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.
Impollinatori generalisti come il calabrone appassionato di coda, Bombus terrestris, incontrano entrambe le sostanze e le tossine nel nettare floreale che raccolgono da piante da fiore. Solo pochi studi hanno descritto le risposte gustative di api verso tossine nei prodotti alimentari, e questi esperimenti hanno utilizzato principalmente la risposta estensione proboscide in api mellifere trattenuto. Qui, un nuovo test comportamentale è presentato per misurare le risposte di alimentazione di liberamente in movimento, singolo lavoratore bombi ai nutrienti e le tossine. Questo test misura la quantità di soluzione ingerita da ogni calabrone ed identifica come tastants negli alimenti influenzano la microstruttura del comportamento alimentare.
Le soluzioni sono presentati in un microcapillare ai singoli bombi che sono stati precedentemente digiuno per 2-4 ore. Il comportamento è catturato in video digitale. La struttura fine del comportamento alimentare viene analizzato segnando costantemente la posizione della ProboSIC (apparato boccale) da registrazioni video utilizzando il software di registrazione degli eventi. La posizione della proboscide è definito da tre diverse categorie comportamentali: (1) proboscide viene estesa e in contatto con la soluzione, (2) proboscide è estesa ma non in contatto con la soluzione e (3) proboscide è sistemato sotto la testa. Inoltre la velocità della proboscide a scomparsa dalla soluzione viene anche stimato.
Nel presente saggio il volume di soluzione consumato, il numero di attacchi di alimentazione, la durata dei periodi di alimentazione e la velocità di retrazione proboscide dopo il primo contatto è utilizzato per valutare la phagostimulatory o l'attività deterrente dei composti testati.
Questo nuovo test gusto permetterà ai ricercatori di misurare quanto composti trovati in nettare influenzano il comportamento alimentare delle api e sarà anche utile per biologi impollinazione, tossicologi e neuroethologists che studiano il sistema gusto del calabrone.
interazioni pianta-impollinatori sono complesse. Impollinatori visitano i fiori per ottenere nettare e polline come cibo; a sua volta, impollinatori facilitano la riproduzione sessuale nelle piante. Anche se questo rapporto è in gran parte mutualistica, nettare e polline floreale a volte contengono tossine o altri composti vegetali 1-5 che possono danneggiare gli impollinatori. Il razionale ecologico per la presenza di tali composti in nettare e polline non è chiaro in tutti gli ambienti. Una domanda eccezionale in questo campo è come impollinatori come le api in grado di rilevare ed evitare i fiori con nettare contenente tossine.
Le specie di bombi, Bombus terrestris (Linnaeus, 1758), è un impollinatore generalista che visita i fiori di molte specie di piante, tra cui quelli che producono il nettare contenente tossine 6. Bombi sono stati indicati per evitare soluzioni che consumano contenenti elevate concentrazioni di tossine in un test di 24 ore due scelta 7. Questo testdei consumi alimentari descritto da Tiedeken et al. 7 hanno rivelato che le api in grado di rilevare i composti amari nelle soluzioni. Tuttavia, questo test è stato in grado di distinguere il gusto da processi post-ingestive come malessere che potrebbe anche influenzare il comportamento alimentare su questo intervallo di tempo 8-10.
Le api possiedono sensilla gustative sulle loro antenne, apparato boccale e tarsi per rilevare composti 11-13. Il riflesso di estensione proboscide (PER) esperimenti coinvolgere frenare singole api in una imbracatura e quindi stimolando sensilli antennali delle api per produrre l'alimentazione reflex 14-17. Le api possono essere trattenuti nei singoli cablaggi e poi stimolate a produrre il riflesso di alimentazione come un saggio della loro capacità di gustare i composti 18,19. Altri hanno modificato il saggio PER studiare la sensibilità delle antenne o boccale a tossine 9,20. Tuttavia, le api sono sottoposti a stress durante lo sfruttamento. Questo potrebbe influenzare il modoessi rispondono ai composti 21.
Qui, un nuovo test è descritto per valutare la risposta gusto comportamentale dei liberamente muoversi bombi per il saccarosio e il chinino, un alcaloide che è stato precedentemente segnalato per essere deterrente 9 e tossici 10 alle api (Apis mellifera) e bombi (Bombus terrestris) 7, 22. Anche se il chinino non è stato trovato nel nettare di piante, questo alcaloide è spesso usato come uno stimolo avversivo in studi comportamentali e fisiologici nelle api 7,9,12,13,22. Il metodo prevede la registrazione video apparato boccale dei bombi 'a grande risoluzione durante il contatto iniziale con proboscide le soluzioni di prova. In particolare, la struttura fine della risposta alimentazione viene esaminato segnando continuamente il comportamento in un intervallo di 2 min. Il volume di soluzione consumato viene misurata durante il periodo di alimentazione e quindi la quantità di cibo ingerito può essere correlata con la microstruttura diil comportamento alimentare. Anche la velocità di retrazione proboscide è misurata, come indicatore di evitamento attivo, e quindi di rilevamento pre-ingestive.
Con questo test comportamentale romanzo, il chinino è mostrato per scoraggiare l'alimentazione del calabrone appassionato di coda. Il tempo di contatto proboscide ridotto e la frequenza attacco alimentazione con acqua o la soluzione di saccarosio cucita con il chinino è interpretato qui come un rifiuto di avviare ulteriori nutrendosi di soluzioni non nutritivi o potenzialmente tossici. Quando chinina viene aggiunto alla soluzione 1 M di saccarosio, calabroni non solo riducono il volume di soluzione che consumano, anche ritirano proboscide veloce, riducendo così il tempo di contatto tra i boccale e la soluzione contenente una tossina. Insieme, questi risultati suggeriscono che il chinino è percepita da parte delle cellule del recettore gustative sulle apparato boccale del calabrone, come già precedentemente identificato nel miele delle api 9. Il chinino è una tossina per gli insetti che induce un comportamento malessere simile a l'ape 10 e atterramento nel malaria zanzare (Anopheles gambiae) 23. Questo test potrebbe portare alla identificationi di alcuni composti di dissuasione e potenzialmente tossici che sono percepite da parte delle cellule del recettore gusto sulle apparato boccale dei bombi.
È fondamentale per la microcapillare di essere riempito con un volume sufficiente di soluzione di prova all'ultimo durante la fase di test. Si raccomanda che almeno circa tre quarti della microcapillare (ad esempio 70-80 ml) è pieno. Tuttavia, occorre prestare attenzione a non riempire completamente il microcapillare per ridurre il rischio di perdite durante il processo di scansione e di presa del microcapillare per l'apparato sperimentale. Si deve anche essere presa in sede di presentazione della 500 mm gocciolina di saccarosio al calabrone, in modo che lo sperimentatore evita che perde la goccia nel tubo azienda.
Il foro 4 mm alla punta del tubo partecipazione è abbastanza grande per un adulto lavoratore Bumble Bee di estendere naturalmente la sua proboscide verso la soluzione di prova. Tuttavia è possibile chebombi possono gustare la soluzione con le loro antenne prima di estendere le loro proboscidi. Questo potrebbe influenzare la probabilità di estensione proboscide come PER potrebbe essere raggiunta in bombi, stimolando la loro antenne con una soluzione di zucchero 15. Infatti le antenne di imenotteri come la vespa parassitoide (Trissolcus brochymenae) 24 o l'ape 13 sono dotati di gusto sensilli, permettendo loro di degustare gli zuccheri e le tossine come il chinino. Di conseguenza, i contatti delle antenne iniziali con soluzioni contenenti composti altamente deterrenti come il chinino potrebbero anche ridurre la motivazione di un calabrone di estendere la sua proboscide e quindi influenzare il tasso di successo sperimentale. Sebbene il contatto antennale con la soluzione in esame non può essere controllato, nel presente studio non abbiamo trovato alcun effetto significativo di contatto antenne sulla estensione proboscide verso la soluzione di test. In questo saggio, subito impostazione del microcapillare dopo la fase di pre-test wgallina antenne dei bombi 'sono ancora all'interno del tubo di supporto in grado di ridurre la possibilità per i bombi per gustare la soluzione di test con le loro antenne.
Il limite principale di questo saggio sorge quando il tracciamento della retrazione proboscide dalla soluzione di prova dopo il primo contatto proboscide utilizzando il software di monitoraggio motion video. Il filmato mostra solo il movimento in 2D della proboscide, quindi l'uscita data della misurazione della velocità può essere sotto o sopra previsto. Tuttavia, con alcune modifiche, questo aspetto del dosaggio potrebbe essere migliorata.
Questo test può essere usato per osservare le risposte alimentazione naturale verso soluzioni contenenti composti diversi, tra cui metaboliti secondari naturali che si verificano vegetali. Osservando le risposte immediate di alimentazione con questo test fornisce informazioni dettagliate su come bombi rilevare questi composti. Questo è vantaggioso rispetto agli attuali 'go-no go' metodi come PER 18,19 </sup> E più saggi di due a scelta 7 perché questo metodo produce una serie di misure di risposta comportamentale, tra cui il consumo di cibo durante un attacco di alimentazione discreta.
Misurazione diversi parametri contemporaneamente permette una migliore valutazione della appetibilità di un composto. Ad esempio nel nostro test, bombi evitare di consumare l'acqua o la soluzione di saccarosio cucita con il chinino. Retrazione della proboscide potrebbe essere causato da un cambiamento nelle risposte delle cellule recettori zucchero 12,13. La nostra analisi mostra che bombi ritraggono la proboscide più veloce dopo aver contattato la soluzione di saccarosio chinino di sola acqua; questo potrebbe suggerire che il chinino colpisce una serie distinta di neuroni, oltre a inibire i neuroni sensori zucchero 9,12,13,25.
La nostra analisi permette l'analisi del pattern temporale delle risposte comportamentali durante l'alimentazione. Un protocollo simile in cui viene misurato il tempo di consumo e il numero di attacchi ha alpronti stato implementato per valutare la risposta alimentazione di Drosophila di zuccheri nutritivi e non nutritivi 26. Prevediamo che api mostrano una risposta più affidabile ad alimentare stimolanti nei nostri test che in altri metodi come PER perché le api sono liberi di muoversi nel tubo di supporto 21. Questa tecnica permetterà un'analisi esaustiva delle soglie gustative per i nutrienti e le tossine per illuminare i meccanismi di alimentazione in bombi e potenzialmente altre specie di api.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato finanziato dalla sovvenzione Leverhulme Trust (RPG-2012-708) e una borsa di studio BBSRC (BB / M00709X / 1) per GAW.
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 |