of social factors on caste differentiation in the ant aphaenogaster senilis

Abstract

En los insectos sociales, solo uno o pocos individuos de una colonia se aparean y se reproducen. La producción de las reinas reproductoras y de las obreras no-reproductoras resulta de un cambio del desarrollo en el estadio larval que está, generalmente, regulado por factores ambientales. Sería de esperar que las obreras influyeran sobre la producción de ambas casta mediante el control del desarrollo de las larvas. La teoría de la selección de parentesco predice que la reina actual, las obreras y las larvas tienen un creciente interés en la producción de nuevas reinas, sugiriendo potenciales conflictos intracoloniales. Estos conflictos son resueltos, probablemente, señalizando la presencia de una reina apareada. Las feromonas están, por lo general, implicadas en la resolución del conflicto, pero su naturaleza química y sus efectos todavía permanecen difíciles de conocer. La presente tesis tiene objetivo de caracterizar los factores sociales que regulan la diferenciación de la casta en colonias de hormigas. Para ello, hemos investigado los mecanismos comportamentales, fisiológicos y feromonales que influyen sobre la producción de reinas. La hormiga monogínica Aphaenogaster senilis representa un modelo muy útil. En ella, la reina evita la producción de nuevas reinas mediante el uso de feromonas. Sin embargo, si la reina desaparece, algunas reinas sustitutas son producidas, en muy bajo número, a partir de las larvas diploides totipotentes. En conjunto, han confirmado que las obreras y la reina limitan las decisiones reproductivas de las colonia. En el capítulo dos, mostramos que la producción de reinas está correlacionada con el número de obreras. El destino de las larvas depende de la realización, a nivel de grupo, de las tareas de procesado del alimento realizado por las obreras. El tercer y cuarto capítulo confirman que la reina fecundada inhibe por completo el desarrollo de las larvas en reinas. La reina señala su casta y su estado de apareamiento. Los capítulos tres, cuatro y cinco apuntan a los dimetilalcanos, y especialmente a dos dimetilalcanos específicos de la reina, como buenos candidatos para la señal de reina. Estos resultados son una aportación a la considerable cantidad de trabajos que demuestran el importante papel de los hidrocarburos cuticulares en la comunicación reina-obrera. El tercer capítulo se pregunta por la transmisión de las feromonas reales. Hemos demostrado que los huevos puestos por la reina no transmiten las feromonas reales. En el capítulo cuatro investigamos el papel del comportamiento de la reina para mantener su monopolio reproductor. Concluimos que la toma de decisiones colectiva sobre la producción de sexuados es conformada, principalmente, por la presencia y el estado reproductor de un individuo (la reina).

In social insects, only one or a few individuals of a colony mate and reproduce. The production of reproductive queens and non-reproductive workers arises from a developmental switch at the larval stage, and is generally regulated by environmental factors. Workers are expected to influence the production of both caste through the control of larval development. Kin selection theory predicts that the current queen, the workers and the larvae have increasing interest in the production of new queens, suggesting potential intracolonial conflicts. These conflicts are likely resolved by signalling the presence of a mated queen. Pheromones are generally involved in conflict resolution, but their chemical nature and effects are largely elusive. The present thesis aims at characterizing the social factors regulating caste differentiation in ant colonies. We investigated behavioural, physiological and pheromonal mechanisms that influence the production of queens. The monogynous ant Aphaenogaster senilis provides a useful model. The queen prevents the production of new queens by mean of pheromonal communication. However, if she disappears, a few replacement queens are reared from the totipotent diploid larvae. Overall, our results confirmed that the workers and the queen constrain colonial reproductive decisions. In chapter two, we showed that the production of queens correlated with the number of workers. Larval fate depended on the realization of food processing tasks by the workers at the group level. The third and fourth chapters confirmed that the mated queen fully inhibit the development of larvae toward queens. She signals her caste and mating status. Chapters three, four and five pointed at cuticular dimethylalkanes, and especially two queen-specific dimethylalkanes, as good candidates for the queen signal. These results contribute to substantial amount of works showing the important role of cuticular hydrocarbons in queen-worker communication. The third chapter asked for the transmission of the queen pheromones. We showed that queen-laid eggs do not transmit queen primer pheromones. Chapter four investigated the role of queen’s behaviour to maintain their reproductive monopoly. We conclude that collective decision-making over the production of sexuals is mainly shaped by the presence and reproductive state of one individual (the queen).