Title (eng)
The functional significance of genital spines in males of the seed beetle callosobruchus maculatus
Parallel title (deu)
Die Funktion von Genitalstacheln der Männchen des Samenkäfers Callosobruchus maculatus
Author
Cosima Hotzy
Advisor
Wolfgang Waitzbauer
Assessor
Wolfgang Waitzbauer
Abstract (deu)
Genitalstacheln, -haken und dergleichen, die Weibchen während der Kopulation verletzen, sind bei Männchen vieler Tierarten zu finden. Die Funktion solcher Genitalstrukturen und die Kräfte, die zu ihrer Evolution und Beibehaltung führen, werden seit Jahrzenten diskutiert. Der Adeagus von Callosobruchus maculatus (Coleoptera: Bruchidae) beispielsweise ist mit Stacheln versehen, die den weiblichen Geschlechtstrakt durchbohren und Narben hinterlassen. Eine komparative Studie hat gezeigt, dass Männchen mit längeren Genitalstacheln unter Spermienkonkurrenz höhere Befruchtungserfolge erzielen als kurzstachelige Männchen. Auf welche Weise die Stacheln den Befruchtungserfolg erhöhen, blieb allerdings ungeklärt. Im Rahmen meiner Diplomarbeit habe ich zwei Hypothesen über die Funktion der Genitalstacheln untersucht, die Perforierungshypothese und die Ankerhypothese. Die Perforierungshypothese besagt, dass die Genitalstacheln dazu dienen, den weiblichen Geschlechtstrakt zu perforieren, damit mehr Ejakulat der Männchen in die Hämolymphe der Weibchen gelangt. Das ist für die Männchen vorteilhaft, da sich im Ejakulat Substanzen befinden, die das weibliche Verhalten zugunsten der Männchen manipulieren. Obwohl angenommen wird, dass Genitalstacheln bei mehreren Insekten diese Funktion haben, ist diese Diplomarbeit meines Wissens die erste Studie, in der diese Hypothese überprüft wird. Laut der zweiten Hypothese - der Ankerhypothese - dienen die Genitalstacheln als Anker während der Kopulation, um zu verhindern, dass die Weibchen die Kopulation früher beenden, als es für die Männchen optimal ist. Dieser Hypothese zufolge ist zu erwarten, dass langstachelige Männchen länger kopulieren als kurzstachelige Männchen, da sich längere Stacheln effektiver verankern sollten. Um die Perforierungshypothese zu prüfen, wurden lang- und kurzstachelige Männchen mit 14-C markiert und untersucht, ob sich das Ejakulat von langstacheligen Männchen besser im weiblichen Körper ausbreitet. Die Ankerhypothese wurde getestet, indem die Kopulationsdauer von Paaren verglichen wurde, bei denen die Männchen entweder lange oder kurze Genitalstacheln hatten. Zusätzlich wurde überprüft, ob langstachelige Männchen unter Spermienkonkurrenz einen höheren Befruchtungserfolg haben, da in beiden Hypothesen davon ausgegangen wird, dass das so ist. Die lang- und kurzstacheligen Männchen, die in den Versuchen verwendet wurden, wurden mit zwei sich ergänzende Methoden erzeugt. Zum einen wurden Selektionslinien mit langen und kurzen Stacheln gezüchtet, zum anderen wurden Genitalstacheln mit einem Mikrolaser gekürzt, um Männchen mit unterschiedlicher Stachellänge zu erzeugen. Langstachelige Männchen kopulierten nicht länger als kurzstachelige Männchen, daher sprechen die Resultate gegen die Ankerhypothese. Des Weiteren zeigte es sich, dass sich mehr Ejakulat von langstacheligen als von kurzstacheligen Männchen im Körper des Weibchens ausbreitete und dass langstachelige Männchen unter Spermienkonkurrenz einen höheren Prozentsatz von Eizellen befruchteten als kurzstachelige Männchen. Diese Resultate sprechen dafür, dass die Genitalstacheln von C. maculatus die Ausbreitung des Ejakulats im weiblichen Körper fördern, und dass dies langstacheligen Männchen Befruchtungsvorteile verschafft. Die Studie illustriert darüber hinaus, wie sexuelle Selektion - in Form von Spermienkonkurrenz - die Morphologie von männlichen Genitalien beeinflussen kann.
Abstract (eng)
Male genitalia that bear spines, hooks and other conspicuous projections that cause harm to females during mating are common among animals. Yet, our knowledge about the function of such harmful genital traits is limited. In the seed beetle Callosobruchus maculatus, males possess genital spines that injure females during copulation. These spines aid males in sperm competition, but their exact function is unknown. Here, I explored the functional significance of the genital spines in C. maculatus by assessing two potential sperm competition advantages. (1) I investigated, if the genital spines increase the dispersal of accessory seminal substances throughout the females‟ body. (2) I explored whether the spines function as an anchor during copulation to prevent females from terminating the copulations earlier than beneficial for males. To test these hypotheses, I compared the mating performance of long and short spined males, which I generated experimentally in two complimentary ways. First, I used artificial selection to create long and short spined lines. Second, I shortened genital spines using micro laser ablation. Since copulation duration was not related to spine length, my results did not support the anchor hypothesis. However, my results showed that the dispersal of accessory seminal substances throughout the females‟ body increased with increasing spine length, and that long spined males achieved advantages in sperm competition. This provides the first evidence that genital spines increase male fertilization success by perforating female tissues, through which accessory seminal substances can pass more efficiently. Moreover, my results illustrate one way in which sexual selection can shape genital morphology.
Keywords (eng)
genital morphologygenital spinesrapid genital evolutionsexual conflictsperm competitionaccessory seminal substancesCallosobruchus maculatusBruchidae
Keywords (deu)
GenitalmorphologieGenitalstachelnGenitalevolutionSexueller KonfliktSpermienkonkurrenzCallosobruchus maculatusBruchidae
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1272642
rdau:P60550 (deu)
68 S.
Number of pages
70
Association (deu)
Title (eng)
The functional significance of genital spines in males of the seed beetle callosobruchus maculatus
Parallel title (deu)
Die Funktion von Genitalstacheln der Männchen des Samenkäfers Callosobruchus maculatus
Author
Cosima Hotzy
Abstract (deu)
Genitalstacheln, -haken und dergleichen, die Weibchen während der Kopulation verletzen, sind bei Männchen vieler Tierarten zu finden. Die Funktion solcher Genitalstrukturen und die Kräfte, die zu ihrer Evolution und Beibehaltung führen, werden seit Jahrzenten diskutiert. Der Adeagus von Callosobruchus maculatus (Coleoptera: Bruchidae) beispielsweise ist mit Stacheln versehen, die den weiblichen Geschlechtstrakt durchbohren und Narben hinterlassen. Eine komparative Studie hat gezeigt, dass Männchen mit längeren Genitalstacheln unter Spermienkonkurrenz höhere Befruchtungserfolge erzielen als kurzstachelige Männchen. Auf welche Weise die Stacheln den Befruchtungserfolg erhöhen, blieb allerdings ungeklärt. Im Rahmen meiner Diplomarbeit habe ich zwei Hypothesen über die Funktion der Genitalstacheln untersucht, die Perforierungshypothese und die Ankerhypothese. Die Perforierungshypothese besagt, dass die Genitalstacheln dazu dienen, den weiblichen Geschlechtstrakt zu perforieren, damit mehr Ejakulat der Männchen in die Hämolymphe der Weibchen gelangt. Das ist für die Männchen vorteilhaft, da sich im Ejakulat Substanzen befinden, die das weibliche Verhalten zugunsten der Männchen manipulieren. Obwohl angenommen wird, dass Genitalstacheln bei mehreren Insekten diese Funktion haben, ist diese Diplomarbeit meines Wissens die erste Studie, in der diese Hypothese überprüft wird. Laut der zweiten Hypothese - der Ankerhypothese - dienen die Genitalstacheln als Anker während der Kopulation, um zu verhindern, dass die Weibchen die Kopulation früher beenden, als es für die Männchen optimal ist. Dieser Hypothese zufolge ist zu erwarten, dass langstachelige Männchen länger kopulieren als kurzstachelige Männchen, da sich längere Stacheln effektiver verankern sollten. Um die Perforierungshypothese zu prüfen, wurden lang- und kurzstachelige Männchen mit 14-C markiert und untersucht, ob sich das Ejakulat von langstacheligen Männchen besser im weiblichen Körper ausbreitet. Die Ankerhypothese wurde getestet, indem die Kopulationsdauer von Paaren verglichen wurde, bei denen die Männchen entweder lange oder kurze Genitalstacheln hatten. Zusätzlich wurde überprüft, ob langstachelige Männchen unter Spermienkonkurrenz einen höheren Befruchtungserfolg haben, da in beiden Hypothesen davon ausgegangen wird, dass das so ist. Die lang- und kurzstacheligen Männchen, die in den Versuchen verwendet wurden, wurden mit zwei sich ergänzende Methoden erzeugt. Zum einen wurden Selektionslinien mit langen und kurzen Stacheln gezüchtet, zum anderen wurden Genitalstacheln mit einem Mikrolaser gekürzt, um Männchen mit unterschiedlicher Stachellänge zu erzeugen. Langstachelige Männchen kopulierten nicht länger als kurzstachelige Männchen, daher sprechen die Resultate gegen die Ankerhypothese. Des Weiteren zeigte es sich, dass sich mehr Ejakulat von langstacheligen als von kurzstacheligen Männchen im Körper des Weibchens ausbreitete und dass langstachelige Männchen unter Spermienkonkurrenz einen höheren Prozentsatz von Eizellen befruchteten als kurzstachelige Männchen. Diese Resultate sprechen dafür, dass die Genitalstacheln von C. maculatus die Ausbreitung des Ejakulats im weiblichen Körper fördern, und dass dies langstacheligen Männchen Befruchtungsvorteile verschafft. Die Studie illustriert darüber hinaus, wie sexuelle Selektion - in Form von Spermienkonkurrenz - die Morphologie von männlichen Genitalien beeinflussen kann.
Abstract (eng)
Male genitalia that bear spines, hooks and other conspicuous projections that cause harm to females during mating are common among animals. Yet, our knowledge about the function of such harmful genital traits is limited. In the seed beetle Callosobruchus maculatus, males possess genital spines that injure females during copulation. These spines aid males in sperm competition, but their exact function is unknown. Here, I explored the functional significance of the genital spines in C. maculatus by assessing two potential sperm competition advantages. (1) I investigated, if the genital spines increase the dispersal of accessory seminal substances throughout the females‟ body. (2) I explored whether the spines function as an anchor during copulation to prevent females from terminating the copulations earlier than beneficial for males. To test these hypotheses, I compared the mating performance of long and short spined males, which I generated experimentally in two complimentary ways. First, I used artificial selection to create long and short spined lines. Second, I shortened genital spines using micro laser ablation. Since copulation duration was not related to spine length, my results did not support the anchor hypothesis. However, my results showed that the dispersal of accessory seminal substances throughout the females‟ body increased with increasing spine length, and that long spined males achieved advantages in sperm competition. This provides the first evidence that genital spines increase male fertilization success by perforating female tissues, through which accessory seminal substances can pass more efficiently. Moreover, my results illustrate one way in which sexual selection can shape genital morphology.
Keywords (eng)
genital morphologygenital spinesrapid genital evolutionsexual conflictsperm competitionaccessory seminal substancesCallosobruchus maculatusBruchidae
Keywords (deu)
GenitalmorphologieGenitalstachelnGenitalevolutionSexueller KonfliktSpermienkonkurrenzCallosobruchus maculatusBruchidae
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1272643
Number of pages
70
Association (deu)
License
Citable links
Other links
Managed by
Details
Metadata
Export formats
Universitätsring 1, 1010 Wien | T
T +43-1-4277-0