Yaprak Kesici Karıncaların (Atta) Laboratuvar Koşullarında Toplanması ve Uzun Süreli Bakımı

Summary

Burada, sağlıklı Atta (Hymenoptera: Formicidae) karınca kolonilerini laboratuvar koşullarında başarılı bir şekilde toplamak ve sürdürmek için bir protokol açıklanmaktadır. Ek olarak, farklı yuva tipleri ve konfigürasyonları olası deneysel prosedürlerle birlikte detaylandırılmıştır.

Abstract

Karıncalar, gezegendeki en biyolojik çeşitlilik gösteren hayvan gruplarından biridir ve farklı ortamlarda yaşarlar. Karınca kolonilerinin kontrollü ortamlarda korunması, uygulamalı araştırmalara katkıda bulunabilecek biyolojilerinin zenginleştirilmiş bir şekilde anlaşılmasını sağlar. Bu uygulama genellikle Atta karıncaları gibi ekonomik kayba neden olan türlerin nüfus kontrol çalışmalarında kullanılır. Karşılıklı mantarlarını yetiştirmek için, bu yaprak kesici karıncalar yaprak toplar ve bunun için Amerika kıtasında yaygın olarak dağılmış tarımsal zararlılar olarak kabul edilir. Son derece sosyal olarak organize olmuşlar ve çeşitli odalardan oluşan ayrıntılı yeraltı yuvalarında yaşıyorlar. Kontrollü bir ortamda bakımları, burada açıklanan çeşitli prosedürlerin ve sık bakımın günlük rutinine bağlıdır. Üreme mevsimi boyunca kraliçelerin toplanmasıyla başlar (yani, evlilik uçuşu), daha sonra ayrı ayrı plastik kaplara aktarılır. Kraliçelerin yüksek ölüm oranı nedeniyle, evlilik uçuşundan yaklaşık 6 ay sonra, gelişmiş mantar değnekleri olan yeni başlayan yuvalar kazıldığında, elle toplandığında ve plastik kaplara yerleştirildiğinde ikinci bir toplama gerçekleştirilebilir. Laboratuvarda, yapraklar günlük olarak kurulan kolonilere verilir ve karınca tarafından üretilen atıklar, kalan kuru bitki materyali ile birlikte haftalık olarak uzaklaştırılır. Mantar bahçesi büyümeye devam ettikçe, koloniler deneysel amaca göre farklı kaplara aktarılır. Yaprak kesen karınca kolonileri, doğada bu böcekler tarafından inşa edilen fonksiyonel odalarla organizasyon sistemini temsil eden birbirine bağlı kaplara yerleştirilir. Bu kurulum, atık miktarı, mantar bahçe sağlığı ve işçilerin ve kraliçenin davranışları gibi faktörleri izlemek için idealdir. Kolaylaştırılmış veri toplama ve daha ayrıntılı gözlemler, karınca kolonilerini kontrollü koşullarda tutmanın en büyük avantajı olarak kabul edilir.

Introduction

Karıncalar, çoğu karasal ortam üzerinde etkisi olan çeşitli bir grup birey oluşturur¹. Verimli dağıtıcılar 2,3,4, avcılar⁵ ve ekosistem mühendisleri ^6,7,8,9,10 olarak hareket ederler ve doğal ekosistemler üzerindeki önemlerini ve ekolojik başarılarını vurgularlar. Tüm karınca türleri eusosyal böcekler olarak sınıflandırılır; Bununla birlikte, toplumsal örgütlenmeleri farklı tür grupları arasında, yani iş bölümü sistemleri, işlevsel gruplar, bireyler arasındaki iletişim, yem örgütlenmesi, koloni temeli ve üreme süreci arasında büyük farklılıklar gösterir¹¹. Çok çeşitli bir grup olarak, çeşitli gıda kaynaklarına ve özel beslenme davranışlarına başvururlar. Nitekim, tarım sadece insan uygarlığı için değil, aynı zamanda karınca türleri için de büyük bir adımdı. Yaklaşık 55 ila 65 Ma önce¹², attine karıncaları mantarları kültürlemeye ve onları neredeyse özel bir diyete dahil etmeye başladı. O kadar uzmanlaştılar ki, bir bireyin diğeri olmadan hayatta kalamayacağı simbiyoz olarak sınıflandırılan katı, bağımlı ve zorunlu etkileşimler geliştirdiler.

Düşük mantar yetiştiriciliği yapan karıncalar, karşılıklı mantarlarını büyütmek için çürüyen yaprak parçaları gibi ölü organik maddeleri toplar ve işler; daha yüksek mantar yetiştiren karıncalar taze bitki materyali toplarken, en başarılı simbiyotik doğal sistemlerden birini oluşturur¹³. Bu son derece uzmanlaşmış tarım tekniği, yeni bir niş yakalamalarına izin verdi. Daha yüksek attinli karıncalar, dört geçerli cinsten oluşan 19 Ma (15-24 Ma) ve 18 Ma (14-22 Ma)14,15,16 arasında uyanan monofiletik bir grup olan yaprak kesici karıncaları içerir: Atta Fabricius, Acromyrmex Mayr^, Amoimyrmex Cristiano ve Pseudoatta Gallardo. Yaprak kesici karıncalar tarafından gerçekleştirilen yaprak kesici tarım sistemi, türetilmiş tarım sistemlerinden evrimleşmiştir¹⁷. Bu türlerin çoğu, yalnızca karşılıklı mantar türleri Leucoagaricus gongylophorus Singer^18’den (Leucocoprinus gongylophorus Heim 19 olarak da adlandırılır) yararlanır ve önemli bir evrimsel geçişe işaret eder ¹¹. Mantar çeşitleri, orijinal yuvalardan yavrulara dikey olarak iletilir, bu da klonal olarak yayıldıklarını düşündürür²⁰.

Dikkat çekici bir şekilde, Atta toplumları, çevrelerinde muazzam öneme sahip ve mirmekologlar için büyük ilgi gören karmaşık bir organizasyon yapısı geliştirdiler. Nüfusları, çoğu vurgulanmış bir polimorfizm, yani farklı boyut ve anatomik morfoloji sergileyen steril kadın işçiler olan milyonlarca kişiden oluşabilir. Popülasyon, yaş, fizyolojik durum, morfolojik tip, davranışlar ve kolonideki uzmanlaşmış faaliyetlere göre kastlarla ayırt edilir²¹. İşçiler bahçıvanlara ve hemşirelere, yuva içi genelcilere, toplayıcılara ve ekskavatörlere ve savunuculara veya askerlere ayrımcılığa uğrayabilir²¹. Bu organizasyon, görevlerin işbirliği içinde yerine getirilmesine ve son derece yapılandırılmış kolektif davranışlar üretebilen, çevresel rahatsızlıklara verimli bir şekilde yanıt vermelerini sağlayan kendi kendini organize eden bir sisteme izin verir²².

Nüfusun yenilenmesinin rolü, yaşadığı sürece tek bir kraliçe (yani tek eşli) tarafından oynanır ve kalıcı üreme kastını oluşturur²². Atta kraliçelerinin 20 yıldan fazla yaşadıkları ve ömürleri boyunca yumurta bıraktıkları bilinmektedir²³. Kraliçenin yeri doldurulamaz olduğundan, dayanıklılığı koloninin hayatta kalması için çok önemlidir ^13,20,23,24. Yine de, üreme mevsimlerinde yuvada binlerce kanatlı üreme dişi ve erkek bulunabilir, ancak hiçbiri orijinal yuvada kalmaz ve geçici bir kast^{oluşturur 22}. Atta sexdens kolonilerinde, yaklaşık 3.000 üreme dişi ve 14.000 üreme erkeği²⁵ üretilir. Bir koloni cinsel olgunluğa ulaştığında, uygulanmasından yaklaşık 38 ay sonra ortaya çıkar ve söndürülene kadar her yıl tekrarlanır^23,25. Yeni Atta kolonileri, bir kraliçenin yeni bir yuvaya başladığı haplometroz yoluyla kurulur.

Çevresel koşullar uygun olduğunda, reprodüktörler evlilik uçuşuna başlamak için yeraltı yuvasını terk ederler. Oluşum dönemi, türlere bağlı olarak Brezilya toprakları boyunca yıl boyunca değişen bölgeye göre farklılık gösterir. Bununla birlikte, olaydan önce yağışlar ve nem yüksekliği²⁶ gibi görünmektedir, bu da toprak nemi²² nedeniyle kazı kolaylaştırma ile ilişkili olabilir. Sıklıkla, evlilik uçuşundan 1-5 hafta önce, üreme bireylerinin ayrılmasını kolaylaştırmak için yuva girişleri ve kanalları genişletilir. Ana kolonilerini terk etmeden önce, kanatlı dişiler, karşılıklı mantarın bir kısmını toplar ve depolar^20,27. Uçuş ortasında çoklu çiftleşmeler yapılır ve bir kraliçenin bazı türlerde üç ila sekiz erkek (yani poliandri) tarafından döllenebileceği hesaplanır²⁸, genetik değişkenlik sağlar²⁹. Daha sonra, kraliçeler toprağa ilerler ve kanatlarını çıkardıkları ve ilk yuva odalarını kazdıkları²⁵ bitki örtüsü olmayan veya az olan yerleri tercih ederler. Bu, kraliçelerin yuvanın dışında görülebileceği tek dönemdir. Geçici kastın bireyleri yapay yuvalarda görülmüş olsa da, laboratuvar koşullarında başarılı bir çiftleşme (yani evlilik uçuşu) yapılıp yapılmadığı bilinmemektedir²⁴.

İlk yuva yapısı, koloninin 6 saatten 8 saate kadar^23,25 saat sürebilen en önemli dönemine karşılık gelir. Şu anda, kraliçe ilk odada kendini kapatır ve birkaç gün içinde yumurtlama başlar. İlk yumurtalar, kraliçenin yetersizlik yaptığı miselile beslenir ve koloninin mantar bahçesinin başlangıcını işaretler. İlk larvalar yaklaşık 25 gün^22’de ortaya çıkar ve neredeyse ilk ayın sonunda, koloni, olgunlaşmamışların (yumurtalar, larvalar ve pupalar) yuvalandığı çoğalan bir mantar paspasından ve ilk yavrularını izole olarak yetiştiren kraliçeden oluşur²³. Yumurtalar aynı zamanda ilk larvaların besin kaynağıdır ve kraliçe¹³ tarafından çok tüketilir. Ek olarak, kraliçe kendini yağ gövdesi rezervleri ve artık kullanılmayan kanat kaslarını katabolize ederek sürdürür¹³. İlk mantar kültürü, koloninin hayatta kalması gelişimine bağlı olduğu için tüketilmez ve bu süre zarfında kraliçe onu dışkı sıvısı¹³ ile döllenir. Ortaya çıktıktan günler sonra, ilk işçiler yuva girişini açar ve yuvanın^13’ün hemen yakınında bir yiyecek arama faaliyetine başlar. Mantar bahçesinin substratı olarak toplanan malzemeyi içeriyorlar, bu da şimdi işçiler için yiyecek olarak hizmet veriyor^13,22. Mantar kültürüne eklenmeden önce, işçiler tarafından taşınan bitki materyali küçük parçalar halinde kesilir ve dışkı sıvısı¹³ ile nemlendirilir. Karıncalar, büyümesini arttırmak ve kontrol etmek için mantar inokulumunu manipüle eder, bu da bahçenin ^13,22,25 şartlandırılmasında uzmanlaşmış büyük toprak kazılmış odaların bölünmesine hizmet edecektir.

Evlilik uçuşundan yaklaşık 6 ay sonra, A. sexdens yuvaları bir mantar odası ve birkaç kanal içerir. Yaprak kesen karınca yuvalarının yapımındaki büyük uzmanlık, doğal düşmanlara ve olumsuz çevresel faktörlere karşı bir savunma mekanizması olarak çalışır²². Yaprak kesen karıncaların mantar bahçesini parçaladığı ve odalar kurumaya başladığında yüksek neme sahip odalara aktardığı bilinmektedir¹³. Böylece, yuvanın kazılmasına rağmen, önemli bir enerji maliyetine sahip olmasına rağmen, yatırılan enerji koloninin kendisi için faydalar olarak tersine çevrilir²². Birkaç istisna dışında, Atta türleri ayrıca koloninin atıkları için, çoğunlukla tükenmiş mantar substratından ve ölü karıncaların vücutlarından yapılmış, yuvanın geri kalanından izole edilen ve önemli bir sosyal bağışıklık stratejisi oluşturan özel odalar yapar³⁰. Ek olarak, ayrı bir işçi grubu, diğer bireylerin kirlenmesini önlemek için reddi doğrudan manipüle eder. İşçiler, koloninin ana besin kaynağı olan mantarı beslemek için sürekli olarak beslenirler. Bununla birlikte, parçaları keserken bitki özü ile de beslenebilirler. Bitki materyali, mantar bahçesinin bakımı için özenle seçilir ve yaprak özellikleri ve ekosistemin özellikleri gibi birçok faktörden etkilenir¹³.

Yaprak kesen karıncaların taze malzeme elde etmek için yiyecek arama stratejisi oldukça karmaşıktır ve yerleşik kolonilerin yüksek hasat talebi ile birleştiğinde, tarımsal üreticiler için önemli ekonomik kayıplara neden olur ve orman restorasyon alanlarını tehlikeye atar^22,31. Bu nedenle, bu karıncalar, güney Amerika Birleşik Devletleri’nden kuzeydoğu Arjantin’e kadar 11,13,22,32 arasında karşılaşılabilecekleri çoğu alanda zararlılar olarak kategorize edilebilir. Sorunlu kolonilerin söndürülmesi, bu böceklerin biyolojisinde bulunan bir dizi adaptasyon nedeniyle zordur (yani, sosyal organizasyon, yiyecek arama, mantar yetiştiriciliği, hijyen ve karmaşık yuva yapıları)³³. Bu nedenle, nüfus kontrol stratejileri genellikle diğer böcek zararlılarına uygulananlardan farklıdır ve esas olarak çekici kontamine yem tekliflerine başvurur^33,34. Bununla birlikte, bu karıncalar hem mantar hem de koloni bireyleri için zararlı maddeleri reddedebildikleri ve ekili alanları tehlikeye atabildikleri için 33, yeni doğal bileşikler ve kontrol alternatifleri sürekli olarak test edilmektedir^33,35,36. Deney sonuçları sahada test edilmiş koloniler üzerinde zorlukla izlenemediğinden, ön denemeler kontrollü bir ortamda yürütülür.

Bu nedenle, deneysel protokoller, karıncaların heterojen yaşam tarzını göz önünde bulundurarak, tür düzeyindeki çalışmaları destekleyen ve kolonileri bir karıncanın karmaşık bir süperorganizmanın bir unsuru olduğu operasyonel birimler olarak hesaba katan ilgi gruplarına uyarlanmalıdır¹¹. Atta cinsi ile ilgili bugüne kadar toplanan raporlar, kolonilerin laboratuvar koşullarında başarılı bir şekilde toplanmasını ve sürdürülmesini ve temel ihtiyaçlarının ve genel işlevlerinin kabul edilmesini mümkün kılmıştır. Üreme, koloni kurma ve beslenme davranışları gibi doğal süreçlerine dayanarak, farklı yuva türlerinde kolonilerin uzun vadeli kurulmasına izin veren bir uygulama rutini geliştirilmiştir. Burada, yaprak kesen karıncaları laboratuvarda tutmak için prosedürel bir protokol tanımlanmıştır ve farklı deney amaçları ve bilimsel sosyal yardım ile olası genel araştırmaları vurgulamaktadır.

Protocol

1. Kraliçelerin toplanması İlgilenilen bölgede Atta üreme mevsimi dönemi için literatürde arama yapın. Evlilik uçuşlarının üreme mevsimi oluşumu, sıklığı ve gündüz saatleri, bölgesel iklim koşullarına göre değişmektedir (Tablo 1). Genellikle ilkbaharda gerçekleşmekle birlikte, bu bilgilerin toplamanın gerçekleşmesi amaçlanan yer için toplanması gerekir 37,38,39,40,41,42,43,44,45,46….

Representative Results

Karınca toplama sürecini gösteren bir akış şeması Şekil 6’da gösterilmiştir. Burada, yukarıda açıklanan toplama, bakım ve yuva kurulumları protokolünü kullanarak elde edilen bazı sonuçlar gösterilmiştir. Şekil 6: Yaprak kesen karınca kolonilerinin toplanması için akış şema…

Discussion

Yaprak kesen karınca kolonilerini korumak için burada açıklanan protokol, otuz yılı aşkın bir süredir iddialı ve tekrarlanabilir bir şekilde geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Saha koşullarıyla sınırlı olacak araştırmaların geliştirilmesine izin verdi. Böylece, sağlıklı karıncalar ve koloniler, bireysel ve koloni düzeyinde karşılaştırmalı morfoloji, toksikoloji^51,52, histoloji 53 ve mikrobiyoloji^54,55,56<su…

Materials

Entomologic forceps	N/A	N/A	N/A
Glass tank	N/A	N/A	Tempered glass, custom made
Hose	N/A	N/A	Transparent, PVC 1/2 Inch x 2,0 mm
Latex gloves	Descarpack	550301	N/A
Nitrile gloves	Descarpack	433301	N/A
Open arena	N/A	N/A	Polypropylene crate
Plaster pouder	N/A	N/A	Plaster pouder used in construction, must be absorbant
Plastic Containers for collection	Prafesta	Natural Cód.: 8231/Natural Cód.: 8262	Lidded, transparent , polypropylene
Plastic containers for nests	Prafesta	Discontinued	Polystyrene, hermetic
Teflon	Dupont	N/A	Polytetrafluoroethylene liquid (PTFE Dispertion 30)