Мед рм 13: Главная — Запись на прием к врачу Республики Мордовия

Характеристика ВК, идентифицированных в двух вирусных метагеномах. ( A ) Доля VC на таксономическую аннотацию на уровне семьи. ( B ) Доля венчурных капиталистов, у которых прогнозируется умеренный или литический образ жизни. ( C ) Доля ВК на прогнозируемую бактериальную мишень.«GR» и «LD» указывают относительные пропорции в каждом вирусном метагеноме. «Объединенный» отображает пропорции в обоих вирусных метагеномах. «Невзвешенный» показывает необработанные подсчеты, основанные на сборке de novo, в то время как «Взвешенный» показывает количество, нормализованное по основному покрытию, и, следовательно, указывает относительное содержание в образцах фага. ( D ) Синие и оранжевые прямоугольники указывают, какие VC вносят вклад в> 75% относительной численности в каждом вирусном метагеноме (шесть VC для образца GR и 17 VC для образца LD, всего 20 VC).Относительное количество этих 20 VC в каждом образце указано рядом с ним ( верхний столбец для GR, нижний столбец для LD). Относительная численность была рассчитана на основе покрытия на базу на контиг в каждом ВК.

В совокупности наш анализ показывает существование активного сообщества фагов, продуцирующих VLP, в кишечнике медоносной пчелы, которое состоит как минимум из 118 VC, многие из которых генетически весьма разнообразны, соответствуют новым вирусным родам и кодируют большую часть неизвестных генов.

В вирусное сообщество входят литические и умеренные фаги, нацеленные на основных членов сообщества микробиоты кишечника медоносных пчел.

Чтобы лучше понять экологию идентифицированных фагов, мы проанализировали их образ жизни, бактериальные мишени и численность в сообществе. Мы предсказали, что 62 ВК (52%, рис. 2 B ) будут представлять умеренные фаги, поскольку они включают контиги, кодирующие гены интегразы и / или профаги, присутствующие в контрольных бактериальных геномах (набор данных S1). Остальные 56 ВК считались предполагаемыми литическими фагами (рис.2 B ) из-за отсутствия генов, указывающих на геномную интеграцию. VC умеренных фагов были прочно взаимосвязаны в нашей сети, в то время как большинство VC предполагаемых литических фагов были менее связаны и часто образовывали отдельные компоненты (Рис. 1 и SI Приложение , Рис. S2). Это согласуется с предыдущими исследованиями и предполагает более высокую скорость обмена генами между умеренными фагами, чем литические (54, 55, 61).

Затем мы отнесли предполагаемых хозяев из микробиоты кишечника пчелы к VC, если последние содержали контиги, которые соответствовали спейсерам CRISPR, или включали профаги, идентифицированные в базе данных бактериального генома (Dataset S4).Это позволило нам отнести 73% ВК к соответствующему бактериальному хозяину. Было предсказано, что большинство назначенных ВК заражают одного из семи основных членов сообщества микробиоты кишечника пчел, причем наиболее частыми мишенями являются Bifidobacterium (25% от общего числа ВК), Gilliamella (19%), Lactobacillus Firm5 (10%) и Bartonella (9%) (рис.2 C ).

Чтобы оценить относительное количество VC в двух метагеномах VLP, мы сопоставили необработанные считывания с окончательным набором вирусных контигов и рассчитали охват.Это выявило, что> 50% считываний в двух метагеномах VLP происходили из VC, которые можно было классифицировать таксономически, с небольшими различиями в относительной численности преобладающих вирусных порядков (Fig. 2 A ). Более того, около 90% всех считываний картированы на VC литических фагов, что показывает, что, несмотря на обнаружение равного количества VC из умеренных и литических фагов, большинство VLP соответствуют литическим фагам (Fig. 2 B ).

Затем мы рассмотрели относительное количество отдельных VC в двух метагеномах VLP.Несмотря на разницу в глубине секвенирования, два метагенома имели 99 общих VC, причем 113 из 118 VC были обнаружены в GR и 102 в LD. В виромах преобладали 20 VC, при этом на 6 и 17 VC приходилось 75% картированных оснований из GR и LD, соответственно (Fig. 2 D ). Два из этих многочисленных ВК соответствовали фагам умеренного климата, нацеленным на Gilliamella . Остальные 18 ВК соответствовали предполагаемым литическим фагам, в том числе восемь нацелены на Bifidobacterium , два нацелены на Bartonella , один нацелены на Lactobacillus Firm5 и семь нацелены на неизвестных хозяев (рис.2 D ). Эта картина аналогична той, что наблюдается в других микробных сообществах, с несколькими доминирующими фагами и длинным хвостом менее распространенных (62).

В совокупности эти результаты показывают, что активное вирусное сообщество кишечника пчел состоит как из умеренных, так и из литических фагов, нацеленных на доминирующих бактериальных членов микробиоты кишечника пчел.

Вирусное сообщество существует во времени и пространстве.

Чтобы определить распространенность наблюдаемого вирусного сообщества среди пчел и семей, мы проанализировали 53 бактериальных метагенома, которые были получены от отдельных пчел разного возраста, взятых с той же пасеки, что и два вирусных метагенома, но в два разных года (35). .Несмотря на то, что экстракция ДНК, используемая в этих образцах, была оптимизирована для обогащения бактериальных клеток, а не VLP, все, кроме пяти VC (т.е. 113 из 118 VC, 96%), набирали чтения по крайней мере с 1 из 53 бактериальных метагеномов (рис. 3). . VC имели среднюю частоту встречаемости (то есть процент образцов, в которых они были обнаружены) 55%, с большой разницей между умеренными (83%) и литическими фагами (31%).

Распределение вирусного сообщества по отдельным пчелам и стабильность в пространстве и времени.( A ) Обнаружение ВК в 73 бактериальных метагеномах отдельных медоносных пчел из Швейцарии и Японии. Покрытие сопоставленных считываний в VC по основанию на контиг изображается в виде тепловой карты относительной численности в масштабе log10 (значения log10 ниже нуля указывают на охват ниже 1 ×, а -2 указывает на отсутствие задействованных считываний). Образцы упорядочены по стране (Швейцария и Япония) и колонии (черные и серые полосы), а для швейцарских образцов также по возрасту (Y, молодой, M, средний возраст, O, старый; см. Исх.32). Венчурные капиталисты отсортированы по образу жизни (литический или умеренный). ( B ) Заболеваемость ВК у отдельных пчел из Швейцарии и Японии. Порядок VC одинаков на двух панелях.

У отдельных пчел в среднем было 77 VC, из которых 27 (35%) были литическими, а 50 (65%) — умеренными фагами. Все 20 преобладающих ВК были обнаружены в бактериальных метагеномах, что указывает на их широкое распространение среди отдельных пчел. Выявлены достоверные различия в составе фагового сообщества пчел разного возраста ( R ² = 0.083, P = 0,003) и из разных ульев ( R ² = 0,081, P = 0,0002), но не в разные годы ( R ² = 0,01, P = 0,601) , указывая на то, что изменения в фаговом сообществе могут сопровождаться изменениями в составе микробиоты кишечника в зависимости от колоний или сезонов (35, 63) ( SI Приложение , рис. S5).

Чтобы оценить, распространены ли идентифицированные ВК в мире, мы также проверили набор из 20 бактериальных метагеномов из двух мест в Японии (64).Анализ бета-разнообразия подтвердил значительные различия в заболеваемости ВК между двумя странами ( R ² = 0,32, P <<0,001) и между ульями из одной страны ( R ² = 0,37, P ). = 0,011) ( SI Приложение , рис. S5). Несмотря на географическое расстояние, 63% ВК были обнаружены по крайней мере в одной из японских проб (рис. 3), включая фаги, нацеленные на представителей основного сообщества микробиоты кишечника медоносных пчел.Однако было обнаружено, что несколько литических фагов консервативны, а из 20 наиболее распространенных ВК только семь были обнаружены в японских метагеномах.

Мы пришли к выводу, что, несмотря на предвзятость бактериальных метагеномов против литических фагов, состав фагового сообщества, продуцирующего VLP, в микробиоте кишечника медоносных пчел стабилен во времени и пространстве, но его структура и идентичность доминирующих фагов изменчивы.

Выделение и характеристика VLP, инфицирующих основной член микробиоты

Чтобы выделить и охарактеризовать VLP из кишечника медоносной пчелы, мы приготовили свежие вирусные фильтраты из объединенных кишок медоносной пчелы и провели выборочные тесты против в общей сложности 112 штаммов бактерий из нашей коллекции культур. Эти штаммы были отобраны среди наиболее распространенных родов кишечной микробиоты медоносных пчел и включали Lactobacilli ( n = 47), Gilliamella ( n = 30), Bifidobacterium ( n = 20), и Frischella ( n = 15).Мы получили видимые зоны выведения для 64% штаммов Bifidobacterium , 50% штаммов Gilliamella и 45% штаммов Lactobacillus (набор данных S5). Однако только 11 лизатов штаммов Bifidobacterium asteroides образовывали видимые бляшки при разбавлении, что указывает на то, что лизис был вызван фагами. Мы успешно амплифицировали, размножили и секвенировали 10 из этих 11 предполагаемых фаговых изолятов, что привело к реконструкции 14 индивидуальных геномов фагов (рис.4 A и SI Приложение , рис. S6). Восемь фаговых лизатов оказались чистыми культурами отдельных фаговых генотипов, в то время как из двух других препаратов мы смогли собрать несколько различных фаговых геномов. 14 геномов принадлежали к четырем отдельным группам на основе попарного ANI (рис. 4 B ). Ни один из них не имел близких совпадений в вирусной базе данных RefSeq ни на уровне нуклеотидов, ни на уровне белка. Однако 12 геномов сгруппированы с вирусными контигами, принадлежащими 20 наиболее доминирующим VC, идентифицированным в двух метагеномах VLP (рис.1), и для всех 14 геномов мы предсказали правильного хозяина на основе анализа спейсеров CRISPR.

Литические фаги, нацеленные на B. asteroides , демонстрируют широкий диапазон специфичности хозяина. ( A ) Характеристики 14 геномов, полученных из 10 лизатов фагов. Восемь геномов были получены из чистых лизатов, которые использовали в последующих экспериментах. Шесть геномов были получены из смешанных лизатов, которые не использовались для экспериментов и не давали названия изолятам. Нумерация геномов / изолятов A также используется в B , C и D .( B ) ANI между 14 геномами. Одинаковый цвет указывает на то, что фаговые геномы принадлежат одному и тому же vOTU, и значения ANI указаны для каждой пары, если только ANI не был ниже 70% или перекрытие между геномами было менее 60%. ( C ) Электронные микрофотографии четырех из восьми изолированных фагов. Масштабные полосы указаны для каждого изображения. Идентификаторы фага по часовой стрелке от верхнего левого изображения -крайнего изображения: BadAztec1 (фаг 3), BlindUri1 (фаг 14), BitterVaud2 (фаг 12) и BigBern1 (фаг 10).Для других фаговых изолятов визуализации не проводилось. ( D ) Результаты взаимодействия с хозяином восьми чистых изолятов фага, нацеленных на B. asteroides . Сплошные закрашенные кружки указывают на чувствительность штамма к соответствующему фагу. Бактериальный штамм считался восприимчивым, когда образование бляшек наблюдалось по крайней мере в трех повторах и когда эти реплики составляли более 50% повторов. Полупрозрачные цвета показывают, что образование бляшек наблюдалось в нескольких повторах ниже этого порогового значения.Филогения штаммов-хозяев была выведена из 343-пн фрагмента гена домашнего хозяйства sdhA с использованием максимального правдоподобия (GAMMACAT + HKY85, альфа = 0,37). Черные кружки указывают на поддержку начальной загрузки> 800 из 1000 реплик. Пять общедоступных геномов B. asteroides были включены в филогению для справки.

Девять геномов (с 1 по 9 на рис. 4 A ) соответствовали трем различным vOTU в кластере VC_52 (рис. 1 и 4 B ), и для двух из этих vOTU мы получили четыре чистых изолята ( геномы 3, 4, 6 и 9).Таким образом, мы называем эти два vOTU как Bifidobacterium phage BadAztec и BadAargau . Оба принадлежат к семейству Podoviridae , имеют небольшие геномы ∼18 т.п.н. (Рис.4 C и SI Приложение , Рис. S6) с наиболее близкими совпадениями с фагом Av-1 Actinomyces ( Podoviridae: Picovirinae ), и, по-видимому, принадлежат к большой и очень разнообразной популяции близкородственных вирусных видов, которые в изобилии присутствуют в кишечнике пчел (рис.1, 2 D и 3).

Два генома (10 и 11 на рис. 4 A ) соответствовали умеренному фагу из семейства Siphoviridae . Один из них был получен из чистого изолята (10 на фиг. 4 A и C ). Они сгруппированы в VC_295 и имеют геном ~ 40 т.п.н. (Рис. 1 и 4 B и SI Приложение , Рис. S6). Мы называем их Bifidobacterium , фаг BigBern . Ближайшими попаданиями в вирусный RefSeq были фаг Mycobacterium Gaia и фаг Propionibacterium P100D. BigBern — единственный изолят фага, который принадлежит к кластеру, который не входит в число наиболее распространенных ВК в двух вирусных метагеномах, но был обнаружен в 100% бактериальных метагеномов.

Другой геном фага (12 на фиг. 4 A ), который был получен из чистого изолята, кластеризованного в VC_78, который мы назвали BitterVaud (фиг. 1 и 4 A ). Этот фаг имел гораздо больший геном, чем другие изоляты (51,7 т.п.н., SI Приложение , рис. S6) и принадлежал к семейству Siphoviridae (рис.4 A и C ), с наиболее близкими попаданиями к фагу Rhodococcus RequiPepy6 и фагу Arthrobacter Mudcat. Кластер VC_78 был тесно связан с VC_76 в матрице сходства (рис. 1). Вместе эти два ВК представляют> 30% всех считываний в двух вирусных метагеномах (рис. 2 D ), что позволяет предположить, что изолят BitterVaud представляет собой одну из самых распространенных линий фагов в кишечнике пчел.

Два последних генома (13 и 14 на рис.4 A ) были получены из чистых изолятов (названных BlindBasel и BraveUri ) и принадлежали VC_291 (Фиг.1 и 4 A ). Их геномы (32 kb, SI, приложение , рис. S6) имеют 94,1% ANI на 83% их длины (рис. % длины), и предполагает, что они представляют либо очень близкородственные виды, либо две популяции, находящиеся в процессе дифференциации. Их морфология и геномы помещают их в группу Siphoviridae (рис.4 A и C ), а их ближайшие совпадения — с фагом Mycobacterium Rumpelstiltskin, фагом Synechococcus S-CBS1 и фагом Pseudoalteromonas Pq0.

Таким образом, мы установили и охарактеризовали восемь чистых и два смешанных фаговых изолята, из которых мы получили 14 фаговых геномов, соответствующих четырем различным VC, все из которых нацелены на один и тот же основной член микробиоты кишечника медоносных пчел, B. asteroides. Эти результаты подтверждают жизнеспособность и прогнозируемые цели-хозяева некоторых из наиболее распространенных ВК, а также демонстрируют их экспериментальную податливость.

Диапазон хозяев различается среди фагов

Учитывая большую степень разнообразия на уровне штаммов микробиоты кишечника медоносных пчел, мы попытались проверить диапазон хозяев восьми чистых изолятов фага против всех 57 бактериальных изолятов Bifidobacterium в нашей коллекции культур. Всего 26 бактериальных штаммов проявили чувствительность хотя бы к одному из фагов (рис.4 D и набор данных S6). Все штаммы были нечувствительны по крайней мере к одному фагу, а 54% штаммов были нечувствительны ко всем фагам. Мы обнаружили 10 различных паттернов восприимчивости среди тестируемых бактериальных штаммов (рис. 4 D ). Однако не было очевидной связи с филогенетическим родством бактерий в том, что определенные клады близкородственных бактериальных штаммов имели тенденцию быть восприимчивыми к одному и тому же фагу или что отдельные фаги инфицировали исключительно близкородственные штаммы (рис.4 D ). Фактически, близкородственные штаммы (даже те, что были выделены из одного улья или года) демонстрировали очень разные паттерны восприимчивости (например, ESL0198 и BM3_17, рис. 4 D ). Более того, фаги демонстрировали различные диапазоны хозяев, причем изоляты подовирусов ( BadAztec и BadAargau ) показывали более узкий диапазон, чем BitterVaud или BlindBasel . Интересно, что два штамма бактерий (ESL199 и ESL200) были восприимчивы к фагу, несмотря на то, что они несли совпадающие спейсеры CRISPR, что позволяет предположить, что наличие спейсеров недостаточно для прогнозирования диапазона этих фагов-хозяев.Однако, поскольку у нас было только четыре генома проанализированных штаммов, провести более полный анализ не удалось.

В заключение, широко распространенная нечувствительность к инфекции и различные модели восприимчивости указывают на то, что диапазон хозяев среди тестируемых фагов определяется на уровне штамма. Более того, наши результаты предполагают существование вложенных взаимодействий более высокого порядка с участием нескольких фагов с перекрывающимися диапазонами хозяев и нескольких штаммов с различной чувствительностью к фагам.

Обсуждение

Настоящее исследование обеспечивает несколько важных достижений в нашем понимании кишечных фаговых сообществ и их особой роли в микробиоте кишечника пчел. Во-первых, мы показываем, что медоносные пчелы содержат в кишечнике разнообразное сообщество умеренных и литических фагов, большинство из которых представляют новые вирусные роды с большим набором неизвестных функций генов. Во-вторых, мы показываем, что сообщество фагов сохраняется у медоносных пчел в пространстве и времени и нацелено на основных бактериальных членов микробиоты кишечника пчел.В-третьих, мы демонстрируем, что сообщество фагов экспериментально поддается изменению, поскольку мы можем размножить некоторые из наиболее распространенных фагов in vitro и протестировать диапазон их хозяев на большом количестве бактериальных штаммов. В-четвертых, мы обнаружили, что восприимчивость бактерий к фагам из кишечника пчел в значительной степени различается на уровне штамма, и что фаги, нацеленные на один и тот же штамм, могут иметь совершенно разные диапазоны хозяев. Эти находки иллюстрируют сложность взаимодействия бактерий и фагов в природе и предполагают, что сосуществование фагов, нацеленных на одного и того же члена сообщества, может быть облегчено различными стратегиями заражения и экологическими особенностями.

Мы применили строгие ограничения для обнаружения метагеномных контигов как вирусных последовательностей и отнесения их к VC из-за риска секвенирования контаминантов или бактериальной ДНК в образцах VLP с низкой биомассой. Хотя значительная часть содержания идентифицированных генов представляла собой гипотетические белки, большинство ВК содержали по крайней мере некоторые гены, гомологичные известным генам прокариотических вирусов. Таким образом, мы уверены, что большинство идентифицированных ВК представляют собой фаги, обеспечивая прочную основу для исследования вирусного сообщества в кишечнике медоносной пчелы.Однако следует отметить, что из-за наших строгих ограничений некоторые фаги могли быть пропущены, в частности, фаги с маленькими геномами или необычным кодирующим содержимым. Более того, наша стратегия секвенирования была селективной для двухцепочечной ДНК, то есть все одноцепочечные РНК и ДНК-вирусы, включая известные вирусы медоносных пчел, были исключены из нашего анализа.

Большинство идентифицированных ВК соответствовали новым вирусным родам, не имеющим близких совпадений в справочной базе данных. Тем не менее, на основе идентификации подходящих спейсеров CRISPR и интегрированных областей профага, мы смогли определить, что большинство (73%) VCs нацелены на основных членов микробиоты кишечника пчел (33–35).Это примечательно, учитывая, что процент фагов, которые могут быть назначены хозяину, например, в кишечнике человека, постоянно ниже 3% (27, 65, 66).

Несколько VCs содержали высокую степень генетического разнообразия, что позволяет предположить, что они представляют несколько vOTU одного и того же рода (60, 67). Такое высокое генетическое разнообразие, по-видимому, контрастирует с несколькими бактериальными филотипами, составляющими микробиоту кишечника пчел (33). Однако предыдущие исследования показали, что большинство филотипов состоит из нескольких подлиний, которые, в свою очередь, несут большое количество дивергентных бактериальных штаммов (48–52, 35, 68).Соответственно, наши эксперименты показали, что разные фаги нацелены на разные штаммы одного и того же филотипа, демонстрируя, что специализация происходит на уровне штамма, а не на уровне филотипа. Более того, наибольшая доля ВК с предсказанным бактериальным хозяином соответствовала фагам B. asteroides , который является филотипом с самым высоким генетическим разнообразием микробиоты кишечника пчел (35). Следовательно, высокий уровень генетического разнообразия в вирусном сообществе, по-видимому, отражает высокую степень разнообразия на уровне штаммов среди бактериальных филотипов микробиоты кишечника пчел.

Исходя из предположения, что взаимодействия фага-бактерии следуют классической динамике хищник-жертва (т. Е. Убивают победителя) (1), мы могли бы ожидать, что фаговое сообщество в кишечнике пчелы сильно изменчиво и что два метагенома представляют только моментальный снимок существующего разнообразия. Кроме того, каждый из двух образцов соответствовал пулу из> 100 пчелиных кишок, поэтому неясно, кооперируются ли идентифицированные фаги у отдельных пчел. Однако путем набора считываний из бактериальных метагеномов, отобранных с той же пасеки, что и метагеномы VLP, в идентифицированные VC мы показываем, что разные фаги сосуществуют у отдельных пчел и что сообщество фагов является устойчивым и стабильным во времени.Напротив, вирусное сообщество, по-видимому, более изменчиво в пространстве, потому что только половина VC, которые были получены из образцов из Швейцарии, набирали чтения из бактериальных метагеномов из Японии. Сообщалось о временной стабильности для виромов кишечника людей примерно в том же временном масштабе (27), и это ранее приписывалось доминированию фагов, ведущих умеренный образ жизни (66, 69, 70). Умеренные фаги составляли значительную часть вирусного сообщества в кишечнике пчел и были более многочисленны, чем большинство литических фагов в проанализированных бактериальных метагеномах.В совокупности эти результаты, по-видимому, согласуются с моделью «совмещение победителя», которая предсказывает, что лизогенный образ жизни более выгоден, чем литический, при высокой плотности хозяев и темпах роста (71), например, в кишечнике многоклеточных животных (70). ). Однако бактериальные метагеномы смещены в отношении VLP, что может означать, что большая часть обнаруженных последовательностей, вероятно, происходит от интегрированных умеренных фагов, а не от VLP, продуцируемых литической репликацией. Более того, если принять во внимание относительную численность, литические фаги доминировали в двух метагеномах VLP, о чем недавно сообщалось и для виромов человека (27).Хотя заманчиво обсудить, какая модель описывает динамику фагового сообщества в кишечнике медоносной пчелы, для этого требуется набор данных, который количественно сравнивает численность, стойкость и пригодность как литических фаговых частиц, так и умеренных интегрированных лизогенов одновременно. Тем не менее, наше текущее исследование показывает, что фаги умеренного климата продуцируют активные вирусные частицы в кишечнике медоносной пчелы, но литические фаги превосходят их по численности.

Наше понимание взаимодействия бактерий и фагов в кишечных микробных сообществах ограничено наличием экспериментально поддающихся лечению систем.Например, лишь в нескольких исследованиях изучались взаимодействия бактерий и вирусов на моделях мышей (21, 32), и лишь недавно был выделен один из наиболее распространенных фагов вирома кишечника человека (72). В настоящем исследовании мы дополнили наш метагеномный анализ экспериментальными подходами, чтобы лучше понять взаимодействия, лежащие в основе выявленного вирусного разнообразия в кишечнике пчел. Мы сообщаем о восьми чистых фаговых изолятах, которые нацелены на коровые бактерии кишечной микробиоты медоносных пчел, включая литические фаги для рода Bifidobacterium (73).Все изоляты фагов принадлежали к ВК, которые были в большом количестве в двух вирусных метагеномах или повсеместно встречались в образцах от отдельных пчел. Таким образом, мы полагаем, что они принадлежат к одним из наиболее распространенных вирусов в кишечнике пчел, что, возможно, объясняет, почему нам удалось выделить и амплифицировать их из вирусных фильтратов.

Наличие отдельных изолятов фагов вместе с большой коллекцией бактериальных штаммов позволило нам проанализировать сеть взаимодействия, лежащую в основе сосуществования различных вирусов и бактериальных штаммов в кишечнике пчел.Анализируемые фаги имели перекрывающиеся диапазоны хозяев, но значительно различались по количеству инфицированных ими хозяев. В свою очередь, расходящиеся штаммы хозяев могут быть инфицированы одним и тем же фагом, демонстрируя при этом различную чувствительность к тестируемым фагам. Этот паттерн характерен для вложенной сети, также наблюдается в других системах двустороннего взаимодействия и сообщается как общий паттерн в сетях взаимодействия фаг-бактерия, разрешенных при разрешении бактериального штамма (56, 57).

Теоретическая модель предсказывает, что стабильное сосуществование может возникнуть во вложенных сетях взаимодействия, если оба, хозяева и фаги, имеют разные черты жизненного цикла (2).Действительно, штаммы B. asteroides , как было показано, занимают различные метаболические ниши в кишечнике пчел (68) и несут существенно различающееся содержание генов (49), в то время как тестируемые изоляты фагов различаются по размеру генома, образу жизни, филогенезу и хозяину. диапазон. Следовательно, наблюдаемая сеть вложенных взаимодействий в сочетании с отчетливой вирусной и бактериальной экологией кажется достаточной для объяснения сосуществования различных вирусов и штаммов хозяев в кишечнике пчел.

Независимо от лежащего в основе механизма, сосуществование фагов и их хозяев во времени предполагает сложную популяционную динамику, которая потенциально влияет на структуру бактериального сообщества в кишечнике пчел.Например, недавние исследования показали, что отдельные фаги могут уничтожать бактериальных хозяев в искусственных сообществах в кишечнике мышей с каскадным воздействием на относительную численность других членов сообщества (21). Точно так же фаги в кишечнике пчелы могут способствовать сегрегации бактериальных штаммов между отдельными медоносными пчелами, что приводит к наблюдаемым индивидуальным профилям сообществ на уровне штаммов (35, 64), что имеет важные последствия для функции микробиоты.

Двумя важными факторами, которые, вероятно, способствовали диверсификации микробиоты кишечника пчел, являются адаптация к различным метаболическим нишам и сегрегация бактерий среди различных видов и популяций хозяев (35, 37, 40).Однако известно, что хищничество играет ключевую роль в регулировании разнообразия в природных экосистемах сверху вниз (74). Таким образом, возникает соблазн предположить, что фаги, возможно, внесли свой вклад в создание и поддержание разнообразия в кишечнике медоносных пчел, особенно на уровне штаммов. Эта гипотеза подтверждается наблюдением, что член сообщества с самым высоким генетическим разнообразием в целом и на отдельную пчелу (35) — это тот, у кого самый разнообразный набор фагов, т.е., Б. asteroides . Дивергентные бактериальные штаммы несут разные метаболические функции, а высокое бактериальное разнообразие связано с устойчивостью к инвазии сообщества. Следовательно, взаимодействие фагов с их бактериальными хозяевами и их влияние на бактериальное разнообразие может играть важную роль для здоровья пчел и болезней.

Будущие исследования будут извлекать выгоду из податливости идентифицированных фагов и их бактериальных хозяев, что вместе с доступной моделью гнотобиотической пчелы (38) не только улучшит наше понимание общих аспектов взаимодействия фагов и бактерий у животных-хозяев, но также и их специфическая роль микробиоты кишечника пчел и здоровья пчел.

Методы

Подробные протоколы доступны в SI Приложение , Дополнительные материалы и методы .

Вирусные метагеномы.

Пробы пчел из двух ульев, расположенных в Университете Лозанны, были взяты в январе 2017 г. и феврале 2018 г. VLP были выделены из объединенных задних кишок каждого из образцов с помощью протокола осаждения полиэтиленгликолем (PEG). ДНК фага экстрагировали и секвенировали с помощью Illumina. Считывания были собраны с помощью SPAdes (75), и высококачественные неизбыточные вирусные контиги были отобраны на основе идентификации вирусных последовательностей с помощью VirSorter (53), длины контига и охвата считывания.Последовательности предполагаемых профагов были идентифицированы с помощью PHASTER (76) в 291 общедоступном геноме изолята кишечных бактерий пчел. Они были сгруппированы вместе с вирусными метагеномными контигами в соответствии с их содержанием белка и сходством белков с использованием vConTACT v2.0 (54, 55), в результате чего была получена генетическая сеть вирусных последовательностей. VC, которые не рекрутировали вирусные метагеномные чтения, были удалены из сети, и ANI и AAI были рассчитаны на VC. Последовательности из VC были аннотированы с помощью Prokka (57), а затем функционально аннотированы путем обработки их против Viral RefSeq.Последовательности спейсеров CRISPR были идентифицированы в том же наборе данных бактериального генома, который использовался для идентификации профагов с помощью CRISPRCasFinder (77), и последовательности спейсеров были обработаны против последовательностей в VC. Предполагаемый хозяин был назначен VC, когда он содержал контиг с попаданием в спейсер CRISPR или контиг от фага с известным хозяином. Контигам, содержащим интегразы или профаговые области, приписывали умеренный образ жизни. Таксономические ранги присваивались VC, когда он включал контрольные контиги с известной таксономией или имел взрывные попадания против определенного порядка вирусов.

Фаговые изоляты и диапазон хозяев.

Пчелы из двух ульев были отобраны в октябре 2017 и 2018 гг., И VLP были извлечены. Полученные фаговые растворы были использованы для скрининга на чувствительность к фагам в общей сложности 112 бактериальных штаммов из нашей коллекции культур. Положительные бляшки извлекали, стерилизовали фильтрованием и подвергали тесту на серийные разведения для подтверждения присутствия фага. Затем подтвержденные растворы фагов последовательно очищали и амплифицировали. ДНК выделяли и секвенировали с помощью Illumina, а считывания собирали с помощью SPAdes (75).Собранные геномы были аннотированы с помощью Prokka (57), а их последовательности были включены в сеть сходства вирусных контигов, описанную выше. Восемь чистых изолятов фага были протестированы против 57 штаммов B. asteroides из нашей коллекции культур, чтобы оценить диапазон их хозяев. Чувствительность хозяина была установлена, когда бляшка лизиса наблюдалась по крайней мере в 50% от общего числа повторов. Были сконструированы праймеры, нацеленные на область гена sdhA из B. asteroides , последовательности были амплифицированы и секвенированы по Сэнгеру.Последовательности sdhA были выровнены с Clustal Omega (78), и филогения штаммов B. asteroides была сделана с использованием максимального правдоподобия в RAxML (GAMMACAT + HKY85, альфа = 0,37) (79).

Доступность данных.

Данные секвенирования двух виромов депонированы в BioProject PRJNA599270. Геномы восьми чистых изолятов фага депонированы в GenBank под номерами доступа MT006233 – MT006240. Пользовательский код и файлы промежуточных данных доступны на GitHub (https: // github.com / geboro / HoneyBee-Virome-2020). Бактериальные метагеномы из Японии депонированы в BioProject PRJNA598094, а метагеномы из Швейцарии депонированы в BioProject PRJNA473901.

Благодарности

P.E. поддерживается Европейским исследовательским советом ERC-StG «MicroBeeOme» (грант 714804), грантом для молодых исследователей Human Frontier Science Programme RGY0077 / 2016 и грантом проекта 31003A_179487 Швейцарского национального научного фонда. Мы благодарим Ryo Miyazaki и Shota Suenami за предоставление японских метагеномов из Apis mellifera (BioProject PRJNA598094) и Kirsten Ellegaard за доступ к обработанным данным.Мы ценим помощь и поддержку Кэролайн Кизиляпрак и Жана Дарасп из центра электронной микроскопии в Университете Лозанны. Наконец, мы хотели бы поблагодарить Александра Хармса, Марка Гарсиа-Гарсера, Винсента Сомервилля и двух анонимных рецензентов за внесенные предложения по улучшению этой рукописи.

Исследование потерь колоний медоносных пчел в США с осени 2007 г. по весну 2008 г.

Аннотация

Фон

Медоносные пчелы — важный компонент современного сельского хозяйства.Недавно выявленное заболевание, расстройство коллапса колонии (CCD), разрушает колонии, оставляя ульи без пчел, мертвых или живых. До сих пор оценки сокращения популяции медоносных пчел не включали потерь, происходящих в период зимовки, что недооценивало фактическую смертность пчел. Наше исследование дает количественную оценку потерь колоний в США зимой 2007–2008 гг.

Методология / основные выводы

Обследования были проведены для количественной оценки и определения факторов управления (например,грамм. размер операции, миграция улья), которые способствуют высокой потере колоний в целом и симптомам CCD в частности. Было обследовано более 19% из 2,44 миллиона колоний страны. Зарегистрирована полная потеря 35,8% колоний; рост на 11,4% по сравнению с прошлым годом. Операции по опылению миндаля потеряли в среднем такое же количество колоний, как и те, которые этого не сделали. 37,9% предприятий, в которых сообщалось, что по крайней мере некоторые из их семей умирают из-за полного отсутствия пчел, имели общую потерю 40.8% семей по сравнению с 17,1% потерь, отмеченных пчеловодами без этого симптома. Этот симптом с большей вероятностью имел место при крупных операциях, что указывало на то, что причиной может быть инфекционное заболевание. Шестьдесят процентов всех семей, которые были зарегистрированы в этом исследовании мертвыми, умерли без мертвых пчел и, таким образом, возможно, пострадали от CCD. В ПА потери варьировались в зависимости от региона, что указывает на то, что температура окружающей среды в зимний период может быть важным фактором.

Выводы / Значение

Чрезвычайно важно для понимания недавних потерь, и CCD отслеживает потери во времени и в большом географическом масштабе.Учитывая, что наши исследования являются репрезентативными для потерь по всем операциям пчеловодства, по оценкам, от 0,75 до 1,00 миллиона семей медоносных пчел погибло в Соединенных Штатах за зиму 2007–2008 годов. Эта статья представляет собой обширный обзор пчеловодов США по всему континенту, служащий ориентиром для сравнения с будущими потерями, а также предоставляющий руководство для будущих гипотезных исследований причин смертности колоний.

Образец цитирования: vanEngelsdorp D, Hayes Jr, Underwood RM, Pettis J (2008) Исследование потерь колоний медоносных пчел в США.С., осень 2007 — весна 2008. PLoS ONE 3 (12): e4071. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0004071

Редактор: Ник Гей, Кембриджский университет, Великобритания

Поступила: 19 сентября 2008 г .; Принята к печати: 1 декабря 2008 г .; Опубликован: 30 декабря 2008 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями декларации Creative Commons Public Domain, которая предусматривает, что после размещения в общественном достоянии эта работа может быть свободно воспроизведена, распространена, передана, модифицированы, построены или иным образом использованы кем-либо в законных целях.

Финансирование: Финансирование было предоставлено министерствами сельского хозяйства Пенсильвании и Флориды и министерством сельского хозяйства США — Ag. Исследовательская станция в Белтсвилле, штат Мэриленд. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует.

Введение

Медоносные пчелы — важный компонент современного американского сельского хозяйства.Стоимость услуг по опылению пчелами для сельского хозяйства США оценивается более чем в 14 миллионов долларов [1], а их стоимость превышает 215 миллиардов долларов во всем мире [2]. Более трех четвертей всех цветущих растений должны опыляться посетителями с животными; обычно насекомое [3]. Кроме того, опылителям часто требуется несколько посещений цветков для обеспечения максимального завязывания плодов и их качества [4]. На больших площадях под зависящими от опылителей культур, таких как яблоки, миндаль, черника и клюква, требуются управляемые опылители для обеспечения производства.Способность легко перемещать медоносных пчел, Apis mellifera , и управлять ими, делает их идеальными для этой цели. В целом, было подсчитано, что прямо и косвенно одна треть пищи, которую мы едим, поступает от опыления медоносными пчелами [5]. Здоровье медоносных пчел ставится под угрозу по многим направлениям [6]. Паразиты, такие как клещи варроа ( Varroa destructor ), трахейные клещи медоносных пчел ( Acarapis woodi ) [5], грибковые, бактериальные и вирусные заболевания, а также клептопаразиты, такие как мелкие жуки-ульи ( Aethina tumida ), многие из которые были завезены за последние 20 лет в континентальный U.С., все проблемы, с которыми сталкиваются пчеловоды. В 2006 году плохо изученное явление, расстройство коллапса колоний (CCD), привело к массовым потерям в США [7]. Хотя вирусы и грибковые патогены были идентифицированы как хорошие индикаторы этого состояния, эти патогены сами по себе не могут объяснить все потери, предполагая, что колонии медоносных пчел страдают от ослабленной иммунной системы, которой патогены могут воспользоваться. Пестициды, применяемые как в полевых культурах, так и в ульях для борьбы с паразитами пчел, а также в управлении пчеловодством были предложены как способствующие ослаблению иммунной системы медоносных пчел [8].

Принимая во внимание все известные и потенциальные угрозы для семей медоносных пчел, неудивительно, что популяции медоносных пчел сокращались за последние полвека. Национальная служба сельскохозяйственной статистики (NASS) сообщила, что по состоянию на февраль 2008 г. [9] в Соединенных Штатах насчитывалось 2,44 миллиона колоний, производящих мед, по сравнению с 4,5 миллионами в 1980 году и 5,9 миллионами в 1947 году [4]. Числа NASS могут недооценивать общее количество управляемых семей, поскольку они исключают семьи, управляемые только для контрактов на опыление, и не включают семьи, управляемые пчеловодами, имеющими менее 5 ульев.Такое недопредставление может быть компенсировано практикой NASS, в которой некоторые колонии подсчитываются более одного раза; Колонии, которые перемещаются в разные штаты для производства меда, учитываются в общем количестве штатов и суммируются в общем количестве колоний. Независимо от точного учета, уменьшение количества управляемых колоний неоспоримо.

К сожалению, отчеты NASS не содержат данных о ежегодных зимних потерях. Коммерческие пчеловоды всегда полагались на возможность заменить потерянные зимой семьи на новые весной.Колонии, пережившие зиму, быстро наращивают взрослую популяцию. Затем пчеловоды могут «разделить» эти семьи, удалив половину неполовозрелой и взрослой популяции пчел, поместив их в оборудование мертвой колонии и добавив новую матку. Эта практика позволяет пчеловодам восстановить численность своих колоний к середине лета даже после потерь в 50% и более. Поэтому зимние потери не представлены в цифрах NASS, если пчеловоды не решат или не смогут восполнить зимние потери.Описанное здесь исследование является попыткой количественно оценить масштабы потерь семей медоносных пчел за зиму 2007–2008 годов.

Высокая смертность медоносных пчел, по-видимому, широко распространена, поскольку Канада [10], Германия, Франция, Великобритания и Нидерланды сообщили о повышенных потерях за последние несколько лет [например, 11]. Эти потери часто плохо документируются, а эпидемиологические данные, такие как симптомы смерти, степень смертности и т. Д., В большинстве случаев отсутствуют. Однако такая документация имеет решающее значение для отслеживания тенденций и выявления основных причин смертности.Это исследование дает количественную оценку потерь колоний, понесенных пчеловодством в США в период с сентября 2007 года по март 2008 года. В нем также делается попытка определить факторы, такие как размер операции, миграция ульев и т. Д., Которые могут способствовать потерям в целом и CCD в частности. . Мы надеемся, что такие результаты послужат ориентиром для будущих исследований, основанных на гипотезах, которые, в свою очередь, помогут предотвратить будущую гибель колоний.

Методы

Всех членов Американских инспекторов пасек (AIA) попросили опросить пчеловодов в своих штатах в течение недели с 23 по 30 марта 2008 года.Членов AIA попросили связаться по телефону с пчеловодами, которые, по их мнению, представляют отрасль пасеки своего штата, и связаться как минимум с 15 пчеловодами: 5 занятых неполный рабочий день (1–50 семей), 5 дополнительных (51–499 семей) и 5 коммерческих (500+ колоний). Они задали следующие вопросы:

1. В каком штате и округе вы держите ульи?
2. Сколько ульев у вас было живо в сентябре 2007 года?
3. Сколько ульев живы сейчас (март 2008 г.)?
4. Сколько расщеплений, увеличений и / или колоний вы сделали / купили с сентября 2007 года?
5. Были ли ваши потери за этот период времени, которые вы считаете нормальными?
6. Какой процент погибших ульев не содержал мертвых пчел в улье или на пасеке?
7. Чем вы объясняете причину смерти умерших ульев?
8. Какой процент ульев вы отправили в Калифорнию для опыления миндаля?

Аналогичным образом, Департамент сельского хозяйства США (USDA) — Служба сельскохозяйственных исследований Beltsville Bee Research Lab провела опрос крупных коммерческих пчеловодов, но их опрос отличался от опроса AIA тем, что не задавал вопроса № 6.После того, как результаты были представлены, инспекторов AIA и USDA попросили сообщить количество пчеловодов, которые отказались участвовать в опросе.

Кроме того, вопросы анкеты были отправлены по электронной почте в BEE_L, список рассылки в Интернете, и всем президентам местных ассоциаций штата Пенсильвания (PA) (n = 13), которых попросили разослать анкеты всем пчеловодам по электронной почте. -списки рассылки почты. В письме пчеловодам предлагалось ответить на специальный адрес электронной почты. Здесь представлены результаты трех опросов: AIA, электронная почта и USDA.

Расчеты

Общие потери колоний были рассчитаны для каждой отчетной операции, для суммы всех респондентов и для различных классификаций подгрупп. Среднее значение индивидуальных операционных потерь было рассчитано для определения средних потерь среди подгрупп. Также были рассчитаны точечные оценки 95% доверительных интервалов (95% ДИ) [12]. В случаях, когда общее количество респондентов в группе, о которой сообщается, было менее 60, нормальное распределение не предполагалось, и для расчета 95% доверительного интервала использовалось t-распределение (основанное на n-1) [13].

Сравнение общих потерь, понесенных различными группами операций, проводилось с использованием критерия хи-квадрат. Сообщается только о значимых результатах (P <0,05).

Общее количество потерянных семей с признаком отсутствия мертвых пчел в колонии было рассчитано для отдельных операций путем умножения количества семей, потерянных в результате операции, на зарегистрированный процент потерь без мертвых пчел.

При подсчете потерь в отдельных штатах колонии, которые, как сообщалось, находились в более чем одном штате в течение периода, были подсчитаны несколько раз; один раз в каждом перечисленном состоянии.Та же самая практика используется Национальной службой сельскохозяйственной статистики при подсчете количества колоний, производящих мед в каждом штате.

Ответ на запрос электронной почты был редким для всех состояний, кроме PA. Данные электронной почты PA хранились отдельно от телефонных опросов и опросов USDA и сгруппированы по округам, а затем по климатическим регионам, как определено климатологом штата Пенсильвания (http://climate.met.psu.edu/data/state/pareg .php). Общие потери в разных регионах сравнивались с помощью критерия хи-квадрат.Потери также были сопоставлены с климатическими данными, загруженными с того же веб-сайта.

Результаты

Общие национальные потери

Всего 23 государственных пчеловодческих офиса оказали помощь в проведении телефонного опроса в своих штатах. Государства, которые не участвовали в опросе, не имеют программ инспекций, не имеют необходимых ресурсов для таких усилий или считают, что время не подходит для получения надежной информации в их государстве. Всего в сентябре 2007 года AIA обследовало 305 пчеловодческих хозяйств, что составляет 324 571 управляемую семью.Это составляет примерно 13,3% от 2,44 миллиона производящих мед семей, выращиваемых в США в 2007 г. [9]. Общая потеря, зарегистрированная за исследуемый период, составила 35,9% (95% ДИ: 30,5–41,3%) со средней потерей 31,0% (95% ДИ: 30,6–40,9%). Кроме того, в сентябре 2007 года Министерство сельского хозяйства США провело обследование 29 хозяйств, представляющих в общей сложности 223 280 колоний. Общая потеря, о которой сообщалось в обзоре Министерства сельского хозяйства США, составила 36,8% (95% ДИ: 19,2–54,3%) со средней потерей 34,5% (95%). ДИ: 16,4–52,6%). Два набора данных были объединены на время анализа после того, как дублированные респонденты были удалены вместе с операциями, которые не предоставили существенной информации.

Объединенный набор данных (AIA плюс USDA) включал 331 операцию. Общее количество семей, управляемых этими пчеловодами в сентябре 2007 года, составляло 474 336, что составляет 19,4% от предполагаемых 2,44 медоносных семей в США летом 2007 года. Опрошенные пчеловоды сообщили, что в период между Сентябрь 2007 г. и март 2008 г. Всего в марте 2008 г. проживало 386 385 колоний. Это представляет собой общую потерю 35 человек.8% (95% ДИ: 30,6–40,9%) и средний убыток по всем операциям 31,3% (95% ДИ: 7,4–54,1%). Если эти обследования будут репрезентативными для потерь по всем операциям, это говорит о том, что от 0,75 до 1,00 миллиона колоний погибло в Соединенных Штатах за зиму 2007–2008 гг.

Тринадцать из 22 инспекторов ответили на запрос сообщить количество пчеловодов, которые отказались участвовать в исследовании. Ноль из 254 пчеловодов отказалась, что дает 100% -ную долю участия людей, с которыми связались напрямую по телефону.

Потери по классификации операций (размер, многоцелевые опылители и опылители миндаля)

При классификации респондентов по размеру операций не было никакой разницы ни в общем, ни в среднем убытке (Таблица 1). Операции, которые управляли пчелами более чем в одном штате, не принесли значительно больших потерь, чем операции, которые управляли пчелами только в одном штате (Таблица 2). Кроме того, предприятия, которые использовали некоторые или все свои колонии для опыления миндаля в ЦА, имели средние потери, сравнимые со средними потерями при операциях, в которых не опыляли миндаль.Хотя общие потери, зарегистрированные опылителями миндаля, были выше по сравнению с производителями, не выращивающими миндаль, разница не была значительной (Таблица 3).

Потери в операциях с обнаружением хотя бы некоторых симптомов, подобных CCD

Одним из симптомов CCD является полное отсутствие пчел в мертвых семьях или пасеках. Этот опрос не позволил провести различие между истинными случаями CCD и потерянными семьями по причинам, которые имеют общий симптом «отсутствия мертвых пчел». 37,9% операций (n = 102), в которых сообщалось, что по крайней мере некоторые из их колоний умирают с этим симптомом, и которые сообщили процент своих потерь с этим симптомом, имели значительно более высокую общую потерю колоний (40.8%; 95% ДИ: 31,2–50,2%), чем при операциях, при которых этот симптом не отмечался (17,1%; 95% ДИ: 11,4–22,7%; χ ² = 3041, P <0,0001). По крайней мере, 72,6% (n = 170) всех операций не могли отнести свои потери на счет CCD.

Крупные коммерческие предприятия имели в 4,5 и 1,8 раза больше шансов сообщить о гибели некоторых из их семей без присутствия мертвых пчел по сравнению с пчеловодами, работающими неполный рабочий день и побочным пчеловодом, соответственно (точный критерий Фишера, P <0,0001; Таблица 4).В целом, 60,0% погибших семей не имели мертвых пчел в колонии, при этом процент семей, потерянных из-за этого симптома, был выше среди более крупных операций (Таблица 4).

Нормальные потери

Триста восемнадцать респондентов ответили на вопрос, считают ли они свои потери «нормальными» или нет. Несколько респондентов (n = 17) ответили: «без потерь было меньше, чем обычно». Эти респонденты изменили свои ответы на «да», поскольку цель вопроса заключалась в том, чтобы определить восприятие пчеловодами приемлемых и недопустимых потерь.Тридцать восемь процентов всех респондентов считали свои потери ненормальными, имея средний убыток 47,8% (95% ДИ: 29,0–56,7%) по сравнению с теми, кто испытывал то, что они считали нормальными потерями, у которых средний убыток составлял 21,7%. (95% ДИ: 15,9–27,5%).

Предполагаемая причина убытков

Респондентов попросили назвать, почему, по их мнению, их колонии погибли. Из 229 человек, ответивших на этот вопрос, 201 указал только один фактор, ответственный за их убытки. Те, кто указывал более одной причины, были подсчитаны несколько раз.Пятью основными причинами, объясняющими смерть, были кошки низкого качества, голод, клещи, CCD и погода (Таблица 5). Общая потеря (48,2%), понесенная группой, утверждающей, что CCD была причиной смертности, была выше, чем у любой другой группы (Таблица 5). Другими факторами, которые были упомянуты, но о которых сообщили менее 8% респондентов, были управление (7,8%), слабые колонии осенью (7,4%), нос / дизентерия (4,4%), питание (3,5%), стресс (3,1%). %), вирусы (3,1%) и пестициды (2,6%). Обо всех других факторах, включая мелких жуков-ульев, американских гнилостных выводков, медведей и транспортировку, сообщили менее 1% респондентов.

Убытки по штатам

Значительные различия в общих и средних потерях были зарегистрированы в различных государствах (Таблица 6; Рисунок 1). Включены только те штаты, в которых респондентов было больше 6 (что исключает LA и SC из этой части анализа). В случаях, когда пчеловод содержал пчел более чем в одном штате, общие потери включаются во все состояния, в которых пчелы содержались. Представлено количество пчеловодов, которые были учтены в более чем одном штате, и общий процент ульев, которыми они управляли в соответствующих штатах (Таблица 6).

Потери по климатическим районам Пенсильвании

Всего на опрос по электронной почте ответили 174 респондента, из них 160 — из PA. Поскольку ответов из других штатов было недостаточно для проведения значимых сравнений, в это сравнение были включены только данные PA. Как упоминалось ранее, операции были разделены на категории по климатическим регионам. Были получены данные о месячной температуре и осадках для каждого из 10 регионов. Среднее количество осадков не повлияло на долю потерянных колоний в регионе (R = 0.07739, P = 0,8317). Однако была слабая корреляция со средней температурой (R = -0,61758, P = 0,0571). В регионах с относительно более низкими средними температурами потери колоний были выше (Рисунок 2).

Обсуждение

Потери медоносных пчел в США продолжают расти, о чем свидетельствуют потери, указанные здесь и в исследовании AIA от 2007 года [14]. Трудно разделить потери колоний на отдельные категории потерь, за исключением голода. Частично трудности возникают из-за того, что большинство колоний страдают от множества вредителей и болезней, и роль каждого из них нелегко определить или количественно оценить без подробных продольных эпидемиологических исследований.Кроме того, различные угрозы здоровью медоносных пчел могут действовать синергетически. Например, присутствие клеща варроа не обязательно действует в одиночку, чтобы повлиять на здоровье пчел [15]. До появления клещей варроа в США пчеловоды сообщали о 5–10% потерь в зимний период. Эти потери выросли до 15–25% с появлением в середине 1980-х гг. Варроа и трахейных клещей [4]. Здесь мы сообщаем о потере более 30% колоний за второй год. Общая потеря колоний увеличилась с 31,8% зимой 2006–2007 гг. До 35.9% за зиму 2007–2008 гг. Даже при снижении средних операционных потерь (37,6% и 31,0% соответственно) [14]. Это очевидное несоответствие, вероятно, связано с относительно более высокими суммарными потерями от более крупных операций (Таблица 1).

Коммерческие пчеловоды следят за потоками меда, состояние здоровья их семей и опыт подсказывают им, какие потери колонии следует ожидать в их конкретном регионе. Пчеловоды, обладающие знаниями и опытом в разных поколениях, могут авторитетно прокомментировать, что такое «нормальные» потери.Респонденты этого опроса реже считали свои потери «ненормальными» по сравнению с прошлогодним опросом [14]. В ходе этого опроса респонденты, сообщившие о нормальных потерях, потеряли в среднем 21,7% по сравнению со средними «нормальными» потерями в 15,9%, как сообщалось ранее. Это говорит о том, что пчеловоды начинают ожидать больших потерь и соглашаются с более высокой смертностью, чем в прошлом.

Стресс, связанный с передвижением пчел, был предложен как основная причина повышенной смертности [8].Однако, хотя общие потери, как правило, были выше среди опылителей миндаля в Калифорнии, средние производственные потери в этой группе (30,9%) не отличались от операций по опылению без опыления миндаля (31,4%). Это несоответствие можно объяснить исключительно высокими потерями, которые понесли некоторые из крупных исследованных предприятий.

Об основном симптоме CCD, отсутствии мертвых пчел в ульях из мертвых семей, чаще сообщали пчеловоды с крупными операциями (Таблица 4). Это говорит о том, что причиной этого симптома может быть очень заразное заболевание, проблема, которая усугубляется условиями скопления людей, которые часто существуют в коммерческих пчеловодческих хозяйствах, когда они перемещают семьи на места опыления или производства меда и обратно.Следует также иметь в виду, что крупные предприятия обычно проводятся в сельскохозяйственных условиях, где они подвергаются воздействию сельскохозяйственных химикатов во всех их формах, а их рацион может быть неполным из-за ситуации с монокультурами, которыми они часто вынуждены питаться. Эти факторы также могут способствовать возникновению проблемы CCD.

Из предполагаемых причин потерь чаще всего выявлялись голод и бедные матки. Это удивительно, поскольку обе являются управляемыми угрозами, что предполагает неправильную диагностику проблем, необходимость изменения методов управления и / или улучшенных методов предоставления расширений.

Обычной практикой в ​​эпидемиологии является поиск пространственных закономерностей возникновения болезни или синдрома. Поскольку семьи медоносных пчел совершают несколько перемещений по стране, трудно отнести потерю колонии к одному региону страны. Пчеловод относил потери к определенному состоянию, а общие потери варьировались в зависимости от состояния (Рисунок 1; Таблица 6) без какой-либо видимой закономерности. Однако внутри ПА потери действительно различались в зависимости от региона. В частности, в регионах с более низкими средними температурами потери были выше (Рисунок 2).Это может быть связано с прямым воздействием температуры окружающей среды или с тем фактом, что для гомеостаза гнезда требуется больше корма, когда становится холоднее, что приводит к голоданию, если корма становится мало.

В этом отчете задокументированы потери колоний в США. Хотя по-прежнему сложно точно разделить потери колоний на отдельные причины, наше исследование показывает, что один симптом CCD, отсутствие мертвых пчел в мертвых ульях, чаще встречается в более крупных операциях, и отчеты об операциях в этом состоянии потери были значительно выше, чем в других.Это говорит о том, что причиной CCD может быть инфекционное заболевание. Продолжение исследований в сочетании с анализом образцов из мертвых и умирающих колоний должно дать ключ к разгадке основной причины повышенной смертности ульев в США

Благодарности

Мы благодарим индивидуальных пчеловодов за их помощь в проведении этого исследования. Благодарим всех респондентов, в том числе тех, с кем связались по телефону и электронной почте, за участие. Мы благодарим Майка Андре, Карен Рокказекку, Барта Смита и Натана Райса за сбор данных.Финансирование было частично предоставлено программой USDA-ARS Areawide для улучшения здоровья медоносных пчел. Мы также благодарим Рика Доновалла и анонимных рецензентов этой статьи за их комментарии.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: Dv JHJ JP. Проведены эксперименты: JHJ RMU JP. Проанализированы данные: Дв РМУ. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты для анализа: Дв. Написал статью: Dv JHJ RMU JP.

Список литературы

1. 1. Морс Р.А., Кальдероне Н.В. (2000) Ценность медоносных пчел как опылителей U.С. посевов в 2000 году. Пчелиное хозяйство 128: 1–15.
2. 2. Галлай Н., Саллес Дж.М., Сеттеле Дж., Вассьер Б.Э. (2008) Экономическая оценка уязвимости мирового сельского хозяйства в условиях сокращения количества опылителей. Ecol Econ. Под давлением.
3. 3. Klein AM, Vassiére BE, Cane JH, Steffan-Dewenter I, Cunningham SA и др. (2007) Важность опылителей в изменении ландшафтов мировых культур. Proc Roy Soc Lond B Biol Sci 274: 303–313.
4. 4. Национальный исследовательский совет (2006) Статус опылителей в Северной Америке.Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press.
5. 5. Free JB (1993) Опыление сельскохозяйственных культур насекомыми. Лондон: Academic Press.
6. 6. Бейли Л., Болл Б.В. (1991) Патология медоносных пчел. 2 ^nd издание. Лондон: Academic Press.
7. 7. Кокс-Фостер Д.Л., Конлан С., Холмс Е.С., Паласиос Г., Эванс Д.Д. и др. (2007) Метагеномное исследование микробов при коллапсе колонии медоносных пчел. Наука 318: 283–287.
8. 8. Oldroyd BP (2007) Что убивает американских медоносных пчел? PLoS Biol 5: e168.
9. 9. Национальная служба сельскохозяйственной статистики (2008) Мед. www.nass.usda.gov Выпущено 29 февраля 2008 г.
10. 10. Pernal SF (2008) Заявление CAPA о потерях медоносных пчел в Канаде (весна 2008 г.) — окончательная редакция. http://www.capabees.com/main/files/pdf/canwintlossnewrev.pdf Проверено 12 сентября 2008 г.
11. 11. Бисмейер Дж., Робертс С.П.М., Ремер М., Олемюллер Р., Эдвардс М. и др. (2006) Параллельное сокращение количества опылителей и растений, опыляемых насекомыми, в Великобритании и Нидерландах.Наука 313: 351–354.
12. 12. Koepsell TD, Weiss NS (2003) Эпидемиологические методы: изучение возникновения болезни. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
13. 13. Паоли Б., Хаггард Л., Шах Г. (2002) Доверительные интервалы в общественном здравоохранении. Управление оценки общественного здоровья Департамента здравоохранения штата Юта.
14. 14. vanEngelsdorp D, Underwood R, Caron D, Hayes Jr (2007) Оценка контролируемых потерь колоний зимой 2006–2007 годов: отчет, заказанный американскими инспекторами пасек.Am Bee J 147: 599–603.
15. 15. Дауни Д.Л., Уинстон М.Л. (2001) Смертность и продуктивность колоний медоносных пчел при однократном и двойном заражении паразитическими клещами. Apidologie 32: 567–575.

Добро пожаловать в программу лечения и профилактики младенческого ботулизма

Адаптивные сдвиги в охранном поведении медоносной пчелы (Apis mellifera L.) подтверждают прогнозы модели порога принятия | Поведенческая экология

Аннотация

Модель порога приемлемости предсказывает, что в изменчивой среде система распознавания должна быть адаптивной, а не фиксированной.Особенно, различающих особей, таких как охранники у входа в гнездо, должно быть меньше разрешено для сородичей, когда частота контактов между не гнездом и спариванием и стоимость приема товарищей, не являющихся членами гнезда, высока. Мы проверили эти прогнозы изучая охрану медоносных пчел в период, когда условия нектара изменилось от недостатка к изобилию. Первоначально, во время отсутствия нектара, отдельные охрана приняла 80% введенных товарищей по гнезду и 25% товарищей, не являющихся гнездом.В качестве условия нектара улучшились, как интенсивность ограбления и охраны, так и стоимость приема не-сокомандников снизилась. В ответ отдельные охранники стал более снисходительным к товарищам по гнезду и товарищам, не являющимся гнездом, пока, в конце концов, Сработал порог принятия всех — все сопряженные и не входящие в гнездо товарищи были приняты. Эти данные согласуются с изменяющимся принятием порог и предоставить данные первого поля для поддержки модели. Просто возникла линейная зависимость между количеством охранников и количеством драки, 9: 1, наблюдаемые у входа в улей, предполагая, что охрана может быть регулируется интенсивностью злоумышленника или иным образом регулируется адаптивным манера.

Распознавание происходит во многих контекстах и ​​у большинства организмов и варьируется от признание себя к признанию подходящего партнера для спаривания (для обзор, см. Sherman et al., 1997). У социальных насекомых признание рабочих происходит в двух основные контексты, внутриколония и межколония (Ратниекс, 1991). Первый происходит как часть дискриминационного выращивания репродуктивных особей для улучшения инклюзивная приспособленность работника (обзор см. в Bourke and Franks, 1995; Crozier and Pamilo, 1996; Ratnieks and Reeve, 1992).Распознавание межколоний включает в себя различение сородичей по гнезду от товарищи, не являющиеся гнездящимися, в том числе особи того же вида, не являющиеся гнездовыми товарищами. Товарищ по гнезду против Распознавание не-гнездовых товарищей важно, потому что многие социальные насекомые могут нанести вред другие колонии своего вида. Вред возникает по-разному, например: конкуренция за территорию, каннибализм, рабство и ограбление еды. Для Например, колонии африканских муравьев-ткачей ( Oecophylla longinoda ) конкурируют друг с другом для территорий, с одной колонией в конечном итоге исключая Другие (Hölldobler и Уилсон, 1978).Такие муравьиные войны стали каннибалистическими в Formica polyctena , которые убивают муравьев из других колоний для использования в пищу. (Дриссен и др., 1984). Межколоний каннибализм встречается и у японских бумажных ос Polistes chinensis антенналис (Kasuya et al., 1980). Территориальные набеги, по-видимому, привели к рабовладению в несколько видов муравьев. Колонии Myrmecocystus mimicus совершают набег на гнезда сородичи и отловленный выводок, которых они принимают в качестве товарищей по гнезду (Hölldobler, 1981).Медоносная пчела ( Apis mellifera ) ворует мед из схожих колоний в периоды нехватки нектара (Бесплатно, 1977).

Гнезда насекомых имеют охранников, препятствующих проникновению как сородичей, так и аллоспецифические злоумышленники (медоносные пчелы: бесплатно, 1977; муравьи: Hölldobler и Уилсон, 1990; термиты: Wilson, 1971). Признавая аллоспецифических злоумышленников обычно проще, чем распознать сородичей злоумышленники, потому что ожидается, что сородичи будут более похожи друг на друга.В идеальной системе распознавания охранник принимает всех товарищей по гнезду и отклоняет все товарищи, не являющиеся гнездовыми (Шерман и др., 1997). Для этого охранник мог узнать ее фенотип. вложить товарищей и использовать это как шаблон распознавания (Лейси и Шерман, 1983). На встречая особей у входа в гнездо, охранник сравнивает шаблон с фенотипом входящего человека [последний известен как узнавающая «реплика» (Getz, 1982)]. Различение товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся членами гнезда, может Однако не будьте так просто, если товарищи по гнезду и товарищи, не входящие в гнездо, имеют перекрытие сигналы распознавания (Getz, 1981, 1991; Lacy, Sherman, 1983).Также, в зависимости от характера запахов, используемых при распознавании колонии, товарищи по гнезду будут вероятно, имеют ряд фенотипов (Getz, 1982; Уилсон, 1971). Это сделает дискриминацию менее простой, потому что охранник не может просто отклонить всех тех лиц, которые не соответствуют шаблон, потому что она отвергнет некоторых товарищей по гнезду. Чтобы уменьшить гнездо-товарищ отклонение охранника может не требовать точного совпадения шаблона и реплики. Однако допущение слишком большого различия между шаблоном и сигналом приведет к в принятии большего количества товарищей, не являющихся гнездовьями.

В теоретическом исследовании Рив (1989) исследовали факторы которые влияют на то, как сородичи ведут себя по отношению друг к другу в контексте распознавания чтобы максимизировать их инклюзивную приспособленность. Рив определил принятие порог как максимальное количество различий между шаблоном и сигналом, которое охранник будет терпеть, не отвергая входящего человека (см. рис. 5а). Выше порог, сородичи классифицируются как не спарившиеся по гнезду и отвергаются, и ниже порога они классифицируются как товарищи по гнезду и принимаются.Скорее чем имеющие одинаковые запахи, товарищи по гнезду и не в гнездо, как правило, считается, что имеет распространение запахов (Getz, 1982). При условии, что товарищи по гнезду и товарищи, не входящие в гнездо, имеют перекрывающиеся сигналы распознавания, Ошибки распознавания неизбежны, возможны два типа ошибок: отклонить сопряжения по гнезду (ошибка отклонения) и принять сопряжения, не относящиеся к гнезду (принятие ошибка) (Рив, 1989). В вероятности этих двух ошибок будут иметь отрицательную корреляцию.Приняв достаточно допустимый порог приема, охранник может принять все гнездо сопрягает, тем самым сводя ошибку отбраковки к нулю. Однако более высокая часть товарищей, не являющихся гнездом, будет принята, увеличивая принятие ошибка. И наоборот, ограничительный порог принятия снизит доля товарищей, не являющихся членами гнезда, принята, но также вызовет повышенное отклонение товарищей по гнезду. Если порог можно отрегулировать, каков оптимальный порог для усыновления охранников? Рив показал, что оптимальный порог меняется в зависимости от такие факторы, как стоимость приема товарищей, не являющихся членами гнезда, преимущества прием товарищей по гнезду, а также частота, с которой спариваются и не гнездятся встречаются товарищи.Например, когда частота или стоимость вторжений со стороны количество товарищей, не являющихся гнездовьями, является высоким, охранники должны принять ограничительный порог. Как частота или стоимость вторжений снижаются, порог должен стать больше разрешающий, тем самым отвергая меньшее количество товарищей по гнезду, предполагая, что отказ от у товарищей по гнезду есть своя цена.

Рисунок 5

(a) i, Гипотеза смещения порога приемлемости (распределение запахов остается постоянный). В начале исследования (47-й день) 80% товарищей по гнезду и 25% допускаются товарищи, не являющиеся гнездовыми; ii, к 73-му дню порог принятия стал более разрешительный, так что принимаются все товарищи по гнезду и 70% товарищей, не являющихся членами гнезда.Ближе к концу исследования (77-й день) порог достиг уровня «принять все». (b) i, гипотеза конвергенции запаха колонии (порог приемлемости остается постоянным). В начале исследования (день 47) товарищи по гнезду и не гнездящиеся у товарищей есть относительно дискретное распределение запаха, из-за чего не спарившиеся в гнезде возможна дискриминация; ii, поток цитрусовых начался, и запах улья сходятся, что затрудняет различение не принадлежащих к гнезду товарищей. Также товарищи по гнезду становятся более похожими (пик сопряжения гнезд смещается влево), не вызывая спаривания гнезд быть отклоненным; iii. К концу исследования поток цитрусовых усиливается. запахи колоний полностью перекрываются, что делает невозможным различение.

Рисунок 5

(a) i, Гипотеза смещения порога приемлемости (распределение запахов остается постоянный). В начале исследования (47-й день) 80% товарищей по гнезду и 25% допускаются товарищи, не являющиеся гнездовыми; ii, к 73-му дню порог принятия стал более разрешительный, так что принимаются все товарищи по гнезду и 70% товарищей, не являющихся членами гнезда. Ближе к концу исследования (77-й день) порог достиг уровня «принять все». (b) i, гипотеза конвергенции запаха колонии (порог приемлемости остается постоянным).В начале исследования (день 47) товарищи по гнезду и не гнездящиеся у товарищей есть относительно дискретное распределение запаха, из-за чего не спарившиеся в гнезде возможна дискриминация; ii, поток цитрусовых начался, и запах улья сходятся, что затрудняет различение не принадлежащих к гнезду товарищей. Также товарищи по гнезду становятся более похожими (пик сопряжения гнезд смещается влево), не вызывая спаривания гнезд быть отклоненным; iii. К концу исследования поток цитрусовых усиливается. запахи колоний полностью перекрываются, что делает невозможным различение.

У медоносной пчелы ( Apis mellifera ) рабочие крадут мед у других колонии при недостатке нектара (Сили, 1985). По отдельности пчела-грабитель крадет лишь небольшое количество меда за поездку, что является незначительна по сравнению с многими килограммами, которые обычно хранится (Сили, 1995). Однако стоимость может быть увеличена из-за набора персонала с использованием танца виляния. (фон Фриш, 1967), что позволяет направить большое количество рабочих к новому источнику пищи.Неконтролируемое ограбление может привести к потере всех запасов меда и гибели колония-жертва (Winston, 1987). Охранники, стоящие у входа в гнездо, предотвращают ограбление, проверяя попадание пчел и исключение товарищей по гнезду (Батлер и Фри, 1952; Фри, 1954). Когда охранник встречает другую пчелу, она облизывает ее голову и туловище и усыпляет ее, предлагая что запахи кутикулы участвуют в различении вида (Порода, 1983; Kalmus, Ribbands, 1952).Есть свидетельства того, что такие запахи происходят от пчелиного воска. (Breed, 1983; Breed et al., 1988, 1995) и цветочные или медовые ароматы (Ribbands, 1953; Салех-Мгир, 1992), дающие каждая колония имеет более или менее отчетливый запах колонии. Последнее предполагает, что сородичи могут разделять запахи из-за общих цветочных запахов и спарившихся по гнезду могут иметь переменные, а не одинаковые запахи, потому что собиратели посещают разные виды цветов.

Распознавание пчеловодами в идеальной модельной системе для изучения адаптивного сдвигает порог приемлемости, тем самым проверяя теоретические прогнозы (Рив, 1989), потому что нектар доступность (Сили, 1995) и грабежи кардинально меняются со временем в зависимости от местной флоры.Как в результате семьи медоносных пчел подвержены постоянно меняющимся расходам и преимущества принятия товарищей по гнезду и товарищей по гнезду. По мотивам Рива (1989), мы предсказали, что порог принятия должен стать более допустимым, и чтобы уровни защиты должен уменьшаться по мере того, как нектар становится более обильным. Мы проверили эти прогнозы проведение полевых исследований приемлемого поведения охранников медоносных пчел к гнездованию спарившихся и не гнездящихся спаривателей в течение 30-дневного периода, в течение которого нектар условия изменились с плохих на отличные.Охрана отклонена и принятие стал намного более снисходительным по мере улучшения условий нектара, сильно поддерживая предсказания модели.

МЕТОДЫ

Исследуемый организм

Исследованные медоносные пчелы ( Apis mellifera ) принадлежали к смешанной европейской расе, как используется в коммерческом пчеловодстве США. Колонии были королевскими и размещались в стандартных ульях Лангстрота. Все колонии были одинакового размера и имели примерно 20-30 тысяч рабочих и 4-6 стад расплода.Первоначально каждый Улей имел два корпуса (один глубокий и один средний), что давало общий объем примерно 70 1. Дополнительные корпуса ульев (два глубоких корпуса) для хранения меда. были добавлены на 67 день (8 марта). У каждого улья была стандартная длинная нижняя доска. которые выступали на 5 см за корпус улья, чтобы облегчить наблюдение за вход в улей, но до 67 дня ширина входа уменьшилась вдвое. Вход затем был полностью открыт до 3 см в высоту и 35 см в ширину для размещения увеличенного кормовая активность, вызванная цветением цитрусовых.Чтобы свести к минимуму беспокойство улья, ульи курили только три раза за период исследования, чтобы рутинное пчеловодство. После курения ульям давали осесть в течение 24 часов. перед дальнейшим сбором данных.

Учебный участок

Исследование проводилось на биологической станции Арчболд, Лейк-Плэсид, Флорида, США, в феврале и марте 1998 г. Мы выбрали это место и время год, потому что цветочные и климатические условия были идеальными для обучения охранять поведение по мере того, как условия окружающей среды меняются от недостатка к изобилию нектара.Период обилия нектара наступает в марте, когда обширные цитрусовые рощи, граничащие с цветением Арчболд. В феврале до цитрусовых цветение, нектарные условия плохие, и ульи худеют по мере употребления хранимый мед (см. рис. 1а). Климат такой (средняя максимальная дневная температура февраля = 23 ° C; данные метеостанции Archbold), что медоносные пчелы могут активно летать раньше цветение цитрусовых, что делает возможным ограбление. Это в отличие от других умеренные регионы, где температура перед весенним цветением обычно слишком низкая для полета.

Рисунок 1

(a) Среднее изменение веса четырех ульев за 2 дня с 40 по 77 (9 Февраль-18 марта). (b) Минимальные концентрации собранного раствора сахарозы. (c) i, Среднее количество (± SE) охранников, наблюдаемых у входа из четырех ульи на пасеках Bee House (BH) и Red Hill (RH); ii, среднее число (± SE) драки наблюдались у входа в четыре улья на каждой пасеке. (d) Среднее прием (± SE) представленных товарищей по гнезду и товарищей по гнезду охранниками в трех ульях на Красной горе.

Рисунок 1

(a) Среднее изменение веса четырех ульев за 2 дня с 40 по 77 (9 Февраль-18 марта). (b) Минимальные концентрации собранного раствора сахарозы. (c) i, Среднее количество (± SE) охранников, наблюдаемых у входа из четырех ульи на пасеках Bee House (BH) и Red Hill (RH); ii, среднее число (± SE) драки наблюдались у входа в четыре улья на каждой пасеке. (d) Среднее прием (± SE) представленных товарищей по гнезду и товарищей по гнезду охранниками в трех ульях на Красной горе.

Две пасеки были заложены на 63-й день (4 марта) путем переселения ульев из другая пасека примерно в 30 км: «Пчелиный домик» и «Красная горка». Пчела В доме было четыре улья, расстояние между ульями 40-60 м. На Красной горе было 12 ульев. (хотя для сбора данных использовалось только 7), разделенных расстоянием 4-10 м. Мы использовали две пасеки, чтобы создать два уровня потенциальной интенсивности ограблений, с красным На холме и больше ульев, и меньше расстояние между ульями. Кроме того, в близлежащих апельсиновых рощах были пасеки, принадлежавшие коммерческим пчеловодам из какие потенциальные пчелы-грабители могли прийти.Пчелиный домик находился примерно в 1 км от ближайшая цитрусовая роща, а Красная горка находилась в 0,5 км от ближайшей рощи. Потому что медоносные пчелы будут летать до цветов до 12 км. (Seeley, 1995; von Frisch, 1967) и обычно пролететь более 1 км (Сили, 1995), обе пасеки были хорошо расположены для кормления пчел. цитрусовые цветы.

Сбор данных

Наличие нектара

Для количественной оценки наличия нектара использовались два стандартных метода: улей гири и кормушки для сахарозы.Большинство изменений веса улья происходит за периоды менее нескольких дней можно отнести к употреблению меда (потере веса) или сбор нектара (прибавка в весе) (Сили, 1995). Взвешивали ульи с помощью переносного штатива, блока шкивов 4: 1, и весы с круговой шкалой 0-50 кг (Salter 233, чувствительность 50 г). Четыре улья Red Hill были отобраны и взвешены утром, еще до того, как пчелы начали летать. Мы взвешивали ульи каждые 2 дня, за исключением последних 8 дней исследования, когда их взвешивали ежедневно.

Медоносные пчелы легко собирают раствор сахарозы из искусственных кормушки вдали от улья (Линдауэр, 1961; Сили, 1995; фон Фриш, 1967). Однако минимальная концентрация, которую они соберут зависит от наличия нектара (Линдауэр, 1961). Например, Линдауэр (1961) обнаружили, что минимальная концентрация, собранная во время основного потока нектара, составляла 2 M, тогда как в период недостатка нектара после истечения минимума был меньше 0.2 M и как минимальная 0,05 М. Установили четыре кормушки. (Сили, 1995; фон Фриш, 1967) на столе 30 м от пасеки Красная Горка. Каждый второй день в 09:00 кормушки отключались. пополняется сиропом (0,1 М, 0,5 М, 1 М, 2 М). В 1200 ч мы наблюдали кормушки для определения тех, из которых пчелы собирали сироп.

Количественная оценка интенсивности охраны и взлома

Интенсивность охранников и ограблений зафиксирована при наблюдении за входами. из восьми ульев, четыре в Red Hill и четыре в Bee House.Мы осмотрели каждый улей девять раз в течение дня с 10:30 до 15:00. Это было сделано в трех наборах из трех наблюдений, чтобы сократить время, потерянное на поездки между две пасеки. Наблюдения проводились каждый второй день исследования, кроме в течение последних 8 дней, когда они производились ежедневно. Допускался 15-минутный перерыв. между последовательными наблюдениями у улья. Это обеспечивало наблюдение за боями. не зависели от предыдущих наблюдений.(Из 10 боев измерено, самый длинный — 152 с; среднее значение = 58,8 с, диапазон = 13-152 с, стандартное отклонение = 48,1 с.) наблюдая, наблюдатель тихо стоял сбоку от улья, чтобы не беспокоить пчел. Поведение у входа в улей может быть легко изменено. видно с такого расстояния. Этот метод не пытается количественно оценить абсолютное уровни охраны и борьбы, потому что некоторые охранники и драки, вероятно, отсутствовали видимости внутри входа, но предназначен для обнаружения относительных изменений.

При каждом наблюдении мы регистрировали количество охраняемых пчел и количество пчел. количество боев. Пчелы классифицируются как сторожевые, если они охранное поведение (Батлер и Фри, 1952): патрулирование входной доски с распахнутыми крыльями, преследование приземляющихся пчел, осмотр других пчел (см. ниже) и борьба (см. ниже). Осмотр включает в себя антенну или лизание тела субъекта, или оба. После осмотра охранник делает одно из двух: субъект либо оставили, чтобы войти в улей или подверглись нападению.Последнее предполагает откусывание крылья, усики, ноги, а иногда и попытки ужалить живот, все которые мы классифицировали как боевые.

Приемочное поведение охранников

Мы использовали три улья в Ред-Хилле для эксперимента с приемлемым поведением. А была необходима техника, позволяющая наблюдать за поведением охранников по отношению к товарищи по гнезду и товарищи, не являющиеся членами гнезда, что было просто реализовать, так же естественно, как возможно, и может дать последовательные результаты.Изначально мы пытались инсценировать встреч, собрав охранника у входа в улей и поместив ее в контейнер, в который была добавлена ​​вторая пчела. Это не сработало, потому что охранники перестали вести себя как охранники при удалении от входа в улей. Следовательно, был необходим анализ, точно имитирующий естественные условия входа в колонию, особенно взаимодействия между охранниками и товарищами по гнезду и товарищами, не являющимися членами гнезда рабочие. Предварительные эксперименты показали, что прямое использование злоумышленников (т.е., рабочих, собранных у входа в другой улей) было непрактично, потому что введение было ненадежным. Хотя рабочих легко можно было поймать и размещенные у входа в улей, они часто улетали. С другой стороны, мы также пробовали использовать мертвых пчел. Однако рабочих, убитых замораживанием и использованных в качестве злоумышленники сразу после разморозки были без разбора катапультированы, аналогично поведению предприятия, наблюдаемому Вишером (1983). Техника, которую мы окончательно принято было следующим образом.Вход в улей был заблокирован на 1 мин, и Четыре вернувшихся фуражира были собраны в отдельные пластиковые флаконы. Флаконы затем охлаждали в переносном ящике для льда, пока пчелы не перестали летать. но все еще шли. На этом этапе их можно было обрабатывать с помощью щипцов и не улетал, когда ставился у входа в улей. Чтобы проверить надежность В этом анализе мы выполнили 10 введений в гнездо и 10 в одно гнездо на одиночный улей. Результаты показали четкое различие между принятием уровни товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся гнездом, предполагая, что анализ был подходит для исследования (рис. 1г).При вводе охлажденной пчелы у входа в улей экспериментатор стоял сбоку от улья и старался не потревожить улей резкими движениями или встряхиванием улья. Чтобы стандартизировать введены возвращающиеся пчелы, пчелы, несущие пыльцу, не использовались.

Протокол сбора данных о поведении охранника по отношению к Внедрение пчел происходило следующим образом. Поставили охлажденную пчелку на входную доску. улья. За входом постоянно наблюдали, и за поведением зафиксирован первый контакт охранника с завезенной пчелой.Сторожевое поведение было классифицируется следующим образом: принято (введенная пчела осмотрена охраной и разрешено войти в улей), отклонено (введена пчела, укушенная или ужаленная охранник, хотя и редко наблюдалось покалывание). В некоторых случаях более одного охранник связался с завезенной пчелой. Когда это произошло, были сделаны наблюдения. на первом охраннике, который связался с введенной пчелой. Из каждой группы из четырех человек охлажденных пчел, полученных от входа в экспериментальный улей, две введены обратно в свой улей (товарищи по гнезду) и один в другой два улья (не гнездящиеся товарищи).Мы повторили процедуру с двумя другими экспериментальные ульи, и это составляло цикл интродукций. Другой для каждого улья использовались флаконы, чтобы исключить возможность несоответствующего запах колоний передается пчелам через флаконы.

Предварительные исследования показали, что повторные интродукции предупреждали улей и увеличилась интенсивность охраны. Точно так же Батлер и Фри (1952) обнаружили, что охрана интенсивность увеличивалась, если они вводили более примерно 50 пчелы, не являющиеся спарившимися в гнездах.Чтобы это не повлияло на наши результаты, мы разрешили 1 час между двумя раундами знакомства. В течение 1 дня пять раундов были введены, в общей сложности, 10 товарищей по гнезду и не спарившихся по гнезду. интродукции на улей в день. Это мало по сравнению с вероятным темпы естественного вторжения (рис. 1c) и экспериментальным уровням, которые, как было установлено, увеличивают защиту (Батлер и Фри, 1952). В данные собирались каждый второй день исследования, за исключением последних 7 дней. дней, когда данные собирались ежедневно.

Хотя при изучении узнавание (Gamboa et al., 1991), было невозможно принять такую ​​процедуру, потому что один человек (S.G.D.) провел этот эксперимент. Однако из-за того, что был такой большая разница между принятием сопряжения и не сопряжения в начале эксперимента, маловероятно, что результаты были скомпрометированы из-за отсутствия слепая процедура. Кроме того, исследование не было исследование распознавания гнездового товарища, которое было ранее изучено (Breed, 1983, 1987; Breed et al.1985, 1988; Даунс и Ратниекс, 1999), и поэтому отсутствие слепого тестирования в отношении принадлежности работника не является проблема. Условия нектара могли повлиять на сбор данных. Мы были, однако, не обращая внимания на наличие нектара (потому что мы взвешивали ульи день после сбора данных приемки) и нектарную нагрузку внесенного рабочий.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Наличие нектара

В феврале (40-60 дни) условия для нектара были плохими, и ульи похудели. (Рисунок 1а).Условия улучшилось, и колонии начали немного набирать вес (около 1 кг в день) в в начале марта (62-72 дни), со временем став настолько хорош, что в 73-78 дни колонии прибавляли примерно 2-3 кг в день. Внезапно вес увеличивается, что произошли в дни 50, 54 и 70 были вызваны ночным дождем, пропитавшим ульи, а не сбор нектара. Изменения веса улья отражаются данные питателя сахарозы (рис. 1б). Первоначально (дни 40-46) пчел собирали из всех растворов. предоставлена.Однако по мере улучшения условий пчелы последовательно игнорировали более разбавленные растворы, пока, в конечном итоге, к 73 дню они не соберут только 2 M сахароза. Эти изменения хорошо коррелируют со случайным наблюдением за цветением цитрусовых. Деревья не цвели с начала до середины февраля, а к с начала до середины марта.

Количественная оценка интенсивности охраны и взлома

Охрана снизилась на обеих пасеках (пчелиный домик: r ² =.65, df = 1,18, p <0,001; Красный холм: r ² = 0,96, df = 1,20, p <0,001) во время исследования (Рисунок 1c). Колонии на На пасеке Ред-Хилл охранников было значительно больше, чем на пчелином домике. пасека (ANCOVA: F = 12.91, df = 1,39, p <.001), хотя к 72 дню они оба отказались набрать примерно трех охранников. на обеих пасеках (Bee House: r ² =.75, df = 1,18, p <0,001; Красный холм: r ² = 0,75, df = 1,20, p <0,001) до тех пор, пока на 70-й день не наблюдалось нулевых боев. (Рисунок 1c). Боевые действия интенсивность была выше в Red Hill, чем в Bee House, вероятно, из-за более высокая плотность колоний на Ред-Хилл (ANCOVA: F = 6,04, df = 1,39, p = 0,018). Первоначально уровни защиты и боя были намного ниже на Пчелиный домик и увеличивался в течение первых 6 дней исследования, а затем постепенно снижается.Для сравнения, у Red Hill не было периода первоначального роста. но вместо этого отказался с самого начала.

Приемочное поведение охранников

Прием товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся членами гнезда, значительно увеличился во время исследование (принятие товарищей по гнезду: r ² = 0,82, df = 1, 16, p <0,001; товарищи, не являющиеся членами гнезда: r ² = 0,96, df = 1, 16 , p <.001; рисунок 1г). В начале исследования (47-й день) 80% интродуцированного гнезда самок, но только 25% введенных товарищей, не являющихся гнездом, были приняты охраной.Принятие товарищей по гнезду и не спарившихся по гнезду затем увеличивалось и сходилось так, что день 75 были приняты все введенные и не являющиеся товарищами по гнезду. Несмотря на конвергенция принятия товарищей по гнезду и без спаривания, принятие товарища по гнезду была значительно выше, чем прием не-спарившихся в гнездо (ANCOVA: F = 61,6, df = 1, 33, p <0,001).

ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе исследования доступность нектара изменилась с крайней нехватки на численность, о чем свидетельствуют данные по весу улья и сбору сиропа.в период нехватки нектара (дни 40-60), интенсивность грабежа была максимальной в обе пасеки, о чем свидетельствует количество драк, наблюдаемых у входа в улей (Рисунок 1c). С 60 дня затем начали цвести цитрусовые деревья, и количество драк уменьшилось, в конечном итоге достигнув нуля к 72-му дню (13 марта). Нулевой бой совпадает с высокий прирост массы улья (примерно 2-3 кг в день) и предполагает, что когда в изобилии нектаром пчелы не пытаются отобрать мед у сородичей.Предположительно это связано с тем, что в таком случае грабить менее выгодно, чем собирать нектар из цветов. Еще больше драк наблюдались на пасеке Red Hill (Рисунок 1c). Это было как предсказано, учитывая, что ульи Red Hill были и более многочисленными, и более близкими вместе, чем на пасеке Bee House. Разница была особенно очевидной в начале эксперимента, дни 40-50 (с 9 по 19 февраля), когда большая разница в количестве боев. Вероятно, это произошло потому, что потенциал пчелам-грабителям понадобилось несколько дней, чтобы обнаружить относительно изолированный пчелиный домик. ульев после того, как их перевели на пасеку на 37-е сутки.

Интенсивность охраны снизилась на обеих пасеках во время исследования (Рисунок 1c). В начале февраля уровни охраны были самыми высокими и совпадали с периодом наиболее интенсивных боевые действия (рисунок 1c). Охрана снизился с пика примерно 30 охранников на вход на 46-й день до низкий уровень — 3 охранника на вход на 73-й день. потому что колониям нужно было меньше охранников, чтобы защитить свой вход при попытке грабежи стали реже.Хотя грабежи, видимо, прекратились днем 72, о чем свидетельствует отсутствие боев, охрана все еще сохранялась на низком уровне. уровень. Охрана, вероятно, не снизилась до нуля, потому что медоносные пчелы страдают ограбление и причинение вреда со стороны других видов и должны сохранять бдительность в отношении таких угроз (Сили, 1985). Снижение в охране и боевых действиях сильно коррелировали (Bee House: R ² = 0,69, df = 1, 78, p <0,001; Red Hill: R ² =.80, df = 1, 86, p <0,001; Рисунок 2) и не различались значительно между двумя пасеками (ANCOVA: F = 2,02, df = 1, 165, p > 0,05), хотя грабеж и охрана, как правило, были выше в Красный холм (рис. 1c). Объединение данные с обеих пасек, общая регрессионная связь была количеством охранников = 5,1 + 8,9 (количество боев) (т.е. соотношение примерно 9: 1, охранников к дракам) (Рисунок 2). Хорошая подгонка линейной модели к этим данным в широком диапазоне чисел охраны и драк, а также две пасеки предполагают, что в колониях есть обобщенная охранная реакция на ограбление.Наши данные являются наблюдательными, поэтому не может показать причину и следствие. Однако Батлер и Фри (1952) обнаружили, что уровни защиты может быть повышен путем введения товарищей, не являющихся гнездовыми, ко входу в улей, предполагая, что колонии регулируют количество охранников в ответ на ограбление и вторжение. В качестве альтернативы, если частота вторжений остается постоянной, но количество охранников уменьшилось, мы бы все равно наблюдали спад боевых действий просто потому, что все больше злоумышленников уклонялись от обнаружения охранниками.Однако это маловероятно, потому что хорошо известно, что ограбление происходит только в периоды недостатка нектара (Батлер, 1954; Уинстон, 1987), и поэтому уровень ограблений почти наверняка снизился. во время учебы. Поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы показать, охрана регулируется интенсивностью злоумышленника адаптивно.

Рисунок 2

Взаимосвязь между количеством охранников и количеством наблюдаемых боев на входе восемь ульев, по четыре на каждой пасеке ( n = 168).Линия регрессии объединяет все данные. Уравнение строки: количество охранников = 5,1 + 8,9 (количество боев).

Рисунок 2

Взаимосвязь между количеством охранников и количеством наблюдаемых боев на входе восемь ульев, по четыре на каждой пасеке ( n = 168). Линия регрессии объединяет все данные. Уравнение строки: количество охранников = 5,1 + 8,9 (количество боев).

Вместо того, чтобы регулировать количество охранников, почему бы не регулировать пчелиные семьи? просто иметь постоянное и большое количество охранников? Ответ, наверное, потому что условия нектара меняются в течение года, что приводит к постоянному колеблющаяся угроза ограбления.Обычно год состоит из нескольких эфемерных потоки нектара, продолжающиеся от нескольких дней до 2 недель, перемежающиеся между менструациями скромного обилия нектара и недостатка (Сили, 1995). Колонии поиск пищи в эти периоды изобилия часто может определять, будет ли улей переживает зиму, для чего требуется примерно 20 кг меда. необходимо (Seeley, 1995), поэтому колонии должны максимизировать добычу корма во время потоков нектара. Выбор будет поэтому предпочтение отдается адаптивному отклику, а не фиксированному уровню защиты, потому что он позволит колониям распределять рабочую силу более подходящим для условия.

В дополнение к обсуждению изменений в охране и боевых действиях на уровне колонии выше, также произошло резкое изменение приемочного поведения индивидуальная охрана. В начале исследования (47-й день) охранники были непримиримые в своем поведении, отвергая почти все, что не является гнездом товарищи (около 75%) и значительная часть товарищей по гнезду (около 20%; рис. 1d). Как нектар доступность увеличилась, охранники постепенно стали более снисходительными, пока днем 76, все пчелы, как товарищи по гнезду, так и не находящиеся в гнезде, были приняты — стратегия принятия всех (Рив, 1989).Рисунок 3 показывает, что все три колонии продемонстрировали в целом одинаковую приемлемость. пороговые сдвиги, хотя были небольшие различия. Например, колония B, как правило, был менее снисходительным в любой конкретный день (например, на 49-й день отказ от не гнездящихся товарищей было 20% против 50% в двух других колониях). Кажется, что колония B отставала от других колоний в постепенном ослаблении своего порог принятия, наконец достигнув принятия — все на 4 дня позже, чем другие колонии.Колония C немного отличается от двух других ульев, потому что любой данный сдвиг в принятии товарищей по гнезду имеет больший эффект на не спарившихся по гнезду принятие, что видно по большему градиенту на Рисунке 4 (у A и B одинаковые, меньшие градиенты). Чтобы сравнить эти незначительные различия, мы построили график соседа по гнезду. принятие против принятия не-сподвижников для каждой колонии и проверил это статистически (рисунок 4). Там не было значимой разницы между колониями (ANCOVA: F = 2.52, df = 1, 50, p > 0,05). Сходство в образце наиболее явно может быть видно при визуальном сравнении дней 57, 63 и 57 для ульев A, B и C. дней все три колонии достигли точки, когда они приняли все гнезда товарищей и принимал не менее 60% товарищей, не являющихся гнездовьями. Используя средства для Принятие сопряженного и не сопряженного с гнездом дает наклон по уравнению: % принятия не-соплеменником гнезда = 0,69 + 0,35 · (% принятия сопряженным гнездом). В Другими словами, увеличение количества принимаемых товарищей по гнезду на 10% приводит к увеличению на 35%. в принятии не-товарищей по гнезду.

Рисунок 3

Изменение в приеме товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся членами гнезда, охранниками для каждая из трех семей, изученных на пасеке Red Hill.

Рисунок 3

Изменение в приеме товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся членами гнезда, охранниками для каждая из трех семей, изученных на пасеке Red Hill.

Рисунок 4

Взаимосвязь между принятием товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся членами гнезда, охранники в трех изученных ульях и среднее значение для трех ульев.Каждая строка — это регрессия для одного улья с использованием данных из рисунка 1d. Уравнение регрессии для среднего:% принятия товарищей, не являющихся гнездом, = 0,69 + 0,35 (% товарищей по гнезду принятие).

Рисунок 4

Взаимосвязь между принятием товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся членами гнезда, охранники в трех изученных ульях и среднее значение для трех ульев. Каждая строка — это регрессия для одного улья с использованием данных из рисунка 1d. Уравнение регрессии для среднего:% принятия сопряжения, не являющегося гнездом, = 0.69 + 0,35 (% товарищей по гнезду принятие).

Приемочные данные соответствуют смещению, а не фиксированному порог приема. Первоначально порог совершенно недопустим, когда есть ограбление высокой интенсивности. Это как и предсказывалось (Рив, 1989) и адаптивен в том, что он обеспечивает высокий уровень отказа от спаривания в гнезде в периоды, когда Ошибки приёма обходятся дорого, и вторжение сторонних разработчиков является частым явлением. В частота вторжений и стоимость принятия товарищей, не являющихся членами гнезда, затем снижаются, позволяя порогу постепенно становиться более снисходительным, пока к концу это было полностью разрешающим (рис. 5а).Accept-all происходит в то время, когда нет боевых действий и нектара очень много (сравните рис. 1c с 1d), и поэтому колония не подвергается эксплуатации. Отсутствие грабежа говорит о том, что accept-all бесплатен с точки зрения поощрения грабежа. Это также потенциальные эргономические преимущества стратегии принятия всего. В периоды нектара недостатка, собирателям часто не удается найти нектар или, в случае успеха, совершите длительные походы за кормом (Ribbands, 1953).Как результат, задержка их входа в гнездо не сильно повлияет на поиск пищи эффективность. Однако во время течения нектара отсутствие защиты может уменьшить время, необходимое собирателю, чтобы войти в гнездо, тем самым позволяя собирателям сделать больше поездок. Этот аргумент иллюстрируется следующим примером. Если сборщик, в среднем, тратит 100 минут на сбор пищи и разгрузку нектара ( цикла) во время отсутствия и 30 мин в потоке, затем задержка 0,5 мин, вызванная инспекция охраны (Батлер и Фри, 1952) увеличит цикл только на 0.5% во время бездействия, но 1,5% во время потока. Другими словами, защита от задержек для фуражиров более значительна. эргономично затратно во время потока.

Два других исследования также подтверждают изменение порога приемлемости. В В лабораторных опытах было установлено, что осы ( Polistes dominulus ) были более агрессивны по отношению к товарищам, не являющимся членами гнезда, когда присутствовали сигналы, указывающие на они были в своем гнезде (то есть с фрагментом гнезда или товарищем по гнезду) (Starks et al., 1998). Старки и другие.предположить, что принятие осы зависит от контекста, будучи менее разрешено для товарищей, не являющихся членами гнезда, когда гнездо близко и, следовательно, когда затраты на принятие товарищей, не являющихся гнездовыми, высоки. Иноуэ и др. (1999) показали, что регулярно тревожные колонии Melipona panamica , размещенные в наблюдательных ульях увеличивает неприятие стражей внутри гнезда товарищей по гнезду и товарищей, не являющихся членами гнезда. К потревожили ульи, они открыли гнездо и удалили часть обертка вокруг ячеек расплода.Это должно было имитировать естественного врага. атака. Наше исследование является новым в том смысле, что оно впервые подтверждает точку зрения Рива. (1989) предсказания с использованием охранников у фактических входов в гнезда и естественных изменений окружающей среды, влияющих на затраты на прием не-сокамерников и частота злоумышленников. Наше исследование не только подтверждает, что есть сдвиг в принятии, но также допускает траекторию порог приемлемости должен быть нанесен на график (Рисунок 5а).

Хотя это исследование предоставляет данные, которые убедительно подтверждают гипотезу о том, что сходные пороги приемлемости смещаются адаптивно, альтернативная гипотеза не могут быть исключены как часть механизма повышения принятия: Увеличение в принятии может быть из-за сходящихся запахов колоний, а не из-за порог смещения (рис. 5б).Схождение запахов колоний возможно, потому что к концу исследования пчелы из всех колоний питались почти исключительно цитрусовыми. (Из случайного наблюдения за цветом пыльцы, было очевидно, что пчелы добывали пищу из разные виды цветов до цветения цитрусовых). Если запахи приобрели цветы имеют первостепенное значение в запахе колонии, это сделает труднее различать товарищей, не являющихся членами гнезда. На рисунке 5 показано, как оба гипотеза порога приемлемости и гипотеза конвергенции запаха колонии может объяснить наши данные.В период нехватки нектара в начале исследования, товарищи по гнезду и товарищи, не являющиеся гнездом, имели дискретный запах колонии, потому что они добывали пищу в широком диапазоне источников, что приводило к различиям между колонии, что делает сравнительно легким различение не-гнездовых товарищей (Рисунок 5а, б). Из этого идентичная отправная точка, тогда механизмы расходятся. Сосредоточившись в первую очередь на гипотеза конвергенции запахов, можно увидеть, что когда начинается поток нектара, товарищи по гнезду становятся более похожими, и запахи, не связанные с товарищами по гнезду, сходятся (Рисунок 5b).Это означает, что Различить не гнездо-спарившийся теперь труднее, чем в начале учиться. По мере того, как поток цитрусовых усиливается, запах колоний постепенно уменьшается. отчетливые и начинают перекрываться. В конце концов, товарищи по гнезду и товарищи, не входящие в гнездо становятся неразличимыми, и происходит принятие всех (Рисунок 5b).

Таким образом, гипотеза конвергенции запахов может логически объяснить рост принятия, который мы наблюдали, не вызывая каких-либо сдвигов в порог приема.В качестве альтернативы, распределение запаха может остаться постоянным, и вместо этого порог принятия становится более допустимым (Рис. 5а), пока, наконец, порог полностью разрешающий, и происходит принятие всех (5a iii). Наш исследование не может опровергнуть ни одну из гипотез. Однако как предыдущие исследования, так и данные этого исследования показывают, что сходящиеся запахи не могут полностью объяснить повышенное принятие товарищей, не являющихся гнездом. Breed et al. (1988, 1995) показали, что пчелиный воск используется для распознавания колоний у медоносных пчел, и этот сигнал должен быть не зависит от цветочных запахов, приобретенных в окружающей среде.Чтобы проверить эту гипотезу, Bowden et al. (1998) разоблачены рабочих к цветочным маслам и постановке встреч рабочих и охранников. Они обнаружили, что охранники по-разному реагировали на пчел, подвергшихся воздействию цветочные масла, чем неэкспонированные пчелы-охранники. Этот вывод с тех пор был подтвержден. в полевом исследовании Даунса и др. (в пресс), хотя они обнаружили, что обработка цветочным маслом задерживает отказ охранять от товарищей по гнезду, но это не повлияло на общее вероятность принятия охраны.Следовательно, если цветочные масла играют роль в распознавание гнездового товарища, оно кажется второстепенным и вторичным по отношению к сигналам приобрел из гребенчатого воска. Это рассуждение имеет интуитивный смысл, потому что если цветочные ароматы были важны для распознавания товарищей по гнезду, собиратели, которые обнаружил, что новый источник пищи часто будет отвергнут.

Мы также наблюдали небольшие, но быстрые изменения в спаривании и не спаривании. принятие (например, 53-57 и 69-72 дни в колонии B, 57-61 в колонии C; Рисунок 3), и кажется маловероятно, что эти внезапные изменения могли быть вызваны исключительно изменениями в запах колонии, особенно из-за того, что некоторые из них возникали во время течения нектара, когда колонии в основном питались цитрусовыми и должны были иметь похожие цветочные запахи.Кроме того, гипотеза конвергенции запахов не объясняет, почему Принятие товарищей по гнезду началось на промежуточном уровне, а затем выросло во время учиться. Если в колонии были собиратели, посещавшие различные источники цветов (запахов) перед исследованием запах колонии (гештальта) должен был быть одинаковым для всех членов колонии, и принятие товарищей по гнезду должно было быть близко к 100%. Наблюдаемое нами изменение в принятии соплеменников предсказывается модель порога приемлемости, но не по гипотезе конвергенции запахов.Кроме того, прямая проверка гипотезы конвергенции запахов у медоносной пчелы показали, что у сторожевых пчел не было более высокой вероятности принятия негнездовых товарищи из колоний, которым давали сироп с таким же запахом, по сравнению с различный запах (Даунс и др., неопубликованные данные).

Таким образом, наши данные строго подтверждают гипотезу о том, что адаптивный сдвиг в порогах приемки охраны возникли. Однако, чтобы показать, действительно ли такая адаптивный сдвиг был единственной причиной повышенного признания потребовал эксперимент, который может отвергнуть любую гипотезу.Например, запах колонии могут быть искусственно изменены в период относительно постоянного нектара условий, или вторжение не-сокамерников может быть экспериментально увеличено до определить, вызывает ли это быстрые изменения в принятии. Внезапные изменения в принятие в последнем эксперименте отвергло бы конвергенцию запаха гипотезу, потому что запах колонии не может измениться так быстро (Даунс и Ратниекс, неопубликованные данные).

Наше исследование показывает, что колонии медоносных пчел регулируют охрану адаптивный способ реагирования на изменение условий окружающей среды.Предыдущий исследования показали, что у медоносных пчел есть сложные механизмы для регулирование важной деятельности колонии, такой как создание сот, пыльца сбор, сбор воды и сбор нектара (Сили, 1995). Охрана вероятно, еще один аспект общественной жизни, подлежащий тщательному регулированию. Наши данные показать, что изменения в охране влияют на обоих людей (т. е. принятие поведение) и колонии в целом (т. е. количество охранников в улье Вход).Охрана также является аспектом жизни колонии, поддающимся экспериментальному изучению. исследование, что делает регулирование охраны медоносных пчел идеальной системой для дальнейших исследований регуляции активности колоний у насекомых общества.

S.G.D. финансировалось исследованием биотехнологии и биологических наук. Совет PhD, стипендия и грант на поездку. Мы также благодарим Archbold Биологическая станция для оборудования и поддержки, Роджер Морс для своего эксперта Совету, Пол Кэппи по поводу одалживания пчелиных ульев, и рецензентов за их полезные комментарии.

Список литературы

Bourke AFG, Franks NR,

1995

Социальная эволюция у муравьев

Bowden RM, Williamson S, Breed MD,

1998

Насекомые Soc

45

209

MD породы,

1983

Анимационное поведение

31

86

MD породы,

1987

Химия и биология социальные насекомые (Материалы Десятого Международного Конгресса Международный союз по изучению социальных насекомых, Мюнхен, 1986)

461

Breed MD, Butler L, Stiller TM,

1985

Proc Natl Acad Sci USA

82

3058

Breed MD, Гарри М.Ф., Пирс А.Н., Хиббард Б.Э., Бьостад Л.Б., Пейдж-младший RE,

1995

Анимационное поведение

50

489

Breed MD, Williams KR, Fewell JH,

1988

Proc Natl Acad Sci USA

85

8766

Батлер К.Г.,

1954

Мир Пчела

Butler CG, Free JB,

1952

Поведение

4

263

Crozier RH, Pamilo P,

1996

Эволюция социальных Колонии насекомых: определение пола и родство

Даунс SG, Ратниекс FLW,

1999

Анимационное поведение

58

643

Downs SG, Ratnieks FLW, Jefferies SL, Rigby HE, в печати. Роль цветочных масел в системе распознавания сплоченных пчел ( Apis mellifera L).

Apidologie

Driessen GJJ, Van Raalte AT, De Bruyn GJ,

1984

Экология

63

13

Free JB,

1954

Поведение

7

233

Free JB,

1977

Социальная организация меда пчелы

Гамбоа Г.Дж., Рив Г.К., Холмс В.Г.,

1991

Этология

88

109

Getz WM,

1981

J Теор Биол

92

209

Getz WM,

1982

J Теор Биол

99

585

Getz WM,

1991

Распознавание рода

Hölldobler B,

1981

Behav Ecol Социобиол

9

301

Hölldobler B, Wilson EO,

1978

Behav Ecol Sociobiol

3

19

Hölldobler B, Wilson EO,

1990

Муравьи

Иноуэ Т., Рубик Д.В., Сука Т.,

1999

Насекомые Soc

46

208

Kalmus H, Ribbands CR,

1952

Proc R Soc Lond В

140

50

Kasuya E, Hibino Y, Itô Y,

1980

Res Popul Экол

22

255

Лейси Р.С., Шерман П.В.,

1983

Am Nat

116

489

Линдауэр М.,

1961

Общение среди социальных пчелы

Ратниекс FLW,

1991

Am Nat

137

202

Ratnieks FLW, Reeve HK,

1992

Дж Теор Биол

158

33

Рив HK,

1989

Am Nat

133

407

Ленты CR,

1953

Поведение и социальные жизнь пчел

Салех-Мгир, Э.

1992

Compt Rend Acad Sci Париж

315

343

Сили ТД,

1985

Экология пчел

Сили ТД,

1995

Мудрость улей

Шерман П.В., Рив Х.К., Пфенниг Д.В.,

1997

Поведенческая экология

69

Старкс П. Т., Фишер Д. Д., Уотсон Р. Э., Меликиан Л., Нат С. Д.,

1998

Анимационное поведение

56

449

Visscher PK,

1983

Аним Поведение

31

1070

фон Фриш К.,

1967

Танцевальный язык и Ориентация пчел

Уилсон Е.О.,

1971

Общества насекомых

Winston ML,

1987

Биология меда Пчела

Международное общество поведения Экология

Потребительское поведение молодого поколения Словакии в отношении меда, обогащенного какао

Али, Ф., Раннех, Ю., Исмаил, А., Эса, Н. М. 2015. Идентификация фенольных соединений в богатом полифенолами экстракте малазийского какао-порошка с использованием HPLC-UV-ESI-MS / MS и запрещающих антиоксидантных свойств. Журнал пищевой науки и технологий, вып. 52, стр. 2103-2111.https://doi.org/10.1007/s13197-013-1187-4

Аль-Мамари, М., Аль-Мери, А., Аль-Хабори, М. 2002. Антиоксидантная активность и общие фенольные соединения различных видов меда. Исследования питания, т. 22, нет. 9, стр. 1041-1047. https://doi.org/10.1016/S0271-5317(02)00406-2

Андрес-Лакуева, К., Монагас, М., Хан, Н., Искьердо-Пулидо, М., Урпи-Сарда, М., Перманьер, Дж., Ламуэла-Равентос, Р.М. 2008. Содержание флаванолов и флавонолов в какао порошковые изделия: влияние производственного процесса.Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, вып. 58, стр. 3111-3117. https://doi.org/10.1021/jf0728754

Араухо, К. Р. Д., Гаттвард, Дж. Н., Алмосави, С., Парада Коста Силва, М. Г. С., Дантас, П. А. Д. С., Араухо Джуниор, К. Р. Д. 2013. Какао и здоровье человека: от головы до ног — Обзор. Критические обзоры в пищевой науке и питании, т. 56, нет. 1, стр. 1-12. https://doi.org/10.1080/10408398.2012.657921

Аюб, Х., Зейн, С., Макави, А., Гадкарием, Э., Мохамед, С. 2009. Определение антиоксидантных флавоноидов в образцах суданского меда твердофазной экстракцией и высокоэффективной жидкостной хроматографией. Европейский журнал химии, т. 6, стр. 429-437. https://doi.org/10.1155/2009/382504

Bauer, D., Pimentel de Abreu, J., Oliviera, HSS, Goes-Neto, A., Koblitz, MGB, Teodoro, AJ 2016. Антиоксидантная активность и цитотоксический эффект какао-бобов при различных условиях обработки при карциноме легких человека клетки.Окислительная медицина и клеточное долголетие, т. 2016. с. 1-11. https://doi.org/10.1155/2016/7428515

Bittsánszky, A., Tóth, A.J., Illés, Cs. Б., Дунай, А. 2015. Знания и практика в процессах обеспечения безопасности пищевых продуктов: тематическое исследование венгерского школьного питания. Международный журнал инноваций и обучения, вып. 18, нет. 3, стр. 380-396. https://doi.org/10.1504/IJIL.2015.071554

Четкович, Г., Чанаданович-Брюнет, Й., Вулич, Й., Джилас, С., Тумбас Шапоняц, В.2014. Антиоксидантные и сенсорные свойства липового меда с курагой. Химия и биоразнообразие, т. 11, вып. 11, стр. 1861-1870 гг. https://doi.org/10.1002/cbdv.201400028

Farmakopea Polska, 1999. Польское фармацевтическое общество [онлайн] s.a. [cit.2018-11-25] Доступно по адресу: http://www.ptfarm.pl/?pid=1&language=en.

Гашич, У., Кецес, С., Дабич, Д., Трифкович, Й., Милойкович-Опсеница, Д., Натич, М., Тешич, З. 2014. Фенольный профиль и антиоксидантная активность сербского полифлорного меда.Пищевая химия, т. 145, стр. 599-607. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2013.08.088

Годочикова, Л., Иванишова, Э., Арвей, Й., Петрова, Й., Качаниова, М. 2016. Сравнение биологической активности шоколадных конфет, изготовленных с помощью различных технологических процессов. Потравинарство, т. 10, вып. 1, стр. 316-322. https://doi.org/10.5219/628

Гузий, С., Шедик, П., Горска, Е. 2017. Сравнительное исследование потребления меда в Словакии и России. Potravinarstvo Словацкий журнал пищевых наук, т.11, вып. 1, стр. 472-479. https://doi.org/10.5219/784

Hazuchová, N., Nagyová,., Stávková, J., Chytil, O., Košičiarová, I. 2018. Анализ внимания этикеток для банок с медом с использованием техники отслеживания взгляда. Potravinarstvo Словацкий журнал пищевых наук, т. 12, вып. 1, стр. 815-823. https://doi.org/10.5219/1005

Джафар, К., Хайдар, Дж., Курайдия, С., Гаддар, Т., Книо, К., Исмаил, Б., Туфейли, И. 2017. Физико-химические, мелиссопалинологические и антиоксидантные свойства кустарного меда из Ливана.Журнал пищевой науки и технологий, вып. 54, нет. 8, стр. 2296-2305. https://doi.org/10.1007/s13197-017-2667-8

Kačániová, M., Horská, E., Haščík, P., Felšöciová, S., 2015. Использование антимикробных свойств продуктов пчеловодства против выбранных видов микроорганизмов (Využitie antimikrobiálnych vlastností včelích produktov protiruhöciomovýmovik). 1-е изд. Нитра, Словакия: Словацкий сельскохозяйственный университет в Нитре. 116 с. ISBN 978-80-552-1365-1. (На словацком)

Ковальский, С., Макаревич, М. 2017. Функциональные свойства меда с добавлением перги и прополиса. Исследование природных продуктов, т. 31, нет. 22, стр. 2680-2683, https://doi.org/10.1080/14786419.2017.1286481

Козелова, Д., Матейкова, Э., Фикселова, М., Деканьева, Дж. 2014. Анализ поведения потребителей при покупке шоколада. Потравинарство, т. 8, вып. 1, стр. 62-66, https://doi.org/10.5219/325

Лапчик, Л., Лапчикова, Б., Жижкова, Х., Пенг, Л., Войтекова, В.2017. Влияние содержания какао-жира на смачивание и поверхностную энергию шоколада. Potravinarstvo Словацкий журнал пищевых наук, т. 11, вып. 1, 2017, стр. 410-416. https://doi.org/10.5219/732

Лусби, П. Э., Кумбс, А. Л., Уилкинсон, Дж. М. 2005. Бактерицидная активность различных видов меда против патогенных бактерий. Архив медицинских исследований, т. 36, нет. 5, стр. 464-467. https://doi.org/10.1016/j.arcmed.2005.03.038

Озкёк, А., Дарси, Б., Соркун, К.2010. Общее содержание фенольной кислоты и общее содержание флавоноидов в меде из турецкой сосны. Журнал ApiProduct и ApiMedical Science, вып. 2, стр. 65-71. Https://doi.org/10.3896/IBRA.4.02.2.01

Pyrzynska, K .; Биесага, М. 2009. Анализ фенольных кислот и флавоноидов в меде. Тенденции аналитической химии, т. 28, вып. 79, стр. 893-902. https://doi.org/10.1016/j.trac.2009.03.015

Санчес-Морено, К., Ларраури, А., Саура-Каликсто, Ф. 1998. Процедура измерения антиоксидантной эффективности полифенолов.Журнал науки и сельского хозяйства, вып. 76, нет. 2, стр. 270-276. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(199802)76:2<270::AID-JSFA945>3.0.CO;2-9

Синглтон, В. Л., Росси, Дж. А. 1965. Колориметрия общих фенольных соединений с реагентами фосфорно-молибденовой и фосфорновольфрамовой кислот. Американский журнал энологии и сельского хозяйства, вып. 16, стр. 144-158.

Шедик, П., Клязовицка, В., Горска, Э., Качаниова, М. 2018a. Сенсорная оценка меда среди возрастных категорий потребителей в Словакии.Potravinarstvo Словацкий журнал пищевых наук, т. 12, вып. 1, стр. 673-679 https://doi.org/10.5219/938

Шедик, П., Загула, Г., Иванишова, Э., Клязовицка, В., Горска, Э., Качаниова, М. 2018b. Маркетинг питания меда: химический, микробиологический, антиоксидантный и антимикробный профиль. Potravinarstvo Словацкий журнал пищевых наук, т. 12, вып. 1, стр. 767-774. https://doi.org/10.5219/988

Тодорович, В., Миленкович, М., Видович, Б., Тодорович, З., Sobajic, S. 2017. Корреляция между антимикробной, антиоксидантной активностью и полифенолами подщелачиваемых / нещелоченных какао-порошков. Journal of Food Science, vol. 82, нет. 4, стр. 1020-1027. https://doi.org/10.1111/1750-3841.13672

Тумбас, В. Т., Вулич, Дж. Дж., Канаданович-Брюне, Дж. М., Джилас, С. М., Цеткович, Г. С., Стайчич, С., 2012. Антиоксидантные и сенсорные свойства акациевого меда с добавлением чернослива. Acta Periodica Technologica, т. 43, стр. 293-304. https: // doi.org / 10.2298 / APT1243293T

Вулич, Й., Канаданович-Брюнет, Й., Цеткович, Г., Джилас, С., Тумбас Шапоняц, В., Стайчич, С. 2015. Полифлорный, липовый и акациевый мед с сушеной вишней после трех месяцев хранения — Антиоксидантная и сенсорная оценка. Acta Periodica Technologica, т. 46. ​​с. 103-114. https://doi.org/10.2298/APT1546103V

Wen, YQ, Zhang, J., Li, Y., Chen, L., Zhao, W., Zhou, J., Jin, Y. 2017. Характеристика китайского однотонного меда на основе содержания пролина и фенолов как маркеров ботаническое происхождение, с использованием многомерного анализа.Молекулы, т. 22, нет. 5, стр. 2-13. https://doi.org/10.3390/molecules22050735

Вестон Р. Дж. 2000. Вклад каталазы и других натуральных продуктов в антибактериальную активность меда: обзор. Пищевая химия, т. 71, нет. 2, стр. 235-239. https://doi.org/10.1016/S0308-8146(00)00162-X

Wilczyńska, A., Newerli-Guz, J., Szweda, P. 2017. Влияние добавления отдельных специй на сенсорное качество и биологическую активность меда.