Behavioural discrimination of solitary and gregarious phases of Anticarsia gemmatalis Hübner (Lepidoptera: Noctuidae)

Abstract

Anticarsia gemmatalis is a species of Lepidoptera characterized by the capacity to express differentially its genotype as part of adaptation strategies to environmental changes. This phenomenon is called phenotypic plasticity and is considered one of the main reasons for the evolutionary success. Phenotypes or "phases" described for larvae of Anticarsia gemmatalis are: solitary, gregarious and intermediary. These phases differ not only in morphological parameters but also in physiological, ecological and behavioural parameters. As regards the behaviour, many studies have confirmed that this is a basic component of phenotypic plasticity and the first to be expressed when there is a phase change. For Lepidoptera, although some clues are known, the factors that induce and maintain the phase change process have not been fully elucidated. Thus, the objectives of our study were to describe the behavioural repertoires of solitary and gregarious phases of Anticarsia gemmatalis and test if specific mechanical and/or chemical stimuli induce the phase change in this species. For the description of the behavioural repertoire were used 50 solitary and 50 gregarious phase larvae. In an experimental arena, each larva was observed for 780s in order to register the different components of its behaviour. For the induction of phase change, solitary phase larvae were selected and divided into groups in which stimuli were applied. To apply the mechanical stimulus 120 solitary larvae were selected and divided into 4 groups of 30 which were stimulated with a nylon thread on the head, on the third abdominal segment or on the last abdominal segment, according to the group. The control group remained without stimulation. To apply chemical stimulus 160 larvae were selected and divided into four groups of 40. For the three stimulus groups cuticular hydrocarbon extracts of Anticarsia gemmatalis solitary phase larvae, Anticarsia gemmatalis gregarious phase larvae and Spodoptera frugiperda larvae were used, according to the group. For the control group we applied the organic solvent used in the extraction of cuticular hydrocarbons. The selected larvae were exposed to cuticular hydrocarbons by allowing them to walk on a filter paper containing the extracts for 12 hours. For the first objective, the results indicated that there is a difference between the behaviours of Anticarsia gemmatalis solitary and gregarious phases. The solitary phase larvae are characterized by having a more sedentary behaviour and perform a larger number of head movements; meanwhile, gregarious phase larvae are characterized by being more active in the arena and by perform a greater number of walking events. Regarding the second objective, the results indicated that none of the treatments differed significantly (p <0.05), so none of the applied stimuli induced a phase change in this species. We believe that differences in behavioural patterns could be reflecting adaptive processes inherent to lifestyles of the phases and that these differences can have an impact on the biology, ecology and distribution strategies of Anticarsia gemmatalis.

Anticarsia gemmatalis é uma espécie da ordem Lepidoptera caracterizada pela capacidade de expressão diferencial de seu genótipo como parte de estratégias de adaptação às mudanças ambientais. O fenômeno é denominado plasticidade fenotípica e é considerado uma das principais razões do seu sucesso evolutivo. Os fenótipos ou “fases” descritas para as larvas de Anticarsia gemmatalis são: solitária, gregária e intermediária. Estas fases se diferenciam não só em parâmetros morfológicos, mas também em fisiológicos, ecológicos e comportamentais. No que respeita ao comportamento, diversos estudos confirmam que este é um componente básico da plasticidade fenotípica e uns dos primeiros em expressar-se quando ocorre uma mudança de fase. Para lepidópteros, embora se conheçam algumas pistas, os fatores que induzem e mantem o processo de mudança de fase não foram completamente elucidados. Diante disso os objetivos do nosso trabalho foram: descrever os repertórios comportamentais das fases solitária e gregária de Anticarsia gemmatalis e, testar se determinados estímulos mecânicos ou/e químicos induzem a mudança de fase nesta espécie. Para a descrição do repertório comportamental foram utilizadas 50 larvas em fase solitária e 50 em fase gregária. Em uma arena experimental cada uma das larvas foi observada durante 780s, registrando assim diferentes componentes do comportamento. Para a indução da mudança de fase foram selecionadas larvas em fase solitária e divididas em grupos nos quais foram aplicados estímulos. Para aplicar o estimulo mecânico foram selecionadas 120 larvas solitárias e divididas em quatro grupos de 30. Foram feitas uma serie de toques com nylon na cabeça, no terceiro segmento abdominal ou no último segmento abdominal, segundo o grupo. O grupo controle permaneceu sem estimulo. Para aplicar o estimulo químico foram selecionadas 160 larvas e divididas em quatro grupos de 40. Foram usados extratos de hidrocarbonetos cuticulares de: larvas em fase solitária de Anticarsia gemmatalis, larvas em fase gregária de Anticarsia gemmatalis e larvas de Spodoptera frugiperda, segundo o grupo. Para o grupo controle foi utilizado o solvente orgânico usado na extração dos hidrocarbonetos. As larvas selecionadas foram expostas aos hidrocarbonetos cuticulares colocando-as para caminhar sobre um papel filtro que continha os extratos durante 12 horas. Para o primeiro objetivo, os resultados indicaram que existe sim uma diferença entre o comportamento das larvas em fase solitária e fase gregária. As larvas em fase solitária se caracterizaram por apresentar comportamento mais sedentário e por realizar um maior número de movimentos com a cabeça; pelo contrário as larvas em fase gregária se caracterizaram por serem mais ativas na arena e por realizar um maior número de eventos de caminhada. Com respeito ao segundo objetivo, os resultados indicaram que nenhum dos tratamentos foi diferente significativamente (p<0.05), o seja nenhum dos estímulos aplicados induziu a mudança de fenótipo nesta espécie. Acreditamos que as diferenças nos padrões comportamentais poderiam estar refletindo processos adaptativos inerentes ao estilo de vida de cada fase e também, que estas diferenças podem ter um impacto sobre a biologia, ecologia e estratégias de distribuição de Anticarsia gemmatalis.