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Maternal nutritional supplementation affects offspring learning in foraging predatory mites

Litin, Alena (2018) Maternal nutritional supplementation affects offspring learning in foraging predatory mites.
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Lebenswissenschaften
BetreuerIn: Schausberger, Peter

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DOI: 10.25365/thesis.52540
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-19213.13723.306354-7

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Abstract in English

Learning is found in a wide range of animal taxa and commonly allows animals to improve their performance in any number of tasks, including foraging. The expression of learning can vary among individuals within species and populations, and may be influenced by a number of environmental factors, including diet, which may have consequences on phenotypic expression of learning both within individuals and between generations. Non-genetic transgenerational phenotypic effects include maternal effects, and have recently been found to operate within the plant-inhabiting predatory mite Amblyseius swirskii, in which maternal diet influences offspring learning ability. Amblyseius swirskii can survive and reproduce on both pollen and animal prey and, because plant- and animal-based foods vary in nutritional content and composition, this thesis hypothesized that nutritional deficits in pollen-reared mites are responsible for the previously reported loss of learning ability in offspring of pollen-fed mothers. This thesis investigated whether nutritional supplementation of pollen-reared mother mites can restore learning ability to offspring, the same way that diet switches from pollen to live prey are able to, which has been shown previously. A combination of five nutrient components were tested (iron, vitamin B12, L-phenylalanine, L-tryptophan, and omega-3 fatty acids), all known for their involvement with cognitive ability across animal taxa. Individuals from three maternal diet lines – i.e. (i) exclusively fed on pollen (PO), (ii) fed on pollen plus nutritional supplements (SUP), and (iii) fed on spider mites (SM) – were either allowed to experience the difficult-to-grasp prey western flower thrips Frankliniella occidentalis in early life or not. Learning in predatory mites has been shown to occur in an early sensitive phase and individuals exposed to prey in the juvenile life stage show improved foraging ability on that prey as adults. Learning and other behavioral and life history changes were quantified using four parameters, i.e. attack latency, cumulative predation, oviposition, and locomotor activity. The results show that this combination of nutrient supplements does not restore learning ability to offspring of pollen-reared mothers, as was evident from similar attack latencies by both thrips-experienced and -naïve predators of both the SUP and PO lines. In contrast, offspring of mothers whose diet was switched from pollen to spider mites for five days before offspring production (SM line) were well able to learn thrips early in life, resulting in shorter attack latencies on thrips by experienced adult predator females. Nevertheless, this thesis corroborates previous findings that spider mite-fed A. swirskii mothers produce learning-capable offspring and that learning in these mites occurs in juvenile sensitive phases. Future studies should investigate the possibility of epigenetic maternal effects mechanisms, e.g. maternal exposure to prey olfactory/gustatory cues or maternal experience of moving vs. non-moving prey, and if/how these mechanisms are tied to maternal nutritional effects on learning ability in A. swirskii.

Schlagwörter in Englisch

Amblyseius swirskii / learning / maternal effects / nutritional supplementation / Phytoseiidae

Abstract in German

Lernen wurde als Phänomen schon in vielen Taxa nachgewiesen und ermöglicht Tieren, ihre Leistungsfähigkeit in den verschiedensten Situationen und Aktivitäten, unter anderem bei der Nahrungssuche, zu verbessern. Die Expression der Lernfähigkeit variiert gemeinhin zwischen den Individuen innerhalb einer Art oder einer Population und kann stark von Umweltfaktoren beeinflusst werden. Zum Beispiel kann die Nahrung gravierende Auswirkungen auf den Phänotypus innerhalb eines Individuums oder zwischen den Generationen haben. Nicht-genetische generationsübergreifende phänotypische Effekte, u.a. mütterliche Effekte, wurden vor kurzem bei der auf Pflanzen lebenden Raubmilbe Amblyseius swirskii festgestellt, bei welcher die mütterliche Nahrung die Lernfähigkeiten der Nachkommen beeinflusst. Amblyseius swirskii kann sich sowohl von Pollen als auch tierischer Nahrung ernähren und fortpflanzen. In Verhaltensexperimenten wurde beobachtet, dass Nachkommen pollengefütterter Linien keine Lernfähigkeit zeigen, während die Nachkommen spinnmilbengefütterter Linien gut lernfähig sind. Da sich pflanzliche Nahrung in Nährstoffgehalt und -zusammensetzung von tierischer Beute unterscheidet, wurde vermutet, dass die Lernfähigkeit der Nachkommen der mit Pollen gefütterten Mütter aufgrund eines Nährstoffmangels verloren gegangen ist. Die vorliegende Studie untersuchte, ob eine Nahrungsergänzung bei mit Pollen gefütterten Tieren die Lernfähigkeit der Nachkommen in gleicher Weise wiederherstellen kann, wie die Umstellung von Pollen auf lebende Beutetiere, wie in einer früheren Studie bereits gezeigt wurde. Es wurden fünf Nahrungsstoffe untersucht (Eisen, Vitamin B12, Omega-3 Fettsäuren, L-Tryptophan und L-Phenylalanin), die für ihre Taxon-übergreifende Bedeutung für das Aufrechterhalten kognitiver Fähigkeiten bekannt sind. Nachkommen von drei mütterlichen Nahrungs-Linien – (i) ausschließlich von Pollen ernährt (PO), (ii) von Pollen und Nahrungsergänzungsmitteln ernährt (SUP) oder (iii) von Spinnmilben ernährt – durften in der frühen Jugendphase Erfahrung mit der schwer-zu-greifenden Beute Kalifornischer Blütenthrips Frankliniella occidentalis machen oder nicht. Wie bereits früher gezeigt, findet das Lernen nahrungssuchender Raubmilben in einer lernsensitiven Phase früh im Leben statt. Individuen, die früh im Leben Beuteerfahrung machen, sind schneller beim Attackieren dieser Beute im erwachsenen Lebensstadium. Lernen und andere Verhaltens- und Lebenszyklus-änderungen wurden mittels vier Parameter quantifiziert: Angriffszeit, kumulativer Beuteerwerb, Eiablage und generelle Aktivität. Die Ergebnisse zeigen, dass die getestete Kombination von Nährstoffen die Lernfähigkeit der Nachkommen der mit Pollen gefütterten Mütter nicht wiederherstellen kann. Thrips-erfahrene und -naive Prädatoren der SUP und PO Linien zeigten ähnliche Angriffszeiten auf F. occidentalis. Im Gegensatz dazu konnten Thrips-erfahrene Nachkommen, deren Mütter fünf Tage vor der Eiablage eine Nahrungsumstellung von Pollen auf lebende Beutetiere erlebten (SM-Linie), als Erwachsene die Thripse schneller attackieren als Thrips-naive Nachkommen derselben Linie. Somit bestätigt diese Studie frühere Ergebnisse, die zeigten, dass A. swirskii Mütter, die mit tierischer Beute ernährt wurden, lernfähige Nachkommen erzeugen und dass diese Milben lernsensitive Phasen im frühen Leben besitzen. Zukünftige Studien sollten die Möglichkeit epigenetischer Mechanismen untersuchen, die eventuell mit der mütterlichen Erfahrung lebender Beute, oder mit oder anstatt der vermuteten mütterlichen Nährstoffmängel, das Lernen der Nachkommen beeinflussen können.

Schlagwörter in Deutsch

Amblyseius swirskii / Lernen / mütterliche Effekte / Nahrungsergänzung / Phytoseiidae

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Litin, Alena
Title: Maternal nutritional supplementation affects offspring learning in foraging predatory mites
Umfangsangabe: 76 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Zoologie
Publication year: 2018
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Schausberger, Peter
Assessor: Schausberger, Peter
Classification: 42 Biologie > 42.79 Invertebrata: Sonstiges
42 Biologie > 42.89 Zoologie: Sonstiges
AC Number: AC15087913
Item ID: 52540
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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