A novel behavioral assay is described for investigating the short term gustatory responses of the mouthparts of freely-moving bumble bees (Bombus terrestris) toward nutrients and toxins in solution.
Pollinisateurs généralistes comme le bumble bee chamois à queue, Bombus terrestris, rencontrent les nutriments et les toxines dans le nectar floral qu'ils recueillent de plantes à fleurs. Seules quelques études ont décrit les réponses gustatifs des abeilles vers les toxines dans les aliments, et ces expériences ont principalement utilisé la réponse d'extension du proboscis sur les abeilles sobres. Ici, un nouveau test de comportement est présenté pour mesurer les réponses d'alimentation de librement mobile, travailleur individuel bourdons des nutriments et des toxines. Ce test mesure la quantité de solution ingérée par chaque abeille bumble et identifie comment sapides dans les aliments influencent la microstructure du comportement alimentaire.
Les solutions sont présentées dans un tube microcapillaire pour les bourdons individuels qui ont déjà été affamés pendant 2-4 heures. Le comportement est capturé sur vidéo numérique. La structure fine du comportement alimentaire est analysée en marquant en permanence la position du proboscis (pièces buccales) à partir des enregistrements vidéo en utilisant le logiciel d'enregistrement des événements. La position du proboscis est définie par trois catégories comportementales différentes: (1) proboscis est étendue et en contact avec la solution, (2) proboscis est prolongée, mais pas en contact avec la solution et (3) proboscis est rangé sous la tête. En outre, la vitesse de la trompe rétractant loin de la solution est également estimée.
Dans le présent essai le volume de solution consommé, le nombre de périodes d'alimentation, la durée des épisodes d'alimentation et la vitesse de rétraction de l'appendice, après le premier contact est utilisé pour évaluer l'phagostimulatory ou de l'activité de dissuasion des composés testés.
Ce nouveau test de goût permettra aux chercheurs de mesurer comment les composés trouvés dans le nectar influencent le comportement alimentaire des abeilles et seront également utiles aux biologistes de pollinisation, toxicologues et neuroethologists étudient le système de goût du bourdon.
Interactions plantes-pollinisateurs sont complexes. Les pollinisateurs visitent les fleurs pour obtenir le nectar et le pollen comme aliment; à son tour, les pollinisateurs facilitent la reproduction sexuée chez les plantes. Bien que cette relation est surtout mutualisme, nectar de fleurs et de pollen contiennent parfois des toxines ou des composés autres plantes 1-5 qui peut nuire à pollinisateurs. La justification écologique pour la présence de ces composés dans le nectar et le pollen est pas clair dans tous les milieux. Une question en suspens dans ce domaine est de savoir comment les pollinisateurs tels que les abeilles peuvent détecter et éviter des fleurs avec nectar contenant des toxines.
Les espèces de bourdons, Bombus terrestris (Linnaeus, 1758), est un pollinisateur généraliste qui visite les fleurs de nombreuses espèces de plantes , y compris celles produisant du nectar contenant des toxines 6. Bourdons On a montré que des solutions pour éviter de consommer contenant de fortes concentrations de toxines dans un essai de 24 heures à deux choix 7. ce dosagede la consommation alimentaire décrite par Tiedeken et al. 7 ont révélé que les abeilles peuvent détecter des composés amers dans les solutions. Cependant, ce test a été incapable de distinguer le goût des processus post-ingestifs tels que malaise qui pourrait également affecter le comportement alimentaire sur cet intervalle de temps 8-10.
Les abeilles possèdent sensilla gustatifs sur leurs antennes, buccales et tarses pour détecter des composés 11-13. Le réflexe d'extension du proboscis (PER) des expériences impliquent retenir les abeilles individuelles dans un harnais et stimulant sensilla antennaire de l'abeille pour produire l'alimentation réflexe 14-17. Les abeilles peuvent être immobilisés dans des faisceaux individuels, puis stimulés pour produire le réflexe d'alimentation comme un test de leur capacité à goûter des composés 18,19. D' autres ont modifié le test PER pour étudier la sensibilité des antennes ou buccales à des toxines 9,20. Cependant, les abeilles sont soumis à un stress pendant exploiter. Cela pourrait affecter la façon dontils répondent à des composés 21.
Ici, un nouvel essai est décrit pour évaluer la réponse du goût comportemental librement déplacer les bourdons à saccharose et la quinine, un alcaloïde qui a déjà été rapporté pour être dissuasif 9 et toxique 10 pour les abeilles (Apis mellifera) et les bourdons (Bombus terrestris) 7, 22. Bien que la quinine n'a pas été trouvé dans le nectar des plantes, cet alcaloïde est souvent utilisé comme un stimulus aversif dans des études comportementales et physiologiques chez les abeilles 7,9,12,13,22. La méthode consiste à enregistrer les pièces buccales des bourdons vidéo à grande résolution pendant le contact proboscis initial avec les solutions d'essai. Plus précisément, la structure fine de la réponse d'alimentation est examinée en marquant en continu le comportement sur un intervalle de 2 min. Le volume de solution consommé est mesurée pendant la période d'alimentation, et donc la quantité de nourriture consommée peut être corrélée avec la microstructurele comportement alimentaire. En outre la vitesse de rétraction de la trompe est mesurée, comme indicateur d'un évitement actif et, par conséquent la détection de pré-ingestion.
Avec ce test de comportement roman, la quinine est indiquée pour dissuader l'alimentation de l'bumble bee chamois à queue. Le temps de contact de proboscis réduite et l'alimentation fréquence de combat avec l'eau ou la solution de saccharose lacées avec de la quinine est interprétée ici comme un refus d'engager l'alimentation plus sur les solutions non-nutritives ou potentiellement toxiques. Lorsque la quinine est ajouté à une solution 1 M de saccharose, les bourdons non seulement de réduire le volume de la solution qu'ils consomment, ils se rétractent également les proboscis plus rapide, réduisant ainsi le temps de contact entre les pièces buccales et la solution contenant une toxine. Ensemble, ces résultats suggèrent que la quinine est perçue par les cellules réceptrices gustatifs sur les pièces buccales du bourdon, comme déjà mentionné auparavant lors de l'abeille 9. La quinine est une toxine pour les insectes qui induit un comportement de malaise semblable à l'abeille 10 et effet de choc dans le moustique du paludisme (Anopheles gambiae) 23. Ce test pourrait bien conduire à l'identification de certains composés de dissuasion et potentiellement toxiques qui sont perçus par les cellules réceptrices du goût sur les pièces buccales dans les bourdons.
Il est essentiel pour le tube microcapillaire pour être rempli d'un volume suffisant de solution d'essai pour durer pendant toute la phase de test. Il est recommandé qu'au moins les trois quarts environ du tube microcapillaire (par exemple 70-80 ul) est rempli. Cependant, il faut prendre soin de ne pas remplir complètement le tube microcapillaire pour réduire le risque de déversement au cours du processus de numérisation et de fixer le tube microcapillaire à l'appareil expérimental. Des précautions doivent également être prises lors de la présentation de la gouttelette mM de saccharose 500 à l'abeille bumble, de sorte que l'expérimentateur évite les fuites de la gouttelette dans le tube de maintien.
Le trou de 4 mm à l'extrémité du tube de maintien est assez grand pour un adulte travailleur bumble bee d'étendre naturellement sa trompe vers la solution de test. Cependant, il est possible quebourdons peuvent goûter la solution avec leurs antennes avant d'étendre leurs trompes. Cela pourrait influer sur la probabilité de l' extension du proboscis comme PER pouvait être obtenue chez les bourdons en stimulant leurs antennes avec une solution de sucre 15. En fait , les antennes des hyménoptères comme la guêpe parasitoïde (Trissolcus brochymenae) 24 ou le miel d' abeille 13 sont équipés avec goût sensilla, leur permettant de goûter les sucres et les toxines comme la quinine. Par conséquent, les contacts antennaires initiaux avec des solutions contenant des composés hautement dissuasives comme la quinine pourrait également réduire la motivation d'un bourdon d'étendre sa trompe et donc influer sur le taux de succès expérimental. Bien que le contact antennaire avec la solution de test ne peut pas être contrôlée, dans la présente étude n'a été trouvé aucun effet significatif contact antennaire sur l'extension du proboscis vers la solution de test. Dans cet essai, la mise en place immédiatement le tube microcapillaire après la phase pré-test when les antennes des abeilles bourdons sont encore à l'intérieur du tube de retenue peut réduire la possibilité pour les bourdons de goûter à la solution d'essai avec leurs antennes.
La principale limitation de ce test se pose lors de la poursuite de la rétraction du proboscis loin de la solution d'essai après le premier contact du proboscis en utilisant le logiciel mouvement suivi vidéo. La vidéo affiche uniquement le mouvement 2D de la trompe, de sorte que la sortie donnée de la mesure de la vitesse peut être inférieure ou supérieure estimée. Cependant, avec certaines modifications, cet aspect de l'essai pourrait être améliorée.
Ce test peut être utilisé pour observer les réponses d'alimentation naturelle vers des solutions contenant différents composés, y compris métabolites secondaires végétaux naturels qui se produisent. Observer les réponses alimentaires immédiates avec cet essai donne des informations détaillées sur la façon dont les bourdons détecter ces composés. Ceci est avantageux par rapport existant 'go-no go' méthodes comme PER 18,19 </sup> Et plus des essais de deux choix 7 parce que cette méthode produit plusieurs mesures d'intervention de comportement , y compris la consommation alimentaire lors d' un combat d'alimentation discrète.
Mesure de plusieurs paramètres permet simultanément une meilleure évaluation de la sapidité d'un composé. Par exemple, dans notre analyse, les bourdons évitent l'eau ou la solution de saccharose lacées avec de la quinine consommer. Rétractation de la trompe peut être causé par un changement dans les réponses des cellules réceptrices de sucre 12,13. Notre analyse montre que les bourdons se rétractent les proboscis plus rapidement après la mise en contact de la solution de saccharose, plus quinine que l'eau seule; cela pourrait suggérer que la quinine affecte un ensemble distinct de neurones en plus d'inhiber les neurones de détection du sucre 9,12,13,25.
Notre test permet l'analyse de la structure temporelle des réponses comportementales lors de l'alimentation. Un protocole similaire où le temps de la consommation et le nombre de combats est mesurée a alprête été mis en œuvre pour évaluer la réponse de l' alimentation de la drosophile aux sucres nutritifs et non nutritifs 26. Nous prévoyons que les abeilles présentent une réponse plus fiable à l' alimentation des stimulants dans notre analyse que dans d' autres méthodes telles que PER parce que les abeilles sont libres de se déplacer dans le tube de maintien 21. Cette technique permettra une analyse exhaustive des seuils de goût pour les nutriments et les toxines pour éclairer les mécanismes de l'alimentation dans les bourdons et potentiellement d'autres espèces d'abeilles.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été financé par la subvention Leverhulme Trust (RPG-2012-708) et une subvention BBSRC (BB / M00709X / 1) à VAG.
Bumblebee colonies | Koppert Biological Systems | NATUPOL Beehive | |
Digital microscopic camera | Dino-lite Europe | AM4815ZT | Dino-Lite Edge |
100 μl microcapillary tube | Blaubrand IntraEND | 709144 | |
15 ml polypropylene centifuge tube | Fisher Scientific | 11849650 | |
1 ml disposable plastic luer slip syringe | BD | 300013 | |
Dell Latitude 3550 laptop | Dell | Check for compatibility with video software | |
Canon CanoScan LiDE 120 | Canon | Check for compatibility with the computer/laptop | |
Observer software version 5.0.25 | Noldus | ||
Kinovea software version 0.8.15 | Kinovea | ||
silicone tubing | 6 cm length, 1 mm inside Ø & 6 cm length, 4 mm inside Ø | ||
Male luer x 1/16" standard hose barbed polypropylene adapter | Cole-Parmer | TW-45518-22 | |
Female luer x 1/16" standard hose barbed polypropylene adapter | Cole-Palmer | TW-45508-12 | |
Steel mesh | 0.5 mm mesh size | ||
Sucrose (grade II) | Sigma-Aldrich | S5391 | |
Quinine hydrochloride dihydrate | Sigma-Aldrich | Q1125 | |
ImageJ software version 1.48 | ImageJ |