Cephalic and Dufour gland secretions of Scaptotrigona mexicana queens: Chemical composition and biological activity

Abstract

Cephalic and Dufour gland secretions of virgin and physogastric queens of Scaptotrigona mexicana were analyzed by GC-MS. Worker responses to extracts and selected compounds identified in these secretions were evaluated in experimental hives. Cephalic secretions of virgin queens and 1-month-old physogastric queens are constituted of 2-ketones, 2-alcohols and esters, while the cephalic secretions of 1year-old physogastric queens are constituted of 2-alcohols and esters. Dufour gland secretions from virgin queens are mainly constituted of 2-alcohols, ketones, hydrocarbons and esters, while Dufour gland secretions from physogastric queens are mainly constituted of esters, where hexyl hexanoate is the major compound. Workers were significantly attracted to natural extracts and synthetic blends of selected compounds of the 1-year-old physogastric queen cephalic secretion as well as to a blend of enantiomeric 2-alcohols. Dufour gland secretion was not attractive to workers.

Zusammenfassung

Frühere Untersuchungen an Scaptotrigona mexicana zeigten, dass Arbeiterinnen aus weisellosen, aber nicht die aus weiselrichtigen Völkern, von physogastrischen Königinnen angezogen wurden. In der vorliegenden Studie identifizierten wir mittels GC-MS die chemische Zusammensetzung der Kopf- und Dufourdrüsensekrete von unverpaarten Jungköniginnen und von physogastrischen S. mexicana Königinnen und bewerteten in Versuchsvölkern die Verhaltensantworten von Arbeiterinnen auf diese Substanzen. In zwei unterschiedlichen Experimenten untersuchten wir: (a) die Wirkung der Extrakte eines Königinnenäquivalents der Kopf- und Dufourdrüsensekrete von physogastrischen und von Jungköniginnen und (b) den Effekt der natürlichen Sekrete physogastrischer Königinnen und den von synthetischen Mischungen der Sekretkomponenten. Die Extrakte oder Mischungen wurden auf Watteattrappen appliziert und die Aktivität der Arbeiterinnen wurde über einen Zeitraum von fünf Minuten auf Video aufgezeichnet.

Die chemische Zusammensetzung der Kopfdrüsensekrete von S. mexicana variiert in Abhängigkeit vom Alter und physiologischen Status der Königinnen (Tab. I). Nonen-2-ol und das Isomer von Nonen-2-ol wurden nur bei unverpaarten Jungköniginnen gefunden, während 2-Heptanon und Nonen-2-ol sowohl in Jungköniginnen als auch in einen Monat alten physogastrischen Königinnen vorkam. Hexylhexanoat wurde in einen Monat und in ein Jahr alten physogastrischen Königinnen gefunden und stellen Komponenten dar, die den physiologischen Status der Königinnen widerspiegeln. Einige Komponenten, die in Jungköniginnen auftraten, waren in ein Jahr alten physogastrischen Königinnen nicht zu finden, wohingegen einen Monat und ein Jahr alte physogastrische Königinnen sich chemisch ähnlich waren, vor allem in Hinblick auf die Esterkomponenten. Die Enantiomerkonfiguration für 2-Heptanol und 2-Nonanol wurde in beiden Fällen als (S)-(+) bestimmt. Hinsichtlich der Dufourdrüsensekrete waren S. mexicana Jungköniginnen klar unterschiedlich von physogastrischen Königinnen (Tab. II). Die Sekrete der unverpaarten Jungköniginnen enthielten vor allem 2-Alkohole, 2-Ketone, Kohlenwasserstoffe und Ester, während die Dufourdrüsen von physogastrischen Königinnen hauptsächlich Ester aufwiesen. Einige der Komponenten der Dufourdrüsensekrete von Jungköniginnen waren auch in ihren Kopfdrüsensekreten zu finden, aber nicht in den Dufourdrüsen von physogastrischen Königinnen, was darauf hinweist, dass diese Komponenten in Zusammenhang mit dem physiologischen Status einer Königin in der Kolonie stehen könnte. Hexylhexanoat war die Hauptkomponente in ein Jahr alten physogastrischen Königinnen.

Verhaltenstests zeigten dass S. mexicana Arbeiterinnen die Kopfdrüsensekreten ein Jahr alter physogastrischer Königinnen attraktiv fanden, aber nicht die von unverpaarten Jungköniginnen und ebenso wenig Dufourdrüsensekrete (Abb. 2). Des weiteren fanden Arbeiterinnen die synthetischen Mischungen eines Kopfäquivalents und eine Mischung aus (R)-(−)-2-Alkoholen and (S)-(+)-2-Alkoholen attraktiv (Abb. 3).

Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Kopfdrüsensekrete von S. mexicana ein Königinnenpheromon mit Signalfunktion darstellen können.