Caste determination in eusocial bees: A key role of terpenoids?

Dissertação de mestrado em Medicina Legal e Ciências Forenses, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de CoimbraA Anatomia Patológica Forense – vertente fundamental do exame necrópsico médico-legal – recorre a técnicas complementares, tais como a Imunohistoquímica (IHQ), face a casos complexos e/ou com características particulares. A IHQ – processo baseado em reacções antigénio-anticorpo – é uma ferramenta diagnóstica imprescindível em Anatomia Patológica não-forense (hospitalar/privada). Conhecem-se estudos e aplicações na área forense; mas qual é o seu contributo real para a investigação médico-legal? Este trabalho pretende demonstrar a sua relevância, utilizando como material 47 amostras tecidulares de 42 casos das 1141 autópsias com exame anátomo-patológico realizadas na Delegação do Centro do Instituto Nacional de Medicina Legal e Ciências Forenses, I.P. no ano de 2011. Estes casos correspondem a 25 vítimas do género masculino com idade média de 55,85 anos e a 17 do género feminino, cuja idade média é de 61,59 anos. Foi utilizada imunomarcação segundo o “Two-Step Indirect Method, em material fixado e parafinado de lesões / alterações patológicas. Esta técnica permitiu não apenas para comprovar diagnósticos anteriormente estabelecidos, como também concluir casos em aberto não solucionados pela observação de lâminas coradas com HE e/ou Histoquímica, nomeadamente na área oncológica; contribuindo para a determinação da causa e da etiologia médico-legal da morteForensic Anatomo-Pathology – a main area of the medico-legal postmortem examination – uses ancillary techniques, such as Immunohistochemistry (IHQ), when the cases are complex and/or unusual. IHQ – a procedure based on antigen-antibody reaction – is a major diagnostic tool in Non-Forensic Anatomo-Pathology (hospitalar/private practice). There are studies concerning its applicability on the forensic field; yet, which is IHQ real contribution to the medico-legal death investigation? This work aims to show its relevance, by using 47 tissue samples of 42 cases out of the 1141 autopsies with histopathology examination performed at the Central Branch of Instituto Nacional de Medicina Legal e Ciências Forenses, I.P., during the year 2011. The victims were males (n=25) with a mean age of 55.85 years and females (n=17), whose mean age was 61.59 years. “Two-Step Indirect Method” immunostaining was performed in formalin-fixed, paraffin-embedded material from tissue lesions / pathologic alterations. This technique, not only confirmed diagnosis already made in the routine histopathological examination, but also allowed to conclude unsolved cases, namely within the oncologic area; thus contributing to the establishment of the cause and manner of deat

Zusammenhänge erkennen, konzeptuelles Denken entwickeln: Konzept eines Lehr-Lern-Modells für den Sachunterricht

Besonders im Sachunterricht ist es aufgrund seiner diversen Bezugsdisziplinen herausfordernd, eine Basis für Anschlussfähigkeit zur nächsten Bildungsstufe zu schaffen. Die Schwierigkeit liegt vordringlich darin, gleichsam das Wesen des Sachunterrichts, mit seinem Anspruch der ganzheitlichen Welterschließung, und die fachlich orientierten Anforderungen der Sekundarstufe zu berücksichtigen. Das Verbindende dieser beiden Ansätze sind zentrale Konzepte diverser Inhalte aus den Bezugsdisziplinen. Die Fähigkeit, Inhalte auf diese Weise zu vernetzen, ist jedoch anspruchsvoll und muss erlernt werden. Dazu fehlt es an Theorien mit Vorschlägen zu konkreten Handlungsideen. Dieser Artikel skizziert ein Lehr-Lern-Modell für den Sachunterricht, das diese Problematik aufgreift und zu lösen sucht. Es zeigt einen theoretischen Ansatz zum verstehensorientierten und konzeptbezogenen Lernen, verknüpft mit fachdidaktischen Tools zur unterrichtlichen Planung, Gestaltung und Umsetzung kompetenzorientierten Sachunterrichts. Ausgehend von der Entwicklung des Lehr-Lern-Modells werden theoretische Hintergründe erläutert, bevor das Modell selbst und seine Einbeziehung in die Unterrichtspraxis vorgestellt werden

Nest-specific composition of the trail pheromone of the stingless bee Trigona corvina within populations

Social insects have evolved highly developed communication systems, enabling them to coordinate complex interactions in their colonies. Pheromones play a major role in the coordination of many tasks. In Trigona corvina, a stingless bee that occurs in Central America, foragers use pheromones produced in their labial glands to scent mark solid substrates between a food source and their nest. Newly recruited bees subsequently follow these scent marks until they reach the food source. A recent study has revealed nestspecific differences in the composition of these trail pheromones in colonies of T. corvina, suggesting that pheromone specificity may serve to avoid competition between foragers from different nests. However, the nests used in this study came from different populations and their foragers certainly never met in the field (Jarau et al., 2010). The aim of the present study was to investigate whether differences in the trail pheromones of foragers from different nests can also be found between neighbouring colonies within populations. We analysed the composition of trail pheromones from labial gland secretions extracted from workers from nine colonies collected at three different populations in Costa Rica. The differences in pheromone composition were even more distinct between neighbouring nests within a population than between nests of different populations. This finding corroborates the hypothesis that nest specificity of trail pheromones serves to communicate the location of a food source exclusively to nestmates, thereby avoiding intraspecific competition at resources. Resource partitioning by avoiding conspecific non-nestmates is particularly adaptive for aggressive bee species, such as T. corvina.Los insectos sociales han desarrollado sistemas de comunicación muy desarrollados que les permiten coordinar complejas interacciones en sus colonias. Las feromonas desempeñan un papel importante en la coordinación de muchas tareas. Trigona corvina, una abeja sin aguijón que habita en América Central, las recolectoras utilizan feromonas producidas en sus glándulas labiales para marcar con su olor los sustratos sólidos entre una fuente de alimento y su nido. Las abejas recién reclutadas siguen posteriormente estas marcas de olor hasta llegar a la fuente de alimento. Un estudio reciente ha revelado diferencias en la composición de estas feromonas de rastro en colonias de T. corvina, lo que sugiere que la especificidad de las feromonas puede servir para evitar la competencia entre las forrajeadoras de diferentes nidos. Sin embargo, los nidos utilizados en este estudio procedían de poblaciones diferentes y sus forrajeadores seguramente nunca se encontraron en el campo (Jarau et al., 2010). El objetivo del presente estudio fue investigar si las diferencias en las feromonas de rastro de los forrajeadores de diferentes nidos pueden encontrarse también entre colonias vecinas dentro de las poblaciones. Analizamos la composición de las feromonas de rastro de las secreciones de las glándulas labiales extraídas de las obreras de nueve colonias recogidas en tres poblaciones diferentes de Costa Rica. Las diferencias en la composición de las feromonas fueron aún más marcadas entre nidos vecinos dentro de una población que entre nidos de poblaciones diferentes. Este hallazgo corrobora la hipótesis de que la especificidad de nido de las feromonas de rastro sirve para comunicar la ubicación de una fuente de alimento exclusivamente a los compañeros de nido, evitando así la competencia intraespecífica por los recursos. La partición de recursos evitando a los no compañeros de nido coespecíficos es particularmente adaptativa para las especies de abejas agresivas, como T. corvina.Universidad Nacional, Costa Rica.University of Ulm, Alemania.Division of Nutritional Medicine and General Medicine, Alemania.Centro de Investigaciones Apícolas Tropicale

An unusual recruitment strategy in a mass-recruiting stingless bee, Partamona orizabaensis

Texto completo del documentoForagers of several stingless bee species deposit attractive scent marks on solid substrates to precisely recruit nestmates to food. Interestingly, Partamona workers quickly recruit large numbers of nest mates to resources, likely even without the deposition of attractive scent marks. However, systematic studies of the recruitment system of these bees are lacking. We now studied the recruitment behavior of P. orizabaensis. Our findings show that foragers of this species can recruit large numbers of nestmates to food sources at a particular location. The precise nestmate recruitment does not rely on attractive scent marks deposited on substrates. We never observed any scent marking behavior and feeders baited with labial or mandibular gland extracts were not attractive for the bees. Chemical analyses showed that the foragers' labial gland secretions exclusively contain long chain hydrocarbons, which render their role in recruitment communication unlikely. Whether mandibular gland secretions, which contain esters and alcohols that are known as attractive pheromones in other bee species, are used to guide recruits toward food during flight, remains elusive. We conclude that Partamona's quick recruitment system that does not rely on conspicuous scent marks has evolved as a strategy against competition with sympatrically occurring and more aggressive bee species.Resumen Los forrajeadores de varias especies de abejas sin aguijón depositan marcas de olor atractivas en sustratos sólidos para para reclutar a sus compañeras de nido. Curiosamente, las obreras de Partamona reclutan rápidamente a un gran número de compañeros de nido para obtener recursos, probablemente incluso sin la deposición de marcas de olor atractivas. Sin embargo, no existen estudios sistemáticos sobre el sistema de reclutamiento de de estas abejas. Ahora estudiamos el comportamiento de reclutamiento de P. orizabaensis. Nuestros hallazgos muestran que las buscadoras de esta especie pueden reclutar un gran número de compañeras de nido para de compañeros de nido a las fuentes de alimento en un lugar determinado. El reclutamiento preciso de compañeros de nido no depende de marcas de olor atractivas depositadas en los sustratos. Nunca hemos observado ningún comportamiento de y los comederos cebados con extractos de glándulas labiales o mandibulares de glándulas labiales o mandibulares no eran atractivos para las abejas. Los análisis químicos mostraron que las secreciones de las glándulas labiales de las abejas forrajeras contienen exclusivamente hidrocarburos de cadena larga, lo que hace improbable su papel en la comunicación del reclutamiento. que hacen improbable su papel en la comunicación de reclutamiento. Si las secreciones de las glándulas mandibulares, que contienen ésteres y alcoholes que se conocen como feromonas atractivas en otras especies de abejas, se utilizan para guiar a los reclutas hacia la comida durante el vuelo, sigue siendo difícil de entender. Concluimos que el rápido sistema de reclutamiento de Partamona de reclutamiento de Partamona, que no depende de marcas de olor conspicuas, ha evolucionado como estrategia contra la competencia con especies de abejas simpáticas y más agresivas.Universidad Nacional, Costa RicaCentro de Investigación Apícolas Tropicale

Recruitment behavior in stingless bees, Melipona scutellaris and M. quadrifasciata. I. Foraging at food sources differing in direction and distance

The two stingless bee species Melipona scutellaris and M. quadrifasciata recruit nestmates to a rich foraging site. We tested this with feeders up to 140 m away from the hive. Foragers of M. scutellaris communicated direction (up to 140 m) more accurately than distance (up to 30 m) whereas those of M. quadrifasciata communicated direction only up to 30 m and distance up to 40 m. Our data indicate that in both species recruitment is divided into two temporal phases. Whereas in an initial phase alarmed nestmates search for food at random, bees leaving the hive in the following phase are obviously provided with information about its specific location. As a consequence after 35 minutes (M. scutellaris) and 85 minutes (M. quadrifasciata), respectively, significantly more newcomers arrive at the feeder than at an identical control feeder. The differences found in the recruitment success of M. scutellaris and M. quadrifasciata are discussed in regard to the different demands of their natural habitats.Comportement de recrutement des abeilles sans aiguillon, Melipona scutellaris et Melipona quadrifasciata. I. Butinage à des sources de nourriture situées dans des directions et à des distances variables. Cherchant principalement à étudier les mécanismes sensoriels impliqués dans le comportement de recrutement des abeilles sans aiguillon (voir l'article associé [5]), nous avons d'abord voulu établir de façon certaine si les deux espèces étudiées Melipona scutellaris et Melipona quadrifasciata recrutaient ou non des butineuses pour une source de nourriture donnée. Pour chaque expérience nous avons dressé cinq butineuses marquées à venir visiter un nourrisseur distant de 140 m au maximum de la ruche (fig. 1). Durant trois heures nous avons prélevé toutes les nouvelles venues sur le nourrisseur test et sur le nourrisseur témoin, qui différait l'un de l'autre soit par la distance, soit par la direction. A l'aide du test $\chi^2$ (niveau de signification $p \le 0,05$) nous avons testé la répartition des abeilles sur les deux nourrisseurs par rapport au hasard. Les deux espèces recrutent bien des congénères du nid pour une source de nourriture bien approvisionnée. Chez M. scutellaris la direction (jusqu'à 140 m, fig. 2a) est communiquée plus précisément que la distance (jusqu'à 30 m, fig. 3a), alors que chez M. quadrifasciata la direction n'est communiquée que jusqu'à 30 m (fig. 2b) et la distance jusqu'à 40 m (fig. 3b). Chez les deux espèces le recrutement comporte deux phases : dans la phase initiale les congénères mises en alerte cherchent la nourriture au hasard ; dans la seconde phase, les abeilles qui quittent la ruche possèdent visiblement l'information sur la localisation spécifique de la nourriture. En conséquence, au bout de 35 min pour M. scutellaris et 85 min pour M. quadrifasciata, les nouvelles venues arrivent en plus grand nombre sur le nourrisseur test (fig. 4). Ce résultat suggère la succession suivante d'événements : 1) quand une butineuse découvre une source de nourriture bien approvisionnée, elle communique d'abord son existence, son odeur et sa qualité à l'intérieur de la ruche ; 2) les congénères alertées sortent et cherchent au hasard une source de nourriture équivalente. Ceci peut constituer une stratégie fructueuse dans des habitats, tels que la forêt tropicale, où les plantes fleurissent en masse ; 3) les abeilles, dont la recherche au hasard a été infructueuse retournent à la ruche, et obtiennent, des butineuses, qui rentrent chargées, l'information sur la localisation de la source. Les différences entre les deux espèces peuvent peut-être s'expliquer par la différence de leurs milieux naturels : M. quadrifasciata vit dans la végétation dense de la forêt pluviale atlantique du Brésil, où les arbres de floraison massive peuvent être plus abondants ou plus faciles à rencontrer que dans une forêt ouverte, qui est l'habitat de M. scutellaris. Une recherche faite plus ou moins au hasard peut suffire à M. quadrifasciata

Recruitment behavior in stingless bees, Melipona scutellaris and M. quadrifasciata. II. Possible mechanisms of communication

To find out what foragers of the stingless bees Melipona scutellaris and M. quadrifasciata actually do while recruiting nestmates to a food source we videotaped their behavior in the nest and simultaneously recorded the sounds and vibrations produced by them when returning from a rich food source. Neither temporal nor spectral characteristics of the sounds and vibrations correlated significantly with distance or direction to the food. Foragers motivated recruits to search for food at random by a "jostling run". The number of jostles by a forager correlates with the number of collecting bees. There was no correlation between the movements of a returning forager and either distance or direction to the feeder. "Zigzag flights", guiding flights and scent marking of foragers were excluded as a way to communicate the location of the food source. Aside from the indication of the mere existence of a food source the mechanisms by which foragers communicate its location are still obscure.Comportement de recrutement chez les abeilles sans aiguillon, Melipona scutellaris et Melipona quadrifasciata. II. Mécanismes éventuels de communication. Afin d'élucider ce que font réellement les abeilles sans aiguillon Melipona scutellaris et Melipona quadrifascita (Hymenoptera, Apidae) lorsqu'elles recrutent des congénères du nid à une source de nourriture, nous avons dressé trois abeilles à venir visiter un nourrisseur situé à diverses distances de la ruche et dans diverses directions. Les butineuses qui rentraient déchargeaient leur nourriture à l'intérieur d'une boîte d'enregistrement installée entre l'entrée du nid et le nid lui-même (Fig. 1). Là, nous avons enregistré en vidéo le comportement des butineuses et leurs interactions avec les abeilles de la ruche et avec les recrues et enregistré simultanément les sons et les vibrations qu'elles produisaient de retour d'un nourrisseur avec un sirop très concentré (1,5 mol.l$^{-1}$). L'analyse des sons et des vibrations a montré que tous les paramètres mesurés (durée du signal, nombre et durée des impulsions, durée des intervalles entre les impulsions et fréquence principale d'un signal ; Figs. 9 et 10) variaient largement (Fig. 11). Contrairement aux résultats de Esch [2] pour M. quadrifasciata et M. merillae et de Nieh et Roubik [11] pour M. panamica, nous n'avons trouvé aucune corrélation entre les durées des impulsions et la distance à une source de nourriture (Fig. 13). Ni la répartition dans le temps ni les caractéristiques spectrales des signaux ne sont corrélées significativement avec la distance ou la direction du nourrisseur (Tab. III). Outre l'indication par le son et les vibrations de l'existence d'une source de nourriture bien approvisionnée, les butineuses stimulent les recrues à rechercher de la nourriture au hasard à l'aide d'une " course-bousculade "(Fig. 3). Le nombre de bousculades est corrélé au nombre d'abeilles qui s'envolent (Fig. 12). Lorsqu'elles courent à travers la ruche, les butineuses tournent et changent de direction fréquemment. Pourtant il n'y a pas de "danse "indiquant la localisation de la source de nourriture et aucune corrélation n'a été trouvée entre ces mouvements et soit la distance, soit la direction de la source (Fig. 5 ; Tabs. I et II). On peut exclure les vols en zig-zag et les vols d'accompagnement des mécanismes qui indiquent la localisation d'une source de nourriture. Les butineuses et les recrues ne quittaient la ruche ensemble que dans 8 % des observations. Les futures recrues ne quittaient jamais la ruche plus d'une fois ($0,7 \pm 0,2$) avant de s'envoler pour une source de nourriture, où elles étaient capturées. De même la fréquence du marquage olfactif était bien trop faible dans nos expériences pour être utilisé comme moyen de communication de la localisation de la source de nourriture. Les futures recrues n'entrent en contact avec les butineuses ou avec la nourriture que celles-ci rapportent qu'environ une heure avant leur propre envol. Nos résultats suggèrent que les recrues obtiennent d'abord une information sur la qualité de la nourriture (nombre maximum de contacts alimentaires 20 minutes avant leur capture), puis une information sur la localisation de la source (nombre maximum de contacts directs avec les butineuses environ 10 minutes avant leur capture, Fig. 6). Lorsque les futures recrues de M. scutellaris et M. quadrifasciata établissent le contact avec une butineuse qui rapporte de la nourriture, c'est de préférence dans la région thorax-abdomen (Fig. 7). Nous avons donc montré comment l'existence d'une source de nourriture bien approvisionnée était indiquée ; par contre les mécanismes par lesquels les butineuses communiquent la distance et la direction restent toujours obscurs

Virgin queen execution in the stingless bee Melipona beecheii: The sign stimulus for worker attacks

Stingless bees produce considerable numbers of virgin queens over the year, most of which are superfluous and get executed by the workers. Nothing is known yet about the sign stimulus that releases the worker attacks. In the present study we investigated the queen execution process in Melipona beecheii and found in both behavioral observations and experiments with caged living virgin queens that workers are not attracted to them from a distance by means of volatile chemicals. Furthermore, worker aggression, which is obvious towards virgin queens that run through the nest excitedly with their abdomen enlarged and the wings beating, was lowered to almost zero when we made the queens “behavior-less” by experimentally killing them. Our results clearly show that the sign stimulus for releasing the execution behavior in Melipona beecheii workers is not a chemical stimulus but the virgin queens' conspicuous behavior, which, we hypothesize, could act as a direct measure of their fitness

On the origin and properties of scent marks deposited at the food source by a stingless bee, Melipona seminigra

Some species of stingless bees of the genus Melipona were reported to scent mark food sources but little is known about the chemical signals involved. We studied the origin and some properties of such scent marks in M. seminigra. Results from choice experiments suggested that the bees do not scent mark the food (sugar water) itself and that abdominal droplets were excluded as the signal source. Extracts of the most distal tarsomeres, however, attracted recruits in the same way as natural scent marks. We conclude that M. seminigra scent marks a food source by leaving “footprints” secreted at the leg tips. The footprints of at least 40 visits were needed to effectively scent mark. The chemical signal has an active range of about 1 m and its effect persists for about 2 hours. In the absence of footprints no scent marking effect was seen. This finding excludes the importance of mandibular gland secretions (if at all present) for the scent marking observed