Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1568
Main Title: Physiologische Grundlagen der Arbeitsteilung bei der Honigbiene (Apis mellifera L.)
Translated Title: Physiological background of division of labour in the honey bee (Apis mellifera L.)
Author(s): Franz, Karoline
Advisor(s): Erber, Joachim
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Aspekte der physiologischen Grundlagen der Arbeitsteilung bei der Honigbiene untersucht. Besondere Beachtung fand dabei die Untersuchung des biogenen Amins Tyramin, welches die gustatorische Empfindlichkeit von Bienen moduliert und dadurch, unter Zugrundelegung der Schwellenhypothese, einen wichtigen Einfluss auf die Arbeitsteilung hat. Mit Hilfe immunhistologischer Färbungen von Gehirnschnitten wurde die Verteilung des biogenen Amins Tyramin sowie des Tyramin-Rezeptors AmTYR1 im Bienengehirn lokalisiert. Die Tyramin-ähnliche Immunreaktion detektierte das Vorkommen von Tyramin in allen Neuropilen des Bienengehirns und des suboesophagealen Ganglions, mit Ausnahme der Antennalloben sowie der Pedunculi und Loben der Pilzkörper. Der AmTYR1-Rezeptor wurde von dem Antikörper in allen Neuropilen des Bienengehirns detektiert. Dabei wurden keine Unterschiede zwischen Pollen- und Nichtpollensammlerinnen, frisch geschlüpften Bienen und Winterbienen festgestellt. Dieser Befund lässt auf eine weit reichende modulatorische Rolle von Tyramin in fast allen Neuropilen des Bienengehirns schließen. Des Weiteren wurde die Rolle von Tyramin bei der Modulation visueller Rezeptorpotentiale mit Hilfe von Elektroretinogrammen untersucht und mit der von Oktopamin verglichen. Sowohl Tyramin als auch Oktopamin verstärkten die Reizantwort visueller Rezeptoren auf monochromatische Lichtreize signifikant sowohl bei Pollen- als auch bei Nichtpollensammlerinnen. Beide biogenen Amine erhöhen also die Empfindlichkeit für visuelle Stimuli auf Rezeptorebene. Es wurde der Effekt einer RNA-Interferenz des Amtyr1-Gens durch Injektion von dsRNA in das Gehirn von frisch geschlüpften Bienen sowie von Winterbienen auf die gustatorische Empfindlichkeit untersucht. Die Injektion von Amtyr1-dsRNA verringerte die gustatorische Empfindlichkeit bei frisch geschlüpften Bienen im Vergleich zu Tieren, denen eine Kontrollsubstanz injiziert worden war. Auf Winterbienen hatte die Injektion jedoch keinen Effekt. In einer quantitativen real-time PCR wurden anschließend die Amtyr1-mRNA-Mengen der frisch geschlüpften Versuchstiere untersucht. Die Amtyr1-mRNA-Mengen von unbehandelten Tieren sowie von Amtyr1-dsRNA-behandelten Tieren waren dabei signifikant geringer als von Tieren, denen eine Kontrollsubstanz injiziert worden war. Schließlich wurde in verhaltenspharmakologischen Experimenten die modulatorische Rolle von Tyramin und Oktopamin auf die lokomotorische und phototaktische Aktivität von Sammlerinnen untersucht. Weder Tyramin noch Oktopamin zeigten dabei einen modulatorischen Einfluss auf die untersuchten Verhaltensparameter. Außerdem wurde untersucht, inwieweit sich Pollen- und Nichtpollensammlerinnen bezüglich dieser Verhaltensparameter voneinander unterscheiden. Pollensammlerinnen zeigten eine signifikant größere lokomotorische Aktivität als Nichtpollensammlerinnen. Dieser Unterschied war unabhängig von den gustatorischen Empfindlichkeiten der Versuchstiere. Dagegen wurde kein Unterschied in der phototaktischen Aktivität zwischen Pollen- und Nichtpollensammlerinnen festegestellt. Die Ergebnisse der immunhistologischen Präparationen sowie der elektrophysiologischen Ableitungen zeigen, dass Tyramin eine wichtige modulatorische Funktion im Gehirn der Honigbiene zukommt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Rolle von Tyramin dabei insbesondere bei der Modulation olfaktorischer Reizinformation von der des strukturell sehr nahe verwandten Oktopamin unterscheiden könnte. Die Ergebnisse der verhaltensphysiologischen Untersuchungen zeigen erstmals, dass von der Gustatorik unabhängige Unterschiede zwischen verschiedenen Sammlertypen bestehen. Sie deuten weiterhin darauf hin, dass die Empfindlichkeiten für verschiedene sensorische Modalitäten sowie die lokomotorische Aktivität unabhängig voneinander reguliert werden, was die Bedeutung der Schwellenhypothese für die Arbeitsteilung der Honigbiene stützt.
In this study, different aspects of the physiological background of division of labour in honey bees were examinated with special emphasis on the biogenic amine tyramine. Tyramine modulates the gustatory responsiveness of honey bees and thereby has an important impact on division of labour according to the threshold hypothesis. By means of immunohistological staining of brain slices the occurrence of tyramine and of the tyramine-receptor AmTYR1 was localized in the honey bee brain. Tyramine-like immunoreactivity was detected in all neuropils of the brain and the subesophageal ganglion except for the antennal lobes and the pedunculi and lobes of the mushroom bodies. AmTYR1-like immunoreactivity was detected in all neuropils of the brain. No difference between pollen foragers and non-pollen foragers or between newly emerged bees and winter bees was detected with respect to immunohistological staining. These results suggest a modulatory role of tyramine in almost all neuropils of the bee brain. The role of tyramine in the modulation of visual receptor potentials was studied by means of electrophysiological recordings of the retinae (electroretinogram) and compared to the role of octopamine. Both tyramine and octopamine significantly increased the responses of visual receptors to monochromatic light stimuli. This was observed in pollen foragers and in non-pollen foragers. Furthermore, the effect of RNA-interference of the Amtyr1-gene on the gustatory responsiveness of newly emerged bees and of winter bees was tested by injecting Amtyr1-dsRNA into the brain of the animals. The injection of Amtyr1-dsRNA significantly decreased the gustatory responsiveness of newly emerged bees compared to bees whose brains were injected with a control substance. There was no effect of a dsRNA-injection in winter bees. The Amtyr1-mRNA-level of untreated animals and of Amtyr1-dsRNA-injected animals was significantly higher than that of animals which received a control substance. Finally, in behavioural pharmacological experiments the modulatory role of tyramine and octopamine in the motor and phototactic activities of honey bee foragers was tested. Neither the injection of tyramine nor that of octopamine had a modulatory influence on the behaviours studied. It was also tested whether there are differences in their motor activity or phototactic behaviour between pollen foragers and non-pollen foragers. Pollen foragers displayed a significantly higher motor activity than non-pollen foragers, independent of their gustatory responsiveness. There were no differences between these two foraging groups in their phototactic behaviour. The results of the immunohistological preparations and of the electrophysiological recordings demonstrate an important modulatory function of tyramine in the honey bee brain. The results suggest a different role of tyramine than of octopamine in the modulation of the processing of olfactory stimuli. The results of the behavioural physiological experiments show for the first time differences between individuals with different foraging roles that are independent of their gustatory responsiveness. The behavioural results suggest furthermore that the sensitivities for different sensory modalities and/or the motor activity are regulated independently of each other, supporting the threshold hypothesis in honey bee division of labour.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-15336
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1865
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1568
Exam Date: 18-Jan-2007
Issue Date: 13-Apr-2007
Date Available: 13-Apr-2007
DDC Class: 590 Tiere (Zoologie)
Subject(s): Immunhistologie
Insekt
Oktopamin
Schwellenhypothese
Tyramin
Immunohistology
Insect
Octopamine
Threshold hypothesis
Tyramine
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