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The Effect of Activity Level and Ambient Temperature on Thermoregulation in Isolated Honeybees (Hymenoptera: Apidae)

[Einfluß von Aktivitätsstufe und Umgebungstemperatur auf die Thermoregulation isolierter Honigbienen (Hymenoptera: Apidae)]

Stabentheiner, Anton; Crailsheim, Karl

Entomologia Generalis Volume 24 Number 1 (1999), p. 13 - 21

31 references

published: Jun 1, 1999

DOI: 10.1127/entom.gen/24/1999/13

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Abstract

Thermoregulation of isolated honeybee workers was studied at 25° and 35°C ambient temperature by means of infrared thermography. Thoracic temperatures of bees free to move within small boxes were measured repeatedly and analyzed according to the bees' activity level: standing motionless, walking slowly, walking fast, etc. Also, thermographic measurements were made on bees experimentally immobilized but unharmed. The artificially immobilized bees were thermoregulating to an unpredictable extent, with a thoracic temperature excess of 0°-9°C above ambient temperature, which leads to the conclusion that research on energy turnover has to be done in animals which are free to move if conclusions relevant to natural situations are intended. The thoracic surface temperatures of the bees that could move freely also varied within wide limits, in this case following a bimodal distribution. One peak was near ambient temperature and the second peak around 35°-42°C at 25°C and around 38°-43°C at 35°C ambient temperature. Furthermore, considering the bees' level of activity led to a clear reduction of variability of the data. Spontaneously motionless bees exhibited the smallest temperature excess, amounting to 2.3 and O.3°C at 25° and 35°C, respectively. The most active bees regulated thoracic temperature at an increased level (up to 42.8 °C) to be able to move fast and to be prepared for immediate takeoff. In order for bees to regulate thoracic temperatures at a constant level independent of ambient temperature, energetic investment was much higher at lower ambient temperature: moderately active bees showed a thoracic temperature excess of 9.3 °C at an ambient temperature of 25 °C, but only 3.5°C at 35°C. Fast walking bees showed an even increased temperature excess of 14.3° and 5.6°C, respectively. Since, for the same behavior, the difference in ambient temperature did not change the bees' speed of motion as estimated by eye, it can be concluded that the greater part of the thoracic temperature excess originates from thermoregulation via the thoracic flight muscles, and was only in small part the result of walking activity.

Kurzfassung

Mit Hilfe der berührungslosen Infrarot-Thermografie wurde die Thermoregulation von isolierten, in kleinen Kästchen frei beweglichen und von fixierten Honigbienen bei Umgebungstemperaturen von 25° und 35°C untersucht und mit dem Verhalten verglichen. Bei immobilisierten Bienen war der Grad der Thermoregulation nur schwer vorhersagbar, die thorakale Temperatur-Erhöhung schwankte im Bereich von 0°-9°C über der Umgebungstemperatur. Bestimmungen des Energieumsatzes an immobilisierten Tieren erlauben aber keinen Schluß auf den Energieumsatz frei beweglicher Bienen unter natürlichen Verhältnissen. Die Thorax-Temperatur der frei beweglichen Bienen schwankte ebenfalls in einem weiten Bereich. Sie folgte einer zweigipfeligen Verteilung mit einem Gipfel nahe der Umgebungstemperatur und einem zweiten Gipfel 10°-l7°C bzw 3°-8°C über den Umgebungstemperaturen von 25° bzw 35°. Durch Berücksichtigung der Aktivität der Bienen konnten die Temperaturmessungen jedoch deutlich präzisiert werden. Freiwillig bewegungslose Bienen zeigten eine geringe thorakale Temperaturerhöhung von 2,3° bzw 0,3°C über den Umgebungstemperaturen von 25° bzw 35°C. Die aktiven Bienen regulierten ihre Thorax-Temperatur auf einem erhöhten Niveau (bis 42,8°C), um beweglich und abflugbereit zu sein. Um die Thorax-Temperatur möglichst unabhängig von der Umgebungstemperatur auf einem hohen Niveau regulieren zu können, investierten sie bei niedriger Umgebungstemperatur deutlich mehr Energie: Die thorakale Temperaturerhöhung der Bienen, die sich nur wenig bewegten, betrug 9,3°C bei einer Umgebungstemperatur von 25°C, aber nur 3,5°C bei 35°C. Schnell gehende Bienen zeigten eine noch größere thorakale Temperaturerhöhung von 14,3° bzw 5,6°C. Da die Laufgeschwindigkeit bei den einzelnen Aktivitätsstufen zwischen den beiden Umgebungstemperaturen visuell nicht unterscheidbar war, wird geschlossen, daß die thorakale Temperaturerhöhung überwiegend durch Thermoregulation mit Hilfe der Flugmuskulatur und nur zu einem geringen Teil durch die Aktivität der thorakalen Laufmuskulatur bedingt war.

Keywords

Apis mellifera carnica Pollmann 1879activity levelflight musclesthoracic temperaturewalking activityAktivitätsverteilungEnergieumsatzInfrarot-ThermografieLaufgeschwindigkeitThorax-Temperatur