Helge Schlüns

Evolutionary aspects of mating and reproduction in honeybees

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 01.04.2004

Abstract
Die Westliche Honigbiene (Apis mellifera L.) weist ein extrem polyandrisches Paarungssystem auf. Im Allgemeinen paaren sich Honigbienenköniginnen mit mindestens zehn Drohnen, aber es wurden selbst mehr als vierzig Paarungen beschrieben. Im Gegensatz dazu sterben Honigbienendrohnen während der Kopulation und sind deshalb strikt monogam.
Trotz eines beträchtlichen Risikos unternehmen Königinnen häufig mehr als einen Hochzeitsflug. Die Paarungshäufigkeiten von natürlich verpaarten Königinnen wurde mittels DNA-fingerprinting analysiert. Königinnen, die auf einen Hochzeitsflug eingeschränkt wurden, die aber zusätzliche Flüge unternehmen wollten, wiesen signifikant weniger Paarungen auf als Königinnen, die nach nur einem Hochzeitsflug mit der Eiablage begannen. Vermutlich passen Königinnen die Häufigkeit ihrer Hochzeitsflüge dem Paarungserfolg des vorangegangenen Hochzeitsfluges an. Zudem erhöhte sich die Anzahl der in den Spermatheken gespeicherten Spermien signifikant mit der Anzahl der Paarungen.
Der Effekt der Körpergröße von Drohnen auf ihre Spermienproduktion wurde untersucht. Drohnen, die in Arbeiterinnenzellen aufgezogen wurden (kleine Drohnen), produzieren signifikant weniger Spermatozoen als normal große Drohnen. Die unterschiedlichen Spermienzahlen von Drohnen könnten einen Einfluss auf ihre individuelle Fitness haben. Das Muster der Spermiennutzung von Königinnen wurde mittels DNA-fingerprinting analysiert. Es gab keinen signifikanten Einfluss der Besamungsreihenfolge aber einen starken, positiven Effekt des Spermavolumens eines Drohns auf die Häufigkeit seiner Arbeiterinennachkommen in der Kolonie.

The Western honeybee (Apis mellifera L.) has an extremely polyandrous mating system. In general honeybee queens mate with at least ten drones, but even more than forty matings were detected. In contrast, drone honeybees die during copulation and are thus strictly monogamous.
Despite of a considerable risk queen honeybees frequently take more than one nuptial flight. The mating frequency of naturally mated queens was analysed using DNA fingerprinting. Queens that were restricted to one nuptial flight, but wanted to take an additional flight, had significantly fewer matings than queens which started oviposition after a single nuptial flight. Presumably, queens adjust their nuptial flight frequency according to the mating success of the previous nuptial flight. Moreover, the sperm number stored in the spermatheca significantly increased with the number of matings.
The effect of drone honeybee’s body size on semen production was evaluated. Drones reared in worker cells (small drones) produce significantly fewer spermatozoa than normally sized drones. The varying sperm numbers of drones may have an impact on their individual fitness. The pattern of sperm utilization by the queen was studied using DNA-fingerprinting. There was no significant impact of the insemination sequence but a strong positive effect of the semen volume of a drone on the frequency of his worker offspring in the colony.

Keywords:
Apis mellifera, Honigbiene, Hochzeitsflüge, Paarungshäufigkeit, Polyandrie, Spermienzahlen, Spermiennutzung, Patrilinienhäufigkeit

Apis mellifera, honeybee, nuptial flights, mating frequency, polyandry, sperm numbers, sperm utilization, patriline frequency

Online-Dokument im PDF-Format (91 KB) mit integrierter Gliederung.

Liste der veröffentlichten Originalarbeiten