Humboldt-Universität zu Berlin

Dissertation

Selection of Larvae for Queen Rearing by Workers in the Honey Bee (Apis   mellifera  L.) − Nepotism   or Different Maternal   Supply?

zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum agriculturarum (Dr. rer. agr.)

Eingereicht an
der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der HumboldtUniversität zu Berlin

Von
AL-Kahtani , Saad   Naser   Saad

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin 
Prof. Dr. Jan-Hendrik Olbertz 

Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
Prof. Dr. Dr. h. c. Frank Ellmer 

Gutachter:
1. Prof. Dr. agr. habil. Kaspar Bienefeld
2. Prof. Dr. agr. Kurt-Johannes Peters
3. PD Dr. Ricarda Scheiner

Datum der Promotion:27.07.2011

Abstract

Natural selection favours an efficient cooperation within eusocial colonies. However, in polyandrous species, queen rearing may provide some conflict. Worker bees are assumed to play a nepotistic role during the queen-rearing phase by preferring more closely related larvae. Honeybee workers were found to be able to discriminate between different related individuals, but published data are inconsistent. Here in my study I show that larvae reared on a standardized basis were not significantly preferred by related worker bees, but that a higher egg weight – from which the larvae originated – significantly increased the chance to receive a royalty treatment and showed a tendency to correlate positively with fitness traits of the resulting queen. Queen rearing results from a colony decision, and this involves many workers. Consequently any lack of a nepotism which is proved may be due to the fact that relatedness-driven kin preference of individuals cannot be applied to a colony decision. In view of this, using DNA fingerprinting, I also tested the relatedness of larvae to be reared as queens and those nursing worker bees which initiated the queen−rearing process. In five colonies, each inseminated with three drones from three different origins, I did not observe any preference of worker bees for their closely related sib for queen rearing, but I did find significant differences with respect to the preference of worker bees for larvae from the three drone origins. Our data provide evidence that honey bees have the ability to discriminate genetic differences, but they do not use it for nepotism. In a natural, diverse – but always at least 25%-related – framework within a colony, genetically or environmentally driven attractiveness but not relatedness represents the key criteria for selecting larvae for gyne production.

Keywords: Egg weight, Inclusive fitness, Nepotism, Queen rearing

Zusammenfassung

Natürliche Selektion bevorzugt effiziente Zusammenarbeit innerhalb von eusozialen Kolonien. Dennoch kann bei polyandrischen Arten die Aufzucht von Königinnen Konflikte auslösen. Es wird vermutet, dass Honigbienen nepotistisch bei der Königinnenaufzucht agieren. Bienen sind in der Lage zwischen verschiedenen verwandten Individuen zu unterscheiden. Die bisher publizierten Daten sind aber widersprüchlich. In meiner Untersuchung zeigte sich, dass standardisiert aufgezogene Larven durch verwandte Arbeitsbienen nicht signifikant bevorzugt werden, aber dass ein höheres Gewicht der Eier, aus denen die Larven geschlüpft sind, ihre Chancen als Königin aufgezogen zu werden signifikant erhöhen. Ein hohes Eigewicht führte außerdem zu einer zwar nicht signifikanten, aber tendenziellen Erhöhung von Fitness Eigenschaften der resultierenden Königinnen. Probleme, Nepotismus eindeutig zu belegen, sind möglicherweise dadurch verursacht, dass die Verwandtschafts-Präferenz bestimmter Individuen nicht in eine Kolonie-Entscheidung überführt werden kann. Ich habe deshalb – mit molekulargenetischen Methoden – die Verwandtschaft der Larven, die als Königinnen aufgezogen werden sollen, mit jener der Pflege-Bienen, die deren Aufzucht initiierten, vergliechen. In fünf Kolonien, deren Königinnen mit jeweils drei Drohnen von drei verschiedenen Herkünften besamt wurden, fand ich keine Präferenz von Arbeitsbienen für ihre nah-verwandten Geschwister. Dafür zeigten sich signifikante Unterschiede bezüglich Präferenz für Larven der drei Drohnen-Herkünfte. Dies kann so interpretiert werden, dass Honigbienen in der Lage sind, zwischen genetischen Varianten zu unterscheiden, aber dass diese Fähigkeit nicht für Nepotismus genutzt wird. In einem natürlichen, durch Mehrfachpaarung genetisch variablen, aber mindestens zu 25 % verwandten Volk, ist eine genetisch oder umwelt- (maternal) induzierte Attraktivität, und nicht der Grad der Verwandtschaft, das zentrale Selektionskriterium in.

Eigene Schlagworte: Gewicht der Eier, Fitness Eigenschaften, Nepotismus, Aufzucht von Königinnen

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05.12.2014