Valutazione della produttività delle colonie di vespe sociali (Vespinae) e introduzione alla tradizionale tecnica giapponese di caccia alle vespale

Riepilogo

Questo documento metodologico valuta la produttività di una colonia di vespe sociali esaminando il numero di meconia per 100 cellule di pettine, per stimare il numero totale di adulti prodotti dalle vespe. Il video associato descrive come cercare i nidi di vespa Vespula, un metodo sviluppato da cacciatori di vespe amatoriali.

Abstract

Per le vespe vespine, la produttività della colonia è tipicamente stimata contando il numero di cellule larve. Questo documento presenta un metodo migliorato che consente ai ricercatori di stimare in modo più accurato il numero di adulti prodotti, contando il numero di meconia (le feci lasciate nelle cellule dalle larve di vespa quando si pupano negli adulti, per 100 cellule) in ogni pettine. Questo metodo può essere applicato prima o dopo il collasso della colonia(cioè, nei nidi attivi o inattivi). Il documento descrive anche come localizzare le colonie di vep di Vespula selvatiche "bandierando" le vespe e inseguendo la vespa raccogliendole, utilizzando un metodo tradizionalmente eseguito dalla popolazione locale nel Giappone centrale (come illustrato nel video associato). Il metodo di inseguimento Vespula descritto ha diversi vantaggi: è facile reinizializzare l'inseguimento da un punto in cui il forager che volava di nuovo al nido è stato perso, ed è facile individuare la posizione del nido come vespe contrassegnate spesso perdono la loro bandiera al nido ingresso. Questi metodi per stimare la produttività delle costatie e raccogliere nidi possono essere preziosi per i ricercatori che studiano le vespe sociali.

Introduzione

Si pensa che ogni specie sviluppi una strategia ottimale per la sopravvivenza e la riproduzione tra una vasta gamma di possibili strategie. Nella selezione naturale, gli individui con tratti che massimizzano il successo riproduttivo di un individuo lasceranno più prole (e geni) alla prossima generazione. Pertanto, il numero di prole prodotte da un individuo può essere utilizzato come indicatore della forma fisica evolutiva relativa dell'individuo. In un dato contesto ecologico, il confronto del numero di prole prodotte rispetto a strategie comportamentali alternative può aiutare i ricercatori a prevedere la migliore strategia per ottimizzare la forma fisica¹.

Gli imenotteri sociali (come vespe, api e formiche) hanno un sistema di tre caste diverse, che sono lavoratori (femmine sterili), regine (ginne) e maschi¹. Solo le nuove regine (gine) e i maschi contano verso la forma fisica nell'Imenoptera sociale. La produzione dei lavoratori non contribuisce direttamente all'idoneità in quanto il lavoratore è sterile. D'altra parte, una regina che può produrre una maggiore produttività della colonia (come un maggior numero di cellule totali o un nido più pesante) è considerata avere una maggiore forma fisica nell'ipmenotera sociale, indipendentemente dal numero di nuove regine e maschi effettivamente prodotti (vedi , ad esempio,Tibbetts e Reeve² e Mattila e Seeley³). In generale, è difficile contare con precisione il numero di prole prodotte da una colonia di imenotteri sociali. Infatti, le regine di molti insetti sociali vivono per più di 1 anno(ad esempio,le regine delle formiche tagliafoglie possono vivere >20 anni⁴ e le regine delle api possono vivere per 8 anni⁵). Inoltre, una regina può produrre migliaia di prole riproduttiva nel corso di diverse settimane o mesi, anche in specie annuali di generi Vespa e Vespula^6,7^,8. Inoltre, la durata della vita dei lavoratori è più breve di quella della loro regina madre, e spesso i lavoratori muoiono lontano dai loro nidi. Quindi, anche se si potesse contare con precisione tutti gli adulti in un nido in un dato momento, un tale conteggio non rappresenterebbe con precisione il numero di prole prodotte. Pertanto, il numero di prole prodotta è stato stimato approssimativamente dalle dimensioni del nido, dal numero di lavoratori nel nido o dal peso del nido in un dato momento nel tempo^3,9,10. Il numero di cellule larve potrebbe provocare una sopraelevazione della produzione della prole quando alcune cellule sono vuote. Lo stesso metodo potrebbe anche comportare una potenziale sottovalutazione della produzione della prole perché pettini di piccole cellule che contengono covata operaia possono produrre due o tre coorti di larve^6,7,11.

Il primo obiettivo di questo lavoro è quello di fornire un metodo migliore per stimare la produttività della colonia di vespine in termini di numero di adulti prodotti. Yamane e Yamane hanno suggerito che il modo migliore per stimare il numero di prole prodotte da una colonia è contare la meconia nel nido¹². La meconia è il pellet fecale che comprende cuticle larvale, intestino e contenuto intestinale che una larva lascia nella sua cellula quando si pupating (Figura 1A). Il numero totale di meconia prodotte per pettine è calcolato moltiplicando il numero totale di cellule presenti per il numero medio di meconia per cella. Ci sono spesso più strati di meconia in una cella, e ogni meconia indica che un individuo ha pupato con successo in quella cella^6,11 (Figura 1B). Quando si stima il numero medio di meconia per cella, se il numero di celle esaminate è piccolo (una piccola dimensione del campione), l'errore standard (SE) aumenta e, di conseguenza, l'errore per il numero totale di meconia per pettine diventa superiore a quello che se la dimensione del campione era maggiore. La SE della media (SEM) è una misura della dispersione dei mezzi campione intorno alla media della popolazione. Pertanto, in questo studio, mi concentro sul SEM del numero di meconia per cellula per stimare la popolazione (il numero di adulti prodotti) dalla media del campione (il numero medio di meconia per cellula). Questo studio tenta di determinare quanti campioni sono necessari per ottenere un tasso SE inferiore a 0,05 per cellula. A tale scopo, viene eseguita una simulazione numerica con dati reali sul numero di meconia per pettine, per determinare la dimensione minima del campione (sia per i pettini operai o regine) necessari per stimare accuratamente questo valore all'interno della SE definita di 0,05.

Le colonie di vespine vivono in nidi nascosti (sotterranei o aerei) composti da più pettini orizzontali, costruiti in serie dall'alto verso il basso^6,7,11. La dimensione media delle celle aumenta dal primo (in alto) all'ultimo pettine (in basso). Nei pettini inferiori, si può vedere un improvviso spostamento della dimensione media delle cellule. Queste celle più ampie sono costruite per lo sviluppo di nuove regine. Di conseguenza, una stimapiù accurata della produttività della colonia (cioè, il numero di individui prodotti) può essere ottenuta quando si considera il numero totale di meconia nelle celle operaie (piccole cellule) e nelle cellule regine (celle grandi). Al fine di stimare l'idoneità a livello di colonia, i ricercatori potrebbero stimare il numero di regine prodotte e concentrarsi sulla meconia solo nelle cellule della regina. Per quanto riguarda i maschi riproduttivi, questi vengono allevati nelle cellule operaie o regine, a seconda della specie. Così, può essere difficile stimare la produzione maschile di una colonia, tranne nelle specie in cui i maschi hanno una terza, dimensione cellulare unica¹³ (ad esempio, Dolichovespula arenaria).

Il secondo obiettivo di questo lavoro è quello di presentare una tecnica utile per localizzare le colonie di vespine selvatiche nel campo e trapiantarle in scatole di nido di laboratorio. Anche se alcuni ricercatori ottengono nidi di vespa dalle chiamate di disinfestazione(cioè, persone che li segnalano come parassiti^14,15), questo metodo non è sempre possibile o desiderabile. I ricercatori potrebbero dover raccogliere nidi in aree selvagge e abitate dove i controllori dei parassiti non operano, o condurre le loro ricerche ottenendo i nidi in modo più flessibile in momenti specifici. È interessante notare che le persone che vivono nelle zone montuose del Giappone centrale tradizionalmente raccolgono e posteriori vespe (Vespula shidai, Vespula flaviceps, e Vespula vulgaris) per il cibo. Pertanto, le tecniche di raccolta e allevamento artificiale per queste vespe sono ben sviluppate in quelle aree¹⁷.

Questo documento riassume anche i metodi impiegati per allevare vespe Vespula. L'organismo sperimentale per questo studio era V. shidai, una vespa sociale nidificante che abitava l'Asia occidentale e il Giappone. V. shidai possiede la più grande dimensione della colonia tra tutte le vespe di vespine giapponesi, per un totale di 8.000 a 12.000 cellule per nido, con un massimo di 33.400 cellule^14,18. I lavoratori di V. shidai hanno un peso medio bagnato di 67,62 x 9,56 mg. I maschi sono di solito allevati nelle celle dei lavoratori; al contrario, le nuove regine sono allevate in celle regine appositamente costruite e più larghe¹⁴.

Figura 1: Meconio in una cellula larvale. (A) Sezione trasversale di un pettine di Vespula shidai. Meconia è indicato da frecce rosse. (B) Due meconia sono stratificate. Ogni freccia blu indica un meconio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Protocollo

1. Valutazione della produttività della colonia

1. Stima del numero di cellule per pettine
   1. Separare i pettini uno per uno. Spazzare via tutte le vespe adulte dal pettine e tirare fuori tutte le larve e pupe dalle cellule con una pinzetta.
   2. Misurare le misure quadrate di 10 celle scelte casualmente per pettine, utilizzando il software di imaging(ad esempio,Immagine J versione 1.48, vedere http://imagej.nih.gov/ij/).
      1. Scatta una foto con il riferimento di scala in modo che tutte le celle siano raffigurate dall'alto.
      2. In base alla lunghezza effettiva della scala, convertire tutte le lunghezze misurate in pixel.
      3. Misura le aree delle 10 celle in pixel e convertile nelle aree effettive.
      4. Calcolare l'area media delle celle operaie e regine.
   3. Stimare il numero di cellule operaie e regine dividendo l'area di ogni pettine per l'area media della cella per pettine.
2. Conteggio del numero di meconia per la valutazione della produttività della colonia
   1. Contare il numero di meconia per 100 cellule per ogni pettine rompendo attentamente il pettine ed esaminando la meconia.
      NOTA: Questo numero di celle è stato determinato qui sufficiente (la SE del numero di meconia per cella è all'interno di 0,05, vedere la sezione dei risultati rappresentativi). Meconia può essersi solidificata in due o più livelli nella cella (Figura 1).
   2. Calcolare il numero medio di meconia per cella per queste 100 celle.
   3. Calcolare il numero totale di meconia per ogni pettine(cioè,il numero di individui prodotti, la produttività della colonia), estrapolati dal numero stimato di cellule e dal numero medio di meconia per cella per quel pettine.

2. Trovare i nidi di Vespula

1. Adescamento
   1. Appendere pezzi di seppie, pesce d'acqua dolce o cuore di pollo (circa 10 g in totale) su un ramo d'albero ad un'altezza facilmente raggiungibile a mano (Figura 2).
   2. Posizionare queste esche lungo un transetto(ad esempio,lungo una strada che attraversa una foresta o lungo un fiume) a 50-100 stazioni, con almeno 5 m tra ogni stazione.

Figura 2: Fornire vespe con un'esca di carne contrassegnata. (A) Vespe di esca con carne attaccata alla punta di un bastone. (B) Il pezzo di carne è legato con un filo a una bandiera di plastica. (C) La vespa tiene sulla carne che è legata alla bandiera. Tali esche "flagged" aumenteranno la visibilità del forager volante. Le foto nei pannelli B e C sono state scattate da Fumihiro Sato. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Fornire vespe con un'esca "contrassegnata"
   1. Segnala costruzione e attaccamento
      1. Tagliare i sacchetti di plastica (polietilene) in strisce di 3 - 5 mm di larghezza e 15 cm di lunghezza utilizzando una taglierina.
      2. Preparare 1,5 mm³ di cuore di pollo o seppie su uno spiedino di bambù o ramo sottile (il diametro dell'esca di carne può essere da 1 a 2 mm, meno di 15 mg per un lavoratore V. shidai; figura 2).
      3. Legare un filo alla bandiera (striscia di plastica, meno di 10 mg) e poi all'esca di carne, attaccandolo entro 3 mm dalla bandiera (questo è chiamato l'esca "contrassegnata"). Tagliare il filo sciolto sopra il nodo.
         NOTA: Utilizzare un filo di poliestere estremamente fine normalmente utilizzato con le macchine da cucire.
   2. Presentazione dell'esca per la carne a una vespa
      NOTA: Un nido viene trovato in modo più efficiente seguendo vespe che tornano ripetutamente all'esca entro 4 min dalla partenza. Questo perché le vespe che prendono l'esca e ritornano hanno rapidamente un nido nelle vicinanze.
      1. Dipingere un segno unico su ogni torace per identificare le vespe singolarmente quando mordono le esche (preferibile con penne di vernice a base d'acqua, vedere Tabella dei materiali).
      2. Orientare la bandiera con il filo sotto la vespa mentre morde l'esca segnalata quando presenta l'esca alla vespa (posizionare la bandiera in modo che e il filo passino sotto l'addome della vespa da sotto il torace).
   3. A seguito di una vespa marcata
      1. Raccogliere le esche dalla zona circostante, in modo che la vespa di ritorno è più probabile che ritorni nello stesso punto, prima di seguire una vespa.
         NOTA: Seguire le vespe contrassegnate è meglio realizzare con un gruppo di due o più persone. Almeno una persona rimane al transetto, fornendo alle vespe da foraggiamento esche segnalate, mentre l'altra (s) segue la vespa marcata. Quando più di una vespa è attratta dalla stessa esca, segnare e seguire solo le vespe che volano via nella stessa direzione.
      2. Segui una vespa con un'esca segnalata.
      3. Quando una vespa seguita atterra da qualche parte sulla strada per il suo nido, sollevare delicatamente la vespa con un bastone lungo (ramo) o canna da pesca e guardarlo fino a quando non riprende il volo.
         NOTA: Sii gentile e non colpire la vespa a riposo perché lascerà cadere l'esca e volerà via.
      4. Quando la vespa sta modellando un'altra palla di carne prima di volare di nuovo al suo nido, riaggiustare la bandiera, se necessario.
         NOTA: Le vespe a volte atterrano e masticano attraverso il filo, rimuovendo la bandiera dall'esca di carne. Se questo accade frequentemente, accorciare le bandiere per aumentare l'abilità di volo del forager.
      5. Quando una vespa sfugge al rilevamento mentre viene seguita, attendere che la vespa torni alla stazione di esca sul transect prima di riprendere l'inseguimento. Questa volta, mentre la vespa sta mordendo la nuova esca, portare il bastone esca (e la vespa) al punto in cui era sfuggito all'ultimo rilevamento.
         NOTA: Le vespe di foraggiamento non lasciano andare facilmente le loro esche e non pungono se maneggiate delicatamente. Quindi, la vespa con l'esca segnalata può essere spostata nella posizione desiderata tenendo la bandiera, senza che la vespa scappi.

3. Trasferimento del nido

1. Struttura della scatola portante
   1. Costruire nidi di scatole di varie dimensioni, da 10 a 20 cm di lunghezza e larghezza e da 10 a 20 cm di altezza, per ospitare nidi di varie dimensioni.
      NOTA: Le scatole di queste dimensioni sono abbastanza grandi da ospitare giovani nidi di V. shidai (raccolti in Giappone centrale tra metà luglio e metà agosto). Fare una scatola portante in base alle dimensioni del nido di ogni specie, per ogni fase di crescita.
   2. Costruire la griglia di bambù e attaccarla all'interno della scatola, circa 2 cm sopra la parte inferiore della scatola, per facilitare il posizionamento del nido all'interno della scatola portante.
   3. Coprire il fondo della scatola porta con il giornale e incollarlo in un legno, bordo rimovibile (Figura 3).
      NOTA: Il giornale, più tardi, permetterà alle vespe di masticare attraverso di esso mentre costruiscono pettini aggiuntivi sotto la scatola portante quando questo è posto in una scatola nido (vedi sezione 3.2).
2. Scavo del nido
   1. Prima dell'esposizione dell'intero nido
      NOTA: Indossare indumenti protettivi per evitare di essere punto dalle vespe che difendono il loro nido.
      1. Una volta trovato il nido di vespe, scavare il nido.
      2. Vigorosamente timbrare sul terreno intorno al nido per circa 10 a 20 min in modo che i lavoratori che lasciano e tornano al nido rimangano all'interno per proteggerlo, per raccogliere il maggior numero possibile di lavoratori.
         NOTA: Se le vespe continuano a rimanere al di fuori del nido, è meglio catturarle usando una rete di insetti. Anche se la stampa è utile per V. flaviceps, V. shidaie V. vulgaris, i lavoratori di altre specie dal nido possono attaccare l'individuo che esegue la stampaggio. Nel caso, ignorare questo passaggio.
      3. Far brillare una luce direttamente nell'ingresso del nido per determinare la direzione in cui corre l'ingresso del nido. Utilizzare un dito per confermare l'orientamento del foro del nido, mentre delicatamente scavo terreno da tutto il nido.
   2. Dopo l'esposizione dell'intero nido
      1. Quando l'intero nido è esposto, stendi un panno e posizionalo sopra di esso per evitare che le vespe scappino nel terreno sotto il nido.
      2. Collocare il nido scavato in una scatola di legno (trasporto) per il trasporto al laboratorio (Figura 3); poi, coprirlo con rami e giornali. Lasciare la parte superiore del nido scoperto mentre è nella scatola.
      3. Posizionare la scatola portante su un panno per 5-10 min, fino a quando le vespe diventano calme.
      4. Raccogli le vespe nelle vicinanze con una rete di insetti e trasportale al laboratorio con il nido.
         NOTA: Come procedura di raccolta alternativa, anestesizza gli occupanti del nido fanning fumo di celluloide o etere dietilico nel nido prima di scavarlo.

Figura 3: Scatola di trasporto. (A) Scatola per il trasporto di nidi raccolti sul campo. (B) Una griglia di bambù è posta sul fondo della scatola. Le due caselle nell'immagine a destra sono capovolta. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. Allevare Vespula

1. Struttura della scatola nidificata
   NOTA: La scatola del nido è in legno, con dimensioni di 50 cm di lunghezza e larghezza e 70 cm di altezza per l'allevamento V. shidai (un nido maturo ha un diametro di circa 40 cm in natura). Fare una scatola di nido in base alle dimensioni del nido della specie da allevare.
   1. Fornire alla scatola del nido un foro di ingresso (di solito posizionato nella parte superiore della scatola) per consentire alle vespe di lasciare il nido al foraggio.
   2. Riempire circa 1/3 della scatola del nido con un terreno come quello che si verifica nel punto in cui è stato raccolto il nido.
   3. Installare una rete metallica (con una dimensione di rete di 1,5 cm²⁾all'ingresso della scatola del nido per evitare qualsiasi intrusione da parte di altre vespe (predatori, come Vespa mandarinia e Vespa simillima).
   4. Posizionare due barre di legno nella scatola del nido che può recare la scatola portante (Figura 4).

Figura 4: Configurazione del laboratorio. (A) Impostazione di una scatola portante in una scatola nido utilizzata per uno studio a lungo termine. Prima di posizionare la scatola portante nella scatola del nido, la tavola di legno nella parte inferiore della scatola portante è stata rimossa, lasciando solo il giornale a coprire il fondo del nido. (B) Una serie di scatole di nidi con risorse alimentari appese a una linea di filo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

2. Trapianto della scatola portante nella scatola del nido
   1. Tenere la scatola del nido in un luogo asciutto mentre si allevano vespe nei nidi raccolti(cioè,in un posto non esposto alla pioggia).
   2. Rimuovere la tavola di legno nella parte inferiore della scatola portante e metterla nella scatola del nido per uno studio a lungo termine (Figura 4).
      NOTA: Spesso, le vespe avranno fori morsi nel giornale che copre il fondo della scatola portante, e quindi, c'è il pericolo di essere punto da vespe che fuoriescono attraverso i fori. Pertanto, indossare indumenti protettivi durante il trapianto del nido.
3. Nutrire le vespe
   1. Mettere vari tipi di carne (calamari, pesce d'acqua dolce, petto di pollo o cuore di pollo) e una soluzione 1:3 di miele e acqua a circa 3 m dalla scatola del nido.
   2. Fornire cibo sufficiente per le esigenze di alimentazione di 1 giorno. Rifornire il cibo fresco ogni giorno (Vespinae non foraggio su carne vecchia / marciume).

Risultati

Uno degli obiettivi di questo studio era quello di determinare quanti campioni sono necessari per ottenere un SEM del numero di meconia per cellula che è inferiore a 0,05. In questo studio, un pettine con una dimensione media delle cellule di <20 mm² è stato definito come un pettine operaio, mentre pettini più grandi sono stati definiti come pettini regine. Ho contato il numero di celle per pettini regine e pettini operai (in questo studio, i conteggi sono stati fatti di sei...

Discussione

La produttività della colonia di api, formiche e vespe è stata stimata in precedenza dal numero di lavoratori e cellule nei nidi o dal peso dei nidi^3,9,10. Questo studio mostra che la stima del numero di meconia fornisce unamigliore stima del numero complessivo di individui prodotti (cioè un indicatore migliore della produttività della colonia). Infatti, si è scoperto che, sia per i pettini operai che per quelli qu...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
cuttlefish	Any		fresh/ as a bait
dace	Any		fresh/ as a bait
chichken heart	Any		fresh/ as a bait
plastic bag (polyethylene)	Any		as a flag
bamboo skewer	Any
industrial sewing thread	FUJIX Ltd.	King polyester, No.100
paint marker pen	Mitsubishi pencil	UNI, POSCA, PC5M
fishing rod	ANY
carrying box			made of wood
nest box			made of wood