RESUMO
Studies on the physiological states of wild-caught organisms are essential to uncovering the links between ecological and physiological processes. Bumble bee queens emerge from overwintering in the spring. At this time, queens develop their ovaries and search for a nest site in which to start a colony. Whether these two processes, ovary development and nest-searching, interact with or influence one another remains an unresolved question in behavioral physiology. We explored the hypothesis that ovary development and nest-searching might be mechanistically connected, by testing whether (1) ovary development precedes nest-searching behavior; (2) nest occupation precedes ovary development; or (3) ovary development and nest-searching occur independently, in bumble bee (Bombus vosnesenskii) queens. We collected queens either nest-searching (and thus prior to occupying a nest) or pollen-collecting (and thus provisioning an occupied nest) and measured their degree of ovary activation. We further screened these queens for parasites or other symbionts, to identify additional factors that may impact their reproductive success at this time. We found that queens searched for and occupied nests at all stages of ovary development, indicating that these processes occur independently in this system. Nest-searching queens were more likely to have substantial mite loads than pollen-collecting queens, who had already located and occupied a nest. However, mite loads did not significantly predict ovary developmental status. Collectively, our work shows that nesting status and symbionts alone are insufficient to explain the variation in spring bumble bee queen ovary development. We propose that ovary development and nest-searching occur opportunistically, which may enable queens to begin laying eggs earlier in the season than if these processes occurred in discrete succession.
Estudios sobre los estados fisiológicos de los organismos capturados en la naturaleza son esenciales para descubrir los vínculos entre los procesos fisiológicos y ecológicos. Las reinas de abejorro emergen de la hibernación al comienzo de la primavera. En este momento, las reinas desarrollan sus ovarios y buscan un sitio de anidación para iniciar una colonia. Si estos dos procesos, el desarrollo de los ovarios y la búsqueda del nido, interactúan o se influyen mutuamente sigue siendo una cuestión sin resolver en la fisiología del comportamiento. Exploramos la hipótesis de que el desarrollo de los ovarios y la búsqueda de nidos podrían estar mecánicamente conectados, probando si (1) el desarrollo de los ovarios precede al comportamiento de búsqueda del nido; (2) la ocupación del nido precede al desarrollo de los ovarios; o (3) el desarrollo de los ovarios y la búsqueda del nido ocurren de forma independiente, en las reinas de abejorros (Bombus vosnesenskii). Recolectamos reinas que estaban buscando un nido (en proceso de anidación) o recolectando polen (por lo tanto, aprovisionando un nido ya ocupado) y medimos su grado de activación ovárica. Además, examinamos a estas reinas en busca de parásitos u otros simbiontes para identificar factores adicionales que podrían afectar el éxito reproductivo durante este momento. Encontramos que las reinas buscaron y ocuparon nidos en todas las etapas del desarrollo de los ovarios, lo que indica que estos procesos ocurren de manera independiente en este sistema. Las reinas que buscaban un nido eran más propensas a tener cargas sustanciales de ácaros en comparación a las reinas que recolectaban polen, que ya habían localizado y ocupado un nido. Sin embargo, el número de ácaros no está asociados con el desarrollo ovárico. Colectivamente, nuestros datos demuestran que el estado de anidación y los simbiontes por sí solos son insuficientes para explicar la variación en el desarrollo de los ovario de las reinas de abejorro durante la primavera. Proponemos que el desarrollo de los ovarios y la búsqueda de nidos ocurren de manera oportuna, lo cual permitiría que las reinas comenzarán a depositar huevos al inicio de la temporada, comportamiento que no sucedería si estos procesos ocurrieran en una sucesión discreta.
Estudos fisiológicos de organismos não domesticados são essenciais para entender a associação entre os processos ecológicos e fisiológicos. As abelhas rainhas do gênero Bombus emergem durante a primavera após o período de diapausa que ocorre no inverno. Neste momento, as rainhas desenvolvem seus ovários e procuram por um local de nidificação. Nesse contexto, uma questão ainda não resolvida na área de fisiologia comportamental é se haveria uma interação ou influência um ao outro entre esses dois processos, desenvolvimento ovariano e nidificação. Assim, exploramos a hipótese de que o desenvolvimento do ovário e a nidificação podem estar mecanicamente conectados, testando se (1) o desenvolvimento do ovário precede o comportamento de nidificação; (2) a ocupação do ninho precede o desenvolvimento do ovário; ou (3) o desenvolvimento do ovário e a busca de ninhos ocorrem independentemente, em abelhas rainhas de Bombus vosnesenskii. Coletamos abelhas rainhas procurando ninhos (processo de nidificação) ou coletando pólen (portanto, processo de aprovisionamento já iniciado) e medimos o grau de ativação do ovário nessas abelhas. Em seguida, essas rainhas foram inspecionadas para detecção de parasitas ou outros simbiontes, para identificação de fatores adicionais que poderiam afetar o sucesso reprodutivo neste momento. Observamos todos os estágios do desenvolvimento ovariano em ambos os períodos de nidificação e aprovisionamento, indicando que esses processos ocorrem de forma independente nessa espécie. Nossos dados sugerem que abelhas rainhas em busca de ninho são mais susceptíveis a terem cargas substanciais de ácaros do que rainhas no período de aprovisionamento, as quais já ocupavam um ninho. No entanto, a quantidade de ácaros não está associada com desenvolvimento ovariano. Em conjunto, nossos dados demostram que o status de nidificação e os simbiontes são insuficientes para explicar a variação no desenvolvimento do ovário das abelhas rainhas. Sugerimos que o desenvolvimento dos ovários e a nidificação ocorrem de forma oportunista, o que pode permitir que as rainhas comecem a ovipositar antecipadamente sem relação com os processos anteriores.
RESUMO
Bumble bee queens initiate nests solitarily and transition to living socially once they successfully rear their first cohort of offspring. Bumble bees are disproportionately important for early season pollination, and many populations are experiencing dramatic declines. In this system, the onset of the social stage is critical for nest survival, yet the mechanisms that facilitate this transition remain understudied. Further, the majority of conservation efforts target the social stage of the bumble bee life cycle and do not address the solitary founding stage. We experimentally manipulated the timing of worker emergence in young nests of bumble bee (Bombus impatiens) queens to determine whether and how queen fecundity and survival are impacted by the emergence of workers in the nest. We found that queens with workers added to the nest exhibit increased ovary activation, accelerated egg laying, elevated juvenile hormone (JH) titres and also lower mortality relative to solitary queens. We also show that JH is more strongly impacted by the social environment than associated with queen reproductive state, suggesting that this key regulator of insect reproduction has expanded its function in bumble bees to also influence social organization. We further demonstrate that these effects are independent of queen social history, suggesting that this underlying mechanism promoting queen fecundity is reversible and short lived. Synchronization between queen reproductive status and emergence of workers in the nest may ultimately increase the likelihood of early nesting success in social systems with solitary nest founding. Given that bumble bee workers regulate queen physiology as we have demonstrated, the timing of early worker emergence in the nest likely impacts queen fitness, colony developmental trajectories and ultimately nesting success. Collectively, our findings underline the importance of conservation interventions for bumble bees that support the early nesting period and facilitate the production and maintenance of workers in young nests.
