Mating behavior in the spider mite Tetranychus urticae

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012Associado ao ato de acasalamento estão inúmeros custos e benefícios. Machos e fêmeas partilham alguns destes. No entanto, a sua distribuição não é igual entre sexos, o que leva a que surjam conflitos de interesse no que diz respeito, nomeadamente, à frequência de acasalamento. Os níveis de conflito sexual podem, no entanto, variar. Um dos fatores que afecta os níveis de conflito sexual é o padrão de prioridade do esperma: Quando o acasalamento efectivo é o último, espera-se uma elevada frequência de acasalamentos, o que leva a elevados níveis de conflito. No entanto, nas espécies em que apenas o primeiro acasalamento é efectivo, acasalar múltiplas vezes pode tornar-se custoso para ambos os sexos e, quando tal acontece, a frequência de acasalamentos devia deixar de ser uma fonte de conflito entre machos e fêmeas. Neste caso, ambos os sexos deviam investir todos os seus recursos no primeiro acasalamento, evoluindo para a monandria. No entanto, existem espécies em que, apesar de apenas o primeiro acasalamento ser efectivo, se verifica um elevado número de múltiplos acasalamentos. De modo a podermos estudar este paradoxo, escolhemos como objecto de estudo o ácaro-aranha, Tetranychus urticae. Em T. urticae, o primeiro acasalamento parece ser, na maioria dos casos, o único acasalamento efetivo. Em consequência, seria de esperar que as fêmeas virgens fossem o alvo primário dos machos desta espécie. No entanto, e apesar de tal parecer não conferir qualquer evidente aumento de fitness para ambos os sexos, os machos são frequentemente observados a acasalar com fêmeas fecundadas. Uma possível explicação para a observação de tal comportamento, é o facto de se ter verificado que o segundo macho pode fecundar alguns ovos se o intervalo entre o primeiro e o segundo acasalamento for inferior a 24 horas ou se o primeiro acasalamento for interrompido artificialmente. No entanto, nunca se verificou se alguma destas situações ocorre em condições naturais e quão frequentes, e consequentemente quão importantes, estas exceções realmente são. Por outro lado, à parte a possível fertilização de ovos, outros fatores podem ser responsáveis pela existência de acasalamento múltiplo. Por exemplo, os machos podem não conseguir discriminar se uma fêmea acasalou há mais ou menos de 24 horas, ou, ao acasalar, os segundos machos podem reduzir a fertilização de ovos do primeiro macho, aumentando assim a sua fitness relativa na população. O objetivo desta tese foi, então, contribuir para a compreensão do comportamento sexual da espécie Tetranychus urticae testando um conjunto de hipóteses que o tentam explicar: Em primeiro lugar, procurámos testar se realmente um segundo acasalamento pode ser efetivo em populações de T. urticae e qual a sua frequência. Para tal, 40 fêmeas foram isoladas da população base, e mantidas individualmente numa folha onde puseram ovos durante seis dias. Esperou-se que os ovos se desenvolvessem até à idade adulta e todas as fêmeas, assim como dez filhas por mãe, foram sequenciadas. 19 microssatélites foram analisados. De um total esperado de 7600 casos a analisar na procura de um alelo pertencente a um segundo macho, apenas 4263 foram sequenciados com sucesso. No entanto, em várias sequências foram detectados erros protocolares tais como contaminação e "allelic dropout". Apesar disso, em pelo menos 92 casos, a presença de um alelo de um segundo machos parece ser visível. No entanto, devido aos vários problemas protocolares, não foi possível concluir qual a frequência de fertilização múltipla em populações de T. urticae. Em segundo lugar, testámos 2 hipóteses não exclusivas que procuram explicar o comportamento sexual observado: A primeira propõe que os machos não são capazes de distinguir entre fêmeas fertilizadas com as quais podem ter acasalamentos efetivos - ou seja, fêmeas que acasalaram há menos de 24 horas - e fêmeas fertilizadas com as quais tais acasalamentos são impossíveis -ou seja, fêmeas que acasalaram há mais de 24 horas. Esta hipótese prevê que os machos acasalam indiscriminadamente com estes dois tipos de fêmea. Para testar esta hipótese, foram feitos teste de preferência em que um macho foi colocado com duas fêmeas, sendo registado qual a primeira fêmea escolhida por esse macho. Foram utilizadas fêmeas virgens e fêmeas fertilizadas com diferentes idades e que, no caso das fêmeas fecundadas, tinham acasalado ou há mais ou há menos de 24 horas antes do teste. Não foram encontradas quaisquer evidências de um efeito de idade das fêmeas na escolha dos machos. Estes demonstraram uma clara preferência para acasalar com fêmeas virgens, um resultado que corrobora estudos anteriores. No entanto, não foi verificada qualquer preferência por fêmeas fecundadas há mais ou menos de 24 horas. Para além disso, os machos que acasalaram com fêmeas fecundadas apresentaram um maior tempo de latência até à cópula e uma menor duração da cópula do que machos que acasalaram com fêmeas virgens, independentemente da fêmea ter acasalado há mais ou menos de 24 horas. Estes resultados sugerem que esta segunda cópula ou é feita com menos motivação, ou tem outro propósito que não é o de fertilizar fêmeas. Em qualquer caso, esta observação sugere que nenhum tipo de fêmea fecundada está disponível para ser fertilizada pelo segundo macho. A segunda hipótese testada propõe que acasalar com fêmeas fertilizadas permite aos machos aumentar a sua fitness relativa, ao diminuir a fitness do primeiro macho com quem as fêmeas acasalaram. Isto seria alcançado neutralizando o esperma do primeiro macho. Esta hipótese pressupõe que o efeito do esperma do segundo macho deva ser menos nefasto quando o primeiro esperma pertence a um macho aparentado, já que é menos vantajoso para o segundo macho eliminá-lo. Testando esta última hipótese, podemos saber se, na verdade, há uma vantagem indireta em acasalar. Quatro tratamentos diferentes foram criados: No primeiro, uma fêmea foi colocada numa folha, tendo ao longo da vida apenas uma oportunidade de acasalamento com dois machos aparentados (OMr – "One mating opportunity with related males"); Para tal, as fêmeas foram colocadas sozinhas numa folha à qual foram adicionados dois machos aparentados. Dois dias depois, os machos foram removidos e a fêmea permaneceu sozinha durante mais dois dias. Após esses dois dias, a fêmea foi transferida para uma nova folha onde permaneceu sozinha durante 4 dias. Ao longo da sua vida, de quatro em quatro dias, a fêmea era transferida para uma nova folha, mantendo-se sozinha. O número de ovos e o rácio sexual terciário da descendência por folha foram registados. O segundo tratamento, decorreu como o primeiro. No entanto, os machos adicionados na folha não eram aparentados (OMu – "One mating opportunity with unrelated males"). Nos dois últimos tratamentos, as fêmeas testadas tinham múltiplas hipóteses de acasalamento ao longo da sua vida. No terceiro tratamento (MMr – "multiple mating opportunities with related males"), as fêmeas foram colocadas sozinhas numa folha à qual foram adicionados dois machos aparentados. Dois dias depois, os machos foram removidos e a fêmea permaneceu sozinha durante dois dias adicionais. Após estes dois dias, a fêmea foi transferida para uma nova folha e dois novos machos aparentados foram adicionados. Este processo repetiu-se ao longo da vida da fêmea, ocorrendo a transferência para um nova folha de quatro em quatro dias. Mais uma vez, o número de ovos e o rácio sexual terciário da descendência foram registados. O quarto tratamento, apenas diferiu do terceiro no parentesco dos machos utilizados: todos os machos utilizados eram não aparentados entre eles (MMu –"multiple mating opportunities with unrelated males"). Verificou-se que fêmeas com uma oportunidade de acasalamento com machos aparentados apresentam uma maior fecundidade do que as fêmeas dos restantes tratamentos. Os resultados do rácio sexual são inconsistentes entre experiências. No entanto, numa das réplicas, as fêmeas com uma oportunidade de acasalamento com machos aparentados têm tendencialmente o menor rácio sexual, sendo este rácio significativamente diferente do rácio dos tratamentos OMu e MMr. Estes resultados, em particular os da fecundidade, sugerem que as diferenças entre OMr e os restantes tratamentos são na verdade diferenças entre fêmeas que acasalaram múltiplas vezes e fêmeas que acasalaram apenas uma vez e que o esperma do segundo macho pode, de facto, ter um efeito nefasto no esperma do primeiro macho através da fecundidade das fêmeas. Esta hipótese estará correcta se admitirmos que os machos, ao verem outro macho aparentado acasalar, optam por não acasalar com essa fêmea. Neste caso, as fêmeas do tratamento OMr terão acasalado apenas uma vez, não sofrendo o efeito nefasto do esperma. No entanto, novas experiências têm que ser levadas a cabo para confirmar esta hipótese. Caso esteja correcta, a utilização do esperma como forma de diminuir a performance do primeiro macho a acasalar com a fêmea pode, então, ser a razão pela qual os machos acasalam com fêmeas fecundadas, admitindo que tal não permite aos machos ter descendência. Novas experiências são propostas para testar esta mesma hipótese. Os resultados aqui obtidos dão pistas de potencial relevância para a compreensão do comportamento sexual do ácaro-aranha T.urticae. No entanto, novas experiências são necessárias para compreender na totalidade este comportamento.In Tetranychus urticae, only the first mating is effective, except if the interval between first and second copulations is shorter than 24 hours or if the first mating is interrupted. However, males often attempt to copulate with mated females. During my thesis, I addressed this paradox. First, we tested whether female offspring can be attributed to multiple fathers, using 19 microsatellites on 40 females and their female offspring. High frequency of allelic dropout and contaminations hampered a firm conclusion on the frequency of second male fertilization. Still, in 92 cases out of 3147 sequenced, we found clear evidence for this event. Second, we tested whether males prefer to mate with females that have mated within the preceding 24 hours or to those that have mated before that period. We concluded that males are unable to distinguish between these two types of females. Moreover, the time to mating was longer and the mating duration shorter when males mated with mated females, relative to virgins, irrespective of their timing of mating. This confirms a lack of distinction between different types of mated females and suggests that males are either less motivated to mate with mated females or that the second mating occurs for a different reason than siring offspring. Finally, we tested whether the second mating aims to reduce the fitness of the first male, by reducing its offspring (through higher sex ratio or lower fecundity). We predicted that this strategy will aim at unrelated but not related males. We thus created four treatments, with females mating with two related or unrelated males, once or throughout their lives. Only females with one mating opportunity with related males had higher fecundity than all other treatments, supporting our hypothesis. These results are a first step toward the understanding of spider mite mating behavior