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Phenotypic Plasticity in Choleva agilis to Maintain Fitness in an Unpredictable Environment (Coleoptera: Cholevidae)

[Phänotypische Plastizität bei dem Nestkäfer Choleva agilis zur Aufrechterhaltung seiner Anpassung an eine nicht vorhersagbare Umwelt (Coleoptera: Cholevidae)]

Ehlert, Ralf; Topp, Werner; Thiemermann, Stephanie; Brett, Birgit

Entomologia Generalis Volume 21 Number 3 (1997), p. 145 - 159

26 references

published: Jan 1, 1997

DOI: 10.1127/entom.gen/21/1997/145

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Abstract

Choleva agilis Illiger 1789 is a cold season species which reproduces and develops in winter months and obligatorily aestivates in the early adult stage from IV until IX. Aestivation delays, and tends to synchronize, the developmental cycle with the season rather than avoids deteriorating climatic conditions. Females [FF] oviposit for about 150 days. However, at the end of pre-imaginal development in the spring the adults emerge within a relatively narrow time interval of about 35 days. Synchronisation of individual development within the population is caused by the differences in thermal thresholds in subsequent pre-imaginal stages, and by the changing temperatures during winter months as well. The narrow time interval of adult emergence is not maintained until the age of first reproduction. By contrast, diapause intensity varies and gives the capability to spread the onset of reproduction over a time interval of more than 200 days, even between full sibs. Spreading the age at first reproduction even within families, and the relatively low heritability in the duration of diapause (h2 = 0.12 ± 0.018), are interpreted as bet-hedging mechanisms to cope with the vagaries of weather conditions in an unpredictable environment. Temporal spreading of reproduction is so pervasive that it provides the opportunity for at least some daughters of each single dam to match the correct date of oviposition, independently of birth dates and weather conditions which could be expected in the area of study. There is insufficient synchronisation of the developmental cycle with the season by diapause intensity when (a) oviposition is very early in the season, and (b) the entire pre-imaginal development occurs at extremely high temperatures. Under these circumstances an ecological tuning by photoperiod and temperature is neccessary.

Kurzfassung

Der Nestkäfer Choleva agilis ist winteraktiv. Die Reproduktion erfolgt in den Herbst- und Wintermonaten, die prä-imaginale Entwicklung im Winter; dann folgt eine Aestivation der Imagines, die meistens von IV-IX andauert. Die Aestivation dient dazu, den Entwicklungszyklus des Käfers mit der Jahreszeit zu synchronisieren. Sie dient nicht zur Vermeidung ungünstiger Klimabedingungen. Die Eiablage der Weibchen dürfte im Freiland in einer Zeitspanne von 150 Tagen erfolgen. Durch die unterschiedlichen monatlichen Wintertemperaturen und die verschiedenen Entwicklungsnullpunkte der prä-imaginalen Entwicklungsstadien wird die Entwicklung aller Individuen synchronisiert, so daß die Imagines innerhalb von 35 Tagen schlüpfen. Die Synchronisation der Individualentwicklungen bis zum Schlupf der Imagines wird allerdings nicht aufrechterhalten. Vielmehr ist die individuell ausgeprägte Länge der Imaginaldiapause so unterschiedlich stark, daß bei konstanten Zuchtbedingungen (lO°C, SD) der Beginn der Reproduktionszeit um mehr als 200 Tage verschieden sein kann. Das unterschiedliche Alter zum Fortpflanzungsbeginn und die geringe Vererbbarkeit (h2 = 0.12 + 0.018) des Merkmals "Länge der Diapause" (=Diapause-Intensität) werden als ein Mechanismus der Risikostreuung gedeutet, der eine Anpassung an unvorhersehbare Umweltbedingungen ermöglicht. Der unterschiedliche Fortpflanzungsbeginn ist selbst bei Geschwistern so deutlich, daß es wenigstens einer Tochter einer jeden Mutter gelingen sollte, zum günstigsten Zeitpunkt mit der eigenen Fortpflanzungsperiode zu beginnen, um so für eine maximale Nachkommenzahl zu sorgen, unabhängig davon, zu welchem Zeitpunkt sie selbst geboren wurde oder wie die zu erwartenden Witterungsbedingungen sein werden. Sollte allerdings die Fortpflanzung sehr früh im Herbst erfolgen oder sollten die Wintertemperaturen überdurchschnittlich hoch sein, so kann die Individualentwicklung nicht durch die Diapause-Intensität mit dem Jahresgang synchronisiert werden. Unter diesen Voraussetzungen führt die Sensitivität der Imagines gegenüber Temperatur und Photoperiode zur Absicherung einer zirkannualen Entwicklung.

Keywords

Diapause intensitytemperaturephotoperiodreproductionheritability