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An analysis of competitive traits in pest ant species
An analysis of competitive traits in pest ant species
The successful spread of invasive species can often be explained by specific behavioral, morphological, chemical and genetic traits. Studies suggest that those traits are also present in native species that expand strikingly fast and turn into an issue for the environment. Mass occurrences of the native pest ant species Formica fuscocinerea have recently become a concern for leisure areas in Southern Germany. This thesis investigates whether these mass occurrences can similarly be explained by traits known from invasive species, such as a high interspecific dominance and extensive colony networks. As cooperation among large numbers of individuals requires pronounced communication abilities, this thesis also investigates whether pheromone communication contributes to the superiority of invasive ants. Therefore, competitive strength and pheromone communication of the invasive garden ant Lasius neglectus is compared with those of the two closely related native sister species Lasius niger and Lasius platythorax. Identifying the pheromones used for communication can facilitate more specific control of pest ant species. Targeted controlmethods use baits or traps that are equipped with species-specific pheromone attractants. Ants naturally use pheromone attractants produced in pheromone glands for foraging. This thesis compares hindgut, poison gland and Dufour’s gland pheromones of L. neglectus against those of L. niger and L. platythorax to identify species-specific attractants for the invasive garden ant. The results show that the native pest ant species F. fuscocinerea is able to dominate other ant species by pronounced interspecific aggression. In contrast, F. fuscocinerea does not show intraspecific aggression among individuals from distant populations indicating weak or nonexistent colony boundaries. Thus, the striking mass occurrences of F. fuscocinerea can be attributed to traits known from invasive ant species. The trail communication of the invasive garden ant L. neglectus seems to be adapted to the exploitation of stable and productive food sources. Lasius neglectus shows a higher precision in following hindgut trails than the native Lasius species. The pheromone blends of the studied glands are notably different. Of 60 identified substances are 9 specific to the invasive L. neglectus, 26 to L. niger and 4 to L. platythorax. The chemical attractant 2,6-dimethyl-3-ethyl-5-hepten-1-ol can unambiguously be assigned to the hindgut of the invasive garden ant L. neglectus. Thus, this substance is a promising candidate for a species-specific attractant in the control of the invasive garden ant L. neglectus. High interspecific aggression and supercolonial structures are important traits of invasive ant species and this dissertation suggests that they likewise enable the native pest ant F. fuscocinerea to become dominant. A considerably more sophisticated pheromone communication does not necessarily belong to traits of invasive ants, particularly L. neglectus. However, the findings are provisional and require further investigation. Yet, the analyses of the communication pheromones provide a basis for the species-specific control of L. neglectus., Die erfolgreiche Ausbreitung invasiver Arten kann häufig mit bestimmten Verhaltensweisen, morphologischen, chemischen und genetischen Eigenschaften erklärt werden. Untersuchungen lassen vermuten, dass diese Eigenschaften auch bei den heimischen Arten vorkommen, die sich auffallend schnell ausbreiten und zu einem Problem für die Umwelt werden. Massenvorkommen der heimischen Pestameisenart Formica fuscocinerea wurden jüngst zu einem großen Problem auf Freizeitflächen in Süddeutschland. Diese Arbeit untersucht, inwiefern dieseMassenvorkommen auf ähnlicheWeise durch Eigenschaften erklärt werden können, wie sie von invasiven Arten bekannt sind, wie etwa eine hohe zwischenartliche Dominanz und ausgedehnte Kolonievernetzung. Da die Kooperation einer großen Anzahl von Individuen ausgeprägte Kommunikationsfähigkeiten benötigt, untersucht diese Arbeit zudem, ob die Pheromonkommunikation zur Überlegenheit invasiver Arten beiträgt. Dafür werden die Konkurrenzstärke und die Pheromonkommunikation der invasiven Gartenameise Lasius neglectus mit denen zweier nah verwandter heimischer Schwesternarten Lasius niger und Lasius platythorax verglichen. Eine Identifikation der Pheromone, die für die Kommunikation verwendet werden, kann eine spezifischere Bekämpfung von Pestameisenarten ermöglichen. Zielgerichtete Kontrollmethoden verwenden Köder oder Fallen, diemit artspezifischen Pheromonlockstoffen ausgestattet sind. Ameisen verwenden Pheromonlockstoffe, die in Pheromondrüsen produziert werden, naturgemäß bei der Futtersuche. Diese Arbeit vergleicht Pheromone aus dem Enddarm, der Giftdrüse und der Dufourdrüse von L. neglectus mit denen von L. niger and L. platythorax um artspezifische Lockstoffe für die invasive Gartenarmeise zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die heimische Pestameisenart F. fuscocinerea in der Lage ist, andere Ameisen durch ausgeprägte zwischenartliche Aggression zu dominieren. ImGegensatz dazu zeigt F. fuscocinerea keine innerartliche Aggression zwischen Individuen von entfernten Populationen, was auf schwache oder nicht vorhandene Koloniegrenzen hinweist. Folglich können die auffälligen Massenauftreten von F. fuscocinerea Eigenschaften zugeschrieben werden, die von invasive Ameisenarten bekannt sind. Die Spurkommunikation der invasiven Gartenameise L. neglectus scheint an die Ausbeutung stabiler und ergiebiger Nahrungsquellen angepasst zu sein. Lasius neglectus zeigt eine höhere Präzision beim Verfolgen von Enddarmspuren als die heimischen Lasius Arten. Die Pheromonzusammensetzungen der untersuchten Drüsen sind deutlich unterschiedlich. Von 60 identifizierten Substanzen sind 9 spezifisch für die invasive L. neglectus, 26 für L. niger und 4 für L. platythorax. Der chemische Lockstoff 2,6-Dimethyl-3-ethyl-5-hepten-1-ol kann eindeutig dem Enddarmder invasive Gartenameise L. neglectus zugeordnet werden. Diese Substanz ist somit ein vielversprechender Kandidat für einen artspezifischen Lockstoff zur Bekämpfung der invasiven Gartenameise L. neglectus. Hohe zwischenartliche Aggression und superkoloniale Strukturen sind wichtigeMerkmale invasiver Ameisenarten und diese Arbeit weist darauf hin, dass sie in gleicher Weise der heimischen Pestart F. fuscocinerea ermöglichen dominant zu werden. Eine deutlich raffiniertere Pheromonkommunikation gehört allerdings nicht notwendigerweise zu den Merkmalen invasiver Ameisen, insbesondere nicht zu denen von L. neglectus. Die Erkenntnisse gelten jedoch nur vorläufig und benötigen weitere Untersuchungen. Dennoch bietet die Analyse der Kommunikationspheromone eine Grundlage für die artspezifische Kontrolle von L. neglectus.
Ecology, behavioural analysis, invasive, pest ant
Pohl, Angelika
2019
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Pohl, Angelika (2019): An analysis of competitive traits in pest ant species. Dissertation, LMU München: Faculty of Biology
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Abstract

The successful spread of invasive species can often be explained by specific behavioral, morphological, chemical and genetic traits. Studies suggest that those traits are also present in native species that expand strikingly fast and turn into an issue for the environment. Mass occurrences of the native pest ant species Formica fuscocinerea have recently become a concern for leisure areas in Southern Germany. This thesis investigates whether these mass occurrences can similarly be explained by traits known from invasive species, such as a high interspecific dominance and extensive colony networks. As cooperation among large numbers of individuals requires pronounced communication abilities, this thesis also investigates whether pheromone communication contributes to the superiority of invasive ants. Therefore, competitive strength and pheromone communication of the invasive garden ant Lasius neglectus is compared with those of the two closely related native sister species Lasius niger and Lasius platythorax. Identifying the pheromones used for communication can facilitate more specific control of pest ant species. Targeted controlmethods use baits or traps that are equipped with species-specific pheromone attractants. Ants naturally use pheromone attractants produced in pheromone glands for foraging. This thesis compares hindgut, poison gland and Dufour’s gland pheromones of L. neglectus against those of L. niger and L. platythorax to identify species-specific attractants for the invasive garden ant. The results show that the native pest ant species F. fuscocinerea is able to dominate other ant species by pronounced interspecific aggression. In contrast, F. fuscocinerea does not show intraspecific aggression among individuals from distant populations indicating weak or nonexistent colony boundaries. Thus, the striking mass occurrences of F. fuscocinerea can be attributed to traits known from invasive ant species. The trail communication of the invasive garden ant L. neglectus seems to be adapted to the exploitation of stable and productive food sources. Lasius neglectus shows a higher precision in following hindgut trails than the native Lasius species. The pheromone blends of the studied glands are notably different. Of 60 identified substances are 9 specific to the invasive L. neglectus, 26 to L. niger and 4 to L. platythorax. The chemical attractant 2,6-dimethyl-3-ethyl-5-hepten-1-ol can unambiguously be assigned to the hindgut of the invasive garden ant L. neglectus. Thus, this substance is a promising candidate for a species-specific attractant in the control of the invasive garden ant L. neglectus. High interspecific aggression and supercolonial structures are important traits of invasive ant species and this dissertation suggests that they likewise enable the native pest ant F. fuscocinerea to become dominant. A considerably more sophisticated pheromone communication does not necessarily belong to traits of invasive ants, particularly L. neglectus. However, the findings are provisional and require further investigation. Yet, the analyses of the communication pheromones provide a basis for the species-specific control of L. neglectus.

Abstract

Die erfolgreiche Ausbreitung invasiver Arten kann häufig mit bestimmten Verhaltensweisen, morphologischen, chemischen und genetischen Eigenschaften erklärt werden. Untersuchungen lassen vermuten, dass diese Eigenschaften auch bei den heimischen Arten vorkommen, die sich auffallend schnell ausbreiten und zu einem Problem für die Umwelt werden. Massenvorkommen der heimischen Pestameisenart Formica fuscocinerea wurden jüngst zu einem großen Problem auf Freizeitflächen in Süddeutschland. Diese Arbeit untersucht, inwiefern dieseMassenvorkommen auf ähnlicheWeise durch Eigenschaften erklärt werden können, wie sie von invasiven Arten bekannt sind, wie etwa eine hohe zwischenartliche Dominanz und ausgedehnte Kolonievernetzung. Da die Kooperation einer großen Anzahl von Individuen ausgeprägte Kommunikationsfähigkeiten benötigt, untersucht diese Arbeit zudem, ob die Pheromonkommunikation zur Überlegenheit invasiver Arten beiträgt. Dafür werden die Konkurrenzstärke und die Pheromonkommunikation der invasiven Gartenameise Lasius neglectus mit denen zweier nah verwandter heimischer Schwesternarten Lasius niger und Lasius platythorax verglichen. Eine Identifikation der Pheromone, die für die Kommunikation verwendet werden, kann eine spezifischere Bekämpfung von Pestameisenarten ermöglichen. Zielgerichtete Kontrollmethoden verwenden Köder oder Fallen, diemit artspezifischen Pheromonlockstoffen ausgestattet sind. Ameisen verwenden Pheromonlockstoffe, die in Pheromondrüsen produziert werden, naturgemäß bei der Futtersuche. Diese Arbeit vergleicht Pheromone aus dem Enddarm, der Giftdrüse und der Dufourdrüse von L. neglectus mit denen von L. niger and L. platythorax um artspezifische Lockstoffe für die invasive Gartenarmeise zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die heimische Pestameisenart F. fuscocinerea in der Lage ist, andere Ameisen durch ausgeprägte zwischenartliche Aggression zu dominieren. ImGegensatz dazu zeigt F. fuscocinerea keine innerartliche Aggression zwischen Individuen von entfernten Populationen, was auf schwache oder nicht vorhandene Koloniegrenzen hinweist. Folglich können die auffälligen Massenauftreten von F. fuscocinerea Eigenschaften zugeschrieben werden, die von invasive Ameisenarten bekannt sind. Die Spurkommunikation der invasiven Gartenameise L. neglectus scheint an die Ausbeutung stabiler und ergiebiger Nahrungsquellen angepasst zu sein. Lasius neglectus zeigt eine höhere Präzision beim Verfolgen von Enddarmspuren als die heimischen Lasius Arten. Die Pheromonzusammensetzungen der untersuchten Drüsen sind deutlich unterschiedlich. Von 60 identifizierten Substanzen sind 9 spezifisch für die invasive L. neglectus, 26 für L. niger und 4 für L. platythorax. Der chemische Lockstoff 2,6-Dimethyl-3-ethyl-5-hepten-1-ol kann eindeutig dem Enddarmder invasive Gartenameise L. neglectus zugeordnet werden. Diese Substanz ist somit ein vielversprechender Kandidat für einen artspezifischen Lockstoff zur Bekämpfung der invasiven Gartenameise L. neglectus. Hohe zwischenartliche Aggression und superkoloniale Strukturen sind wichtigeMerkmale invasiver Ameisenarten und diese Arbeit weist darauf hin, dass sie in gleicher Weise der heimischen Pestart F. fuscocinerea ermöglichen dominant zu werden. Eine deutlich raffiniertere Pheromonkommunikation gehört allerdings nicht notwendigerweise zu den Merkmalen invasiver Ameisen, insbesondere nicht zu denen von L. neglectus. Die Erkenntnisse gelten jedoch nur vorläufig und benötigen weitere Untersuchungen. Dennoch bietet die Analyse der Kommunikationspheromone eine Grundlage für die artspezifische Kontrolle von L. neglectus.