Abstract
Competição actua como uma força maior na formação espacial e/ou temporal da actividade forrageira das colónias de formigas. A competição de interferência entre colónias em particular é generalizada nas formigas, onde pode impedir o acesso físico dos competidores a um recurso, quer directamente através da luta ou indirectamente, através da segregação das áreas de forrageamento das colónias. Embora as consequências da competição de interferência na distribuição de formigas tenham sido bem estudadas na literatura, os mecanismos comportamentais subjacentes à competição de interferência têm sido menos explorados. Pouco se sabe sobre como as formigas modificam seus padrões de exploração ou a escolha de um local de alimentação após experimentarem encontros agressivos. Neste artigo, mostramos que, a nível individual, a formiga Lasius niger reage à presença de um conspecífico alienígena através do comportamento agressivo directo e do recrutamento local nas imediações das lutas. A nível da colónia, contudo, não é desencadeado nenhum recrutamento defensivo e a área “de risco” onde ocorrem encontros agressivos não é especificamente evitada durante a exploração posterior ou exploração alimentar. Discutimos como as diferenças entre espécies na sensibilidade à competição de interferência poderiam estar relacionadas com a previsibilidade espacial e temporal dos recursos alimentares em jogo.
1. Introdução
Competição é geralmente considerada como o principal padrão de estruturação de forças de distribuição e abundância em comunidades de formigas . Tanto a competição por exploração como a competição por interferência podem ser encontradas nas formigas. A competição por exploração é definida como a capacidade de uma espécie, um grupo ou um indivíduo de encontrar e explorar rapidamente um recurso potencialmente limitado, tornando-o assim indisponível aos concorrentes. A competição por interferência, por outro lado, é definida como a capacidade de impedir o acesso físico a um recurso, quer directamente, perturbando ou atacando outros foragidos ou indirectamente, delimitando um território e excluindo os concorrentes de procurarem locais. A concorrência por interferência é particularmente generalizada nas formigas. De facto, muitas espécies de formigas mostram algumas formas de territorialidade , e trabalhadores de uma colónia atacam prontamente intrusos de outras colónias da mesma ou de uma espécie diferente .
O nível de agressão demonstrado durante os encontros de interferência nas formigas pode ser ajustado de acordo com uma variedade de factores, incluindo a espécie a que o concorrente pertence , o grau de familiaridade com o concorrente , e o número de concorrentes, bem como os riscos incorridos em termos de perda de energia/tempo, lesões ou mesmo mortalidade . Além disso, o local onde ocorrem os encontros , o tipo e a qualidade dos recursos em jogo determinam a intensidade das exibições agressivas. Os encontros com intrusos podem dar lugar a ataques imediatos e evidentes, acompanhados ou não da emissão de feromonas de alarme, estímulos vibracionais ou displays motores específicos cujo papel é o de atrair os ninhos próximos para assistência na exclusão dos concorrentes. Em alguns casos, os indivíduos, em vez de atacar, podem recuar e recrutar ninhadas para o local do encontro (Oecophyla ; Pheidole ; Atta ).
A maior escala de tempo, a competição por interferência pode modificar o padrão de exploração dos trabalhadores das formigas que evitam a localização de encontros agressivos . Da mesma forma, as formigas podem ajustar o seu comportamento de recrutamento alimentar de acordo com o risco de lesões ou mortalidade associada a um local de alimentação . No que diz respeito à formiga pulgão Lasius niger, sabe-se que a experiência anterior com alimentos pode influenciar seu comportamento de exploração, mas não se sabe se este comportamento, assim como a dinâmica da exploração alimentar, pode ser afetado pela experiência anterior com concorrentes. Neste artigo estudamos, portanto, a resposta dos trabalhadores Lasius niger à presença de um intruso específico em sua área de origem da colônia. Primeiro, testamos se um recrutamento defensivo é desencadeado durante os encontros heterocoloniais, ou seja, se os trabalhadores que contactam um intruso recrutam ninhos, seja localmente, nas proximidades do confronto ou dentro do ninho, para ajudar a subjugar o intruso. Em segundo lugar, investigamos se as colônias de formigas posteriormente modificam seu comportamento de exploração e exploração alimentar, a fim de evitar os locais em que ocorreram os encontros com um conspecífico alienígena.
2. Material e Métodos
2.1. Espécies Estudadas e Condições de Criação
Experimentos foram realizados em três colônias de Lasius niger coletadas em setembro de 2010 no campus da Universidade de Bruxelas (50,5°N e 4,2°E, Bélgica). Todas as quatro colônias de L. niger coletadas eram sem rainha e continham entre 1.000 e 2.000 trabalhadores com ninhada. As colônias foram colocadas em caixas plásticas cujas paredes foram revestidas com Fluon; aninhadas em tubos de ensaio com um reservatório de água entupido com algodão em uma das extremidades. As formigas também tinham acesso ad libitum aos tubos de ensaio preenchidos com água pura ou sacarose de 0,6 M. Além disso, elas eram alimentadas a cada dois dias com pedaços de larvas de minhocas (Tenebrio molitor). A temperatura na sala experimental foi mantida em torno de 22°C, e a sala foi iluminada de acordo com um regime 12 : 12 L : D.
2.2. Configuração experimental
Durante as experiências, as caixas contendo as colônias foram ligadas por uma ponte em T (largura: 2 cm, comprimento de cada ramo: 10 cm) feita de papelão de espuma a duas áreas de forragem (plataformas quadradas de 6 cm de lado). As áreas de forrageamento foram cercadas por paredes de Plexiglas (altura: 2 cm) revestidas com Fluon para evitar a queda de formigas durante as experiências. A ponte e as áreas de forragem foram cobertas com pedaços de papel branco que podiam ser facilmente substituídos para que as formigas não pudessem usar as marcas químicas deixadas nas experiências anteriores.
2.3. Protocolo Experimental
O experimento foi dividido em quatro fases sucessivas (Figura 2). A primeira fase do experimento durou 15 minutos e consistiu na exploração espontânea da ponte e das plataformas de forragem pelas formigas. Esta fase foi seguida por uma fase de confronto de 30 minutos na qual um trabalhador de uma colónia estrangeira (sempre pertencente à mesma colónia) foi introduzido na plataforma esquerda ou direita (a posição foi alternada entre réplicas). Como para a maioria das espécies de formigas, o reconhecimento dos ninhos em L. niger é baseado em hidrocarbonetos cuticulares, e os trabalhadores geralmente reagem fortemente quando contactam um trabalhador de uma colónia alienígena. No final da fase de confronto, todas as formigas que permaneceram no local foram capturadas com um fórceps e foram colocadas de volta na sua caixa de nidificação. Depois removemos os pedaços de papel que cobriam a ponte, substituímo-los por novos, e prosseguimos com uma nova fase de exploração de 15 minutos. Desta forma, as formigas só podiam confiar na sua memória espacial do local onde encontraram o trabalhador de uma colónia alienígena. A segunda fase de exploração foi seguida por uma fase de exploração alimentar de 30 minutos, na qual uma tampa de garrafa contendo 1 mL de uma solução de sacarose de 0,6 M foi colocada no meio de cada plataforma de forragem. Todas as fases do experimento foram registradas com uma filmadora Panasonic WV-BP250 colocada centralmente acima da ponte, no nível da bifurcação que leva às duas áreas. As colônias ficaram famintas por dois dias antes do início de cada experimento. Os pedaços de papel que cobriam a ponte não foram trocados entre as diferentes fases de uma experiência. Os trabalhadores ambulantes de L. niger marcaram passivamente o alcance da sua colónia, colocando compostos cuticulares a partir de pegadas durante a exploração. A ponte podia assim ser marcada durante a fase de exploração. Tal marcação de área é conhecida por potenciar o ataque de conspecíficos de outras colónias por trabalhadores residentes. Os pedaços de papel branco, no entanto, foram alterados entre experiências para que as formigas não pudessem ser influenciadas na sua escolha de um ramo por qualquer odor deixado durante as experiências anteriores. Três colónias foram testadas e sete réplicas da experiência foram feitas para cada colónia.
2.4. Aquisição de Dados e Análise Estatística
Contamos o fluxo de formigas viajando para as áreas de forrageamento em cada ramo da ponte para cada minuto das quatro fases do experimento. Além disso, contamos o número de formigas em cada área de forragem para todas as fases do experimento a cada 3 minutos.
Para estudar o efeito do nosso procedimento experimental no fluxo de formigas na ponte sobre as quatro fases do experimento, usamos um Modelo Misto Linear Generalizado (GLMM), com o fluxo médio de formigas por minuto ao longo da duração de cada fase experimental como variável de resposta e a fase experimental como fator fixo. A variação entre colônias nas diferentes fases do experimento e a variação entre réplicas dentro das colônias no fluxo das formigas na ponte foram contabilizadas considerando as colônias e as réplicas aninhadas dentro das colônias como fatores de efeito aleatório, respectivamente. Utilizamos contraste de tratamento para comparar o fluxo de formigas observado durante a primeira fase de exploração com aqueles observados durante as três outras fases do experimento. O modelo estatístico foi ajustado com o método de quase-probabilidade penalizado usando a função glmmPQL do pacote MASS R com um erro de distribuição gama.
Para testar se as formigas tinham preferência significativa por um dos dois ramos da ponte, usamos um teste binomial sobre o fluxo acumulado de formigas em cada ramo (probabilidade esperada = 0,5) para cada réplica do experimento. Para comparar a escolha das formigas nas diferentes fases do experimento, calculamos para cada fase o número de réplicas em que uma determinada porcentagem do fluxo total de formigas foi observada no galho da ponte que conduz à plataforma onde a formiga alienígena foi introduzida na fase de confronto. Um teste de heterogeneidade foi então utilizado para comparar as distribuições. Finalmente, examinamos o sinal da mudança na proporção do fluxo total de formigas que saem do ninho em direção à plataforma de risco após a exposição a um trabalhador alienígena. Para isso, usamos o teste de emparelhamento de um estudante para comparar, dentro de cada réplica do experimento, a proporção de formigas escolhendo o ramo “de risco” (levando à plataforma onde o trabalhador estrangeiro foi introduzido na fase de confronto) entre a primeira fase de exploração e as outras fases do experimento.
Todas as análises estatísticas foram executadas com R versão 2.13.0 (R Foundation for Statistical Computing, Viena, Áustria, http://www.r-project.org/).
3. Resultados
Houve um efeito tanto da fase da experiência como da colónia no nível de actividade das colónias. O fluxo médio de formigas por minuto à saída do ninho foi de facto diferente entre as quatro diferentes fases da experiência (Figura 1): o fluxo observado durante a primeira fase de exploração foi significativamente superior ao observado durante a fase de confronto (, , , ), mas não significativamente diferente do observado durante a segunda fase de exploração (, , ) ou da fase de exploração alimentar (t = 0,377, , ). A variação entre colônias nas diferentes fases da experiência foi mais de quatro vezes mais importante do que a variação entre réplicas dentro das colônias. Como pode ser visto na Figura 1, o fluxo de formigas observado na colónia 2 foi sempre menor, qualquer que seja a fase, do que nas colónias 1 ou 3.
Fluxo de trabalhadores saindo do ninho por minuto para as diferentes fases da experiência e as diferentes colónias (Exp 1 = primeira fase de exploração, Conf = fase de confronto, Exp 2 = segunda fase de exploração, Expl = fase de exploração de alimentos) e as diferentes colónias (C1, C2, C3). replicadas por colónia.
Fluxo acumulado de formigas que saem do ninho e em cada ramo da ponte em função do tempo (média + SE para o fluxo que sai do ninho e o ramo onde o trabalhador estrangeiro foi introduzido na fase de confronto, média – SE para o outro ramo) replica-se.
Em 12 de 21 réplicas, as formigas não expressaram uma preferência significativa por um dos ramos da ponte (teste binomial, ) durante a primeira fase de exploração. Nas nove réplicas onde elas expressaram uma preferência significativa por um ramo, o ramo direito da ponte foi sempre escolhido. Entretanto, isto não induziu um viés de orientação sistemática para as outras fases do experimento já que o ramo onde o trabalhador estrangeiro foi introduzido foi posicionado alternativamente do lado direito ou esquerdo.
A introdução de um trabalhador estrangeiro em uma plataforma durante a fase de confronto não induziu nem um aumento nem uma diminuição do fluxo médio de formigas por minuto em direção a esta área “arriscada” (Figura 2). Em 11 de 21 réplicas, as formigas expressaram uma preferência significativa por um ramo da ponte (teste binomial, ). O ramo que conduz à plataforma onde o trabalhador estrangeiro foi introduzido foi escolhido em 6 réplicas dessas 11 réplicas. Em geral, a distribuição de frequência de escolha observada durante a fase de confrontação não diferiu da observada na primeira fase de exploração (, , , ). Dentro de cada replicado, no entanto, houve uma ligeira mas significativa diminuição na proporção de formigas que escolheram o ramo que levou à plataforma de risco (, ).
Durante a segunda fase de exploração que se seguiu à fase de confronto, as formigas não tentaram evitar o ramo onde o trabalhador estrangeiro tinha sido introduzido. O fluxo médio de formigas por minuto nos dois ramos da ponte foi aproximadamente o mesmo que na primeira fase de exploração (Figura 2). As formigas escolheram preferencialmente um ramo da ponte em seis réplicas de 21 (teste binomial, ). Apenas em 2 réplicas destes 6 réplicas as formigas escolheram o galho onde o trabalhador estrangeiro tinha sido introduzido. Em geral, a distribuição de frequência de escolha observada durante a segunda fase de exploração não diferiu da observada na primeira fase de exploração (, , , ). Em comparação com a escolha das formigas na primeira fase de exploração, não houve diferença significativa na porcentagem de formigas que escolheram o ramo que levou à plataforma de risco (, ). Portanto, a escolha de um ramo na segunda fase de exploração não foi influenciada pelo local onde ocorreu o encontro agonístico com um trabalhador estrangeiro.
Finalmente, durante a última fase de exploração de alimentos, o fluxo médio de formigas por minuto em cada plataforma de alimentação aumentou de forma semelhante nos dois ramos da ponte (Figura 2). Em 17 réplicas de 21, as formigas expressaram uma preferência significativa por um ramo, em oito réplicas preferiram o ramo onde o trabalhador estrangeiro foi anteriormente introduzido, e em nove réplicas preferiram o outro ramo. As escolhas coletivas de um ramo foram mais frequentemente observadas durante a exploração alimentar do que durante as outras fases da experiência: este é um resultado esperado das propriedades amplificadoras do recrutamento de trilhas para uma fonte de alimento. Em geral, a distribuição de frequência da escolha observada durante a fase de exploração não diferiu da observada na primeira fase de exploração (, , , ). Em comparação com a escolha das formigas na primeira fase de exploração, não houve diferença significativa na percentagem de formigas que escolheram o ramo que levou à plataforma de risco (, ).
No que diz respeito ao nível de ocupação das áreas de forrageamento, este variou profundamente com a fase do experimento (Figura 4). O número de formigas em cada área aumentou rapidamente no início da primeira fase de exploração, até o 10º minuto em que começou a diminuir ligeiramente. Durante a fase de confronto, enquanto o número de formigas permaneceu estável na área “segura”, aumentou acentuadamente na área onde a formiga alienígena foi introduzida e atingiu o seu pico no 6º minuto. Em média, as formigas eram mais numerosas na plataforma de risco do que na área segura durante a fase de confronto. Na verdade, quando uma formiga alienígena estava presente, foi lançado um recrutamento local: enquanto o intruso era apreendido por algumas formigas residentes, ele era atacado várias vezes por outros ninhos. Durante a segunda fase de exploração, o mesmo nível de ocupação que durante a primeira fase de exploração foi observado para ambas as áreas. Finalmente, a introdução de uma fonte alimentar induziu inicialmente um ligeiro aumento do número de forrageiros, que foi semelhante nas duas áreas de forragem e permaneceu estável até o final da experiência.
A distribuição de frequência dos replicados em função da proporção de seus forrageiros na plataforma de risco (Figura 5) foi significativamente diferente entre a primeira fase de exploração e a fase de confronto (, , ) devido ao recrutamento defensivo local induzido pela presença de um intruso. Por outro lado, a distribuição de freqüência de ocupação de área não foi significativamente diferente entre a primeira e a segunda fase de exploração (, , , ) e entre a primeira fase de exploração e a fase de exploração (, , ).
4. Discussão
Contacto físico ou interferência com um conspecífico alienígena resultou numa diminuição do fluxo de formigas Lasius niger saindo do ninho, estas últimas se orientando igualmente para os locais de risco ou mais seguros (Figura 3). Portanto, os trabalhadores que encontraram um único indivíduo alienígena na sua área de residência não recrutaram trabalhadores adicionais do ninho para assistência. Embora os trabalhadores de L. niger não tenham lançado um recrutamento de longo alcance, eles reagiram em escala local aumentando seu número nas proximidades de encontros agonísticos (Figura 4): assim que uma formiga entrou na área de risco, ela começou a tentar subjugar o intruso. Isto impediu temporariamente que ela voltasse ao ninho para recrutar ninhadas. O tempo prolongado de permanência das formigas na área de risco pode, portanto, explicar a ausência de recrutamento defensivo de longo alcance. Pode-se argumentar, entretanto, que tal recrutamento defensivo seria inútil, uma vez que a formiga alienígena foi superada pelas formigas residentes, logo desde o início de sua introdução na área de forragem. Seria interessante saber se o recrutamento ocorre em L. niger quando a defesa cooperativa é realmente útil, ou seja, quando as formigas residentes são superadas pelas formigas intrusoras ou quando recursos que podem ser monopolizados por intrusos estão em jogo.
Distribuições de todas as réplicas em função da proporção de formigas que se dirigiam para a área onde a formiga alienígena foi introduzida. Os valores da proporção foram calculados sobre os fluxos acumulados de formigas observados no final de cada fase do experimento. réplicas.
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Número de formigas (média + SE para a plataforma onde o trabalhador estrangeiro foi introduzido, média – SE para a outra plataforma) observadas a cada 3 minutos em cada plataforma da ponte em função do tempo. réplicas.
Distribuições de todas as réplicas em função da proporção de trabalhadores na área onde a formiga alienígena foi introduzida (entre todos os forrageiros presentes nas duas áreas). réplicas.
Após a fase de confronto, as formigas não evitaram a área onde ocorreu o encontro com o intruso. Ao contrário dos trabalhadores da Formica xerophila que evitam um local onde tiveram uma experiência negativa, as colônias de L. niger mostraram a mesma dinâmica e padrão de exploração antes e depois de experimentarem interações agonísticas. Da mesma forma, eles não evitaram ou reduziram a intensidade de recrutamento para uma fonte de alimento descoberta em um local potencialmente arriscado onde eles tinham experimentado agressão anteriormente.
Pareceria lógico para colônias de formigas evitar áreas potencialmente perigosas. Portanto, pode-se perguntar por que em nossa experiência as colônias de L. niger não conseguiram alterar especificamente seu nível de exploração e exploração de alimentos após terem sido expostas à competição de interferência.
Primeiro, pode-se argumentar que um único trabalhador estrangeiro não representava uma ameaça suficientemente alta ou que o tempo de exposição à ameaça não era longo o suficiente para obter uma resposta de prevenção. No entanto, na humilde formiga argentina Linepithema, um único encontro de 3 minutos com um conspecífico heterocolonial é suficiente para produzir um efeito duradouro, aumentando a propensão para lutar em encontros até uma semana depois. Da mesma forma, no palitarismo Lasius, um encontro curto com um único inimigo potencialmente letal é suficiente para induzir a evitar as manchas alimentares associadas, mesmo 18-24 h após a ocorrência do encontro. Assim, em nossa experiência, as formigas L. niger tiveram tempo suficiente para perceber as interações de competição de interferência: o intruso não foi morto imediatamente, mas atacado fisicamente por vários trabalhadores residentes durante os 30 minutos da fase de confronto.
Segundo, pode-se objetar que as formigas não tiveram tempo suficiente para desenvolver uma memória espacial do local onde ocorreu o encontro agressivo. L. niger trabalhadores, no entanto, são conhecidos por terem uma memória espacial com bom desempenho. Por exemplo, usando uma ponte T semelhante à nossa experiência, Grüter et al. mostraram que após uma única visita a uma fonte de alimento, a maioria dos trabalhadores de L. niger conseguiram orientar-se para o ramo associado à fonte de alimento, apenas com base em pontos de referência visuais.
Terceiro, a capacidade de uma espécie de formiga de ajustar suas estratégias exploratórias, forrageiras e de defesa para se adequar aos riscos competitivos ao redor é provável que esteja sob pressão de seleção natural e, portanto, fortemente correlacionada com sua ecologia. Especificamente, as interações de competição de interferência podem levar a estratégias territoriais e de forrageamento distintas de acordo com as características dos recursos alimentares em jogo. Por exemplo, fontes de alimentos temporária e espacialmente variáveis, como presas ou manchas de sementes, são exploradas por várias espécies de formigas. A disponibilidade efémera de tais recursos torna a manutenção de territórios absolutos dispendiosa e difícil de conseguir. Portanto, uma alta sensibilidade à pressão da competição parece bem adequada para aquelas formigas que exploram recursos efêmeros, permitindo-lhes ajustar de forma flexível seu comportamento exploratório/exploração alimentar e assim reduzir a sobreposição de áreas de alimentação entre colônias vizinhas concorrentes. Ao contrário das presas ou manchas de sementes, as colónias de pulgões fornecem recursos estáveis e renováveis. Uma vez que as formigas necessitam continuamente de hidratos de carbono de melada para sustentar suas atividades diárias, formigas que cuidam de pulgões como L. niger devem manter o acesso a esses recursos, mesmo quando há um risco associado de competição. Assim, as formigas tratadoras de pulgões podem priorizar a estabilização de áreas forrageiras por serem pouco sensíveis a interferências pontuais nas interações de competição. Como L. niger vive em ambientes onde os contatos com concorrentes são inevitáveis, a defesa dos recursos de pulgão poderia ser alcançada através de um aprimoramento local do comportamento agonístico em locais-chave, como a vizinhança de colônias de pulgões ou as trilhas de forragem. Quando a pressão competitiva se torna maior, o recrutamento activo de defensores dentro do ninho irá então determinar a capacidade da colónia para dominar e deslocar os competidores ou para abandonar o recurso alimentar.
Desde que os comportamentos agressivos podem ser dispendiosos em termos de energia, tempo e lesões físicas, qualquer informação relativa à pressão competitiva deve ser integrada ao nível da colónia para moldar as estratégias exploratórias e de forrageamento da colónia. No entanto, nosso estudo revela que a integração de tais informações pode variar entre as espécies de formigas, sendo L. niger pouco sensível à exposição anterior a uma competição de interferência limitada. Para compreender plenamente o processo de decisão das colónias de formigas, as respostas específicas das espécies aos estímulos agonísticos terão que ser investigadas em diferentes contextos, como quando os recursos em jogo são de qualidade diferente. De facto, uma vez que na natureza as fontes alimentares variam na sua disponibilidade espaço-temporal, bem como no risco associado, as colónias podem ter de tomar decisões complexas: isto deve envolver tradeoffs entre a monopolização de áreas de recompensa em condições normais de competição e a prevenção de áreas perigosas através de uma elevada flexibilidade espacial da sua área de residência.
Disclosure
Os autores declaram não ter qualquer ligação financeira directa com qualquer das identidades comerciais mencionadas neste artigo.
Conhecimento
Este trabalho foi financiado por um programa de intercâmbio PICS (2008-10) entre a UMR CNRS 5169 (Universidade Toulouse III) e a Unidade de Ecologia Social (ULB), bem como por uma Bolsa FRFC 2.4600.09. do Fundo Nacional Belga para a Investigação Científica. D. Claire é Associada Sénior de Investigação do Fundo Nacional Belga para a Investigação Científica.