Made available in DSpace on 2015-03-26T13:30:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 468409 bytes, checksum: 3e2e0ab05597740b3f2ba9c5da061f42 (MD5) Previous issue date: 2011-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The bees of Melipona genus have trofogenetic mechanism to determination of caste. The level of juvenile hormone (JH) in several stages of larval development determines the characteristics of females. Diploid males and females of Melipona quadrifasciata that, in last instar larvae, received topical JH develop external morphological characteristics of queen. This work was based on morphometric data to investigate the effect of JH III in the development of haploid and diploid males of Melipona quadrifasciata and compare morphological characteristics of them with morphological characteristics already known in females of this species. Ten individuals were used for each treatment; workers, natural queens, queens produced from the topical application of JH, natural haploid males, haploid males received application of JH but did not differ, haploid males that received topical application of JH and developed features of queens (QLM - Queen-Like Male), natural diploid males, diploid males that received topical application of JH but did not differ and diploid QLM. The anatomical averages analyzed were: width of compound eyes, width of tibia, length of mouthparts, length of mandible, intertegule distance and interorbit distance. All averages allowed the separation of individuals into groups. However, the lengths of the mouthpart averages were differences most significantly between treatments. Natural queens and queens produced from the effect of JH had similar averages. Diploid and haploid QLM showed average variables with similar size in the natural queens and queens produced from topical application of JH. Workers were more similar to males than the queens in the most averages variables and, in general, the workers presented average size more than queens. Natural diploid and haploid males had close averages, which does not allow visual differentiation of these individuals. The dates confirm that the JH is primarily responsible for the differentiation of specific characteristics of each caste, and, in the high levels of it causes the appearance of the characteristics of queen, independent on genotype. / Abelhas do gênero Melipona possuem mecanismo de determinação das castas trofogenético. O nível de hormônio juvenil (HJ) em certas fases do desenvolvimento larval determina as características das fêmeas. Fêmeas e machos diplóides de Melipona quadrifasciata que, na fase pré defecante, recebem aplicação tópica de HJ desenvolvem características morfológicas externas de rainha. Este trabalho baseou-se em dados morfométricos para investigar o efeito do HJ III no desenvolvimento de machos haplóides e diplóides de Melipona quadrifasciata e comparar estes efeitos com os efeitos já conhecidos em fêmeas desta espécie. Foram utilizados dez indivíduos de cada tratamento, sendo operárias, rainhas naturais, rainhas produzidas a partir da aplicação tópica de HJ, machos haplóides naturais, machos haplóides que receberam aplicação de HJ mas não se diferenciaram, machos haplóides que receberam aplicação tópica de HJ e desenvolveram características de rainha (QLM – Queen-Like Male), machos diplóides naturais, machos diplóides que receberam aplicação tópica de HJ mas não se diferenciaram e QLM diplóides. As medidas anatômicas analizadas foram largura do olho composto, largura da tíbia, comprimento do aparelho bucal, comprimento da mandíbula, distância intertégula e distância interorbital. Todas as medidas possibilitaram a separação dos indivíduos em grupos, no entanto o comprimento do aparelho bucal foi a medida com diferenças mais significativas entre os tratamentos. Rainhas naturais e rainhas produzidas a partir do efeito do HJ possuem medidas semelhantes. QLM haplóides e diplóides apresentaram as variáveis medidas com tamanhos semelhantes as das rainhas naturais e produzidas a partir da aplicação tópica de HJ. Operárias se mostraram mais semelhantes aos machos do que as rainhas quanto a maior parte das maioria das variáveis medidas e, em geral, as operárias apresentam médias de tamanho maiores e as rainhas menores. Macho diplóides e haplóides naturais possuem medidas próximas, o que não permite a diferenciação visual desses indivíduos. Os dados corroboram que o HJ é o principal responsável pela diferenciação das características específicas de cada castas, assim, em altos níveis ele acarreta o aparecimento das características de rainha, independente do genótipo.

Em abelhas eussociais o controle das condições internas do ninho é importante para a sobrevivência da colônia e um dos principais mecanismos para controle da temperatura colonial é a escolha do local de nidificação, como ocos de troncos de árvores, tal qual ocorre nas abelhas sem ferrão Melipona quadrifasciata, sistema biológico deste estudo. Além de mecanismos comportamentais, em Hymenoptera são também conhecidos mecanismos fisiológicos de termorregulação (termogênese) como a ocorrência de ciclos fúteis (descritos para mamangavas Bombus) e o tremor muscular. A termogênese em abelhas ocorre principalmente durante incubação da cria, atividades sociais e aquecimento pré-vôo. As aminas biogênicas desempenham um amplo espectro de funções em abelhas, e é sugerido que o sistema noradrenérgico/adrenérico de vertebrados é funcional e estruturalmente equivalente ao sistema octopaminérgico/tiraminérgico de insetos. O emprego de bloqueador beta-adrenérgico em abelhas pode levar a hipotermia, emergindo a hipótese de que haveria envolvimento de uma via octopaminérgica na energética e termogênese de abelhas. Os três principais aspectos da termorregulação focados neste trabalho são a termorregulação colonial, a energética individual e mecanismos de termogênese. Com relação à termorregulação colonial, o objetivo principal foi descrevê-la em duas regiões do ninho (discos de cria e potes de alimento), por meio de registro de séries temporais de temperatura e umidade relativa, e estudo da atividade externa de vôo. Foi detectada ritmicidade nas séries temporais de colônias abertas, com influência das periodicidades da temperatura ambiente, umidade relativa e luminosidade, sobre as séries temporais registradas dentro da colônia. As séries temporais de atividade de vôo apresentavam periodicidades similares às ambientais, mas também eram relacionadas às da cria. Em colônias fechadas, as séries temporais dos discos de cria apresentavam periodicidades próximas a 24h e 12h, sugerindo aspecto endógeno da regulação de temperatura e umidade próximo à cria. Também, objetivou-se caracterizar o efeito do tipo de iluminação e de diferentes temperaturas. Foram estudados, por meio de respirometria intermitente, os efeitos do ciclo claro/escuro a 28°C (fotoperíodo normal, fotoperíodo invertido, claro e escuro constante) sobre a taxa metabólica (TM), e os efeitos de diferentes temperaturas ambientais (10 a 40°C) sobre a TM e quociente respiratório (QR). Os diferentes ciclos de claro/escuro afetaram a TM, sendo observados, em fotoperíodo normal e claro constante valores de TM baixos entre 19h e 5h. Em fotoperíodo invertido, valores diminuídos foram registrados entre 6h e 18h, sugerindo um ritmo exógeno em resposta a mudanças fotoperiódicas. Entre 7h e 17h59, no claro, ressalta-se que não há diferenças estatisticamente significativas na TM. A temperatura tem um efeito significativo, com valores diminuídos a 35 e 40°C e mais ainda a 10°C. Entre 15 e 30°C não há diferenças significativas. Na terceira parte do trabalho objetivou-se verificar o efeito tempo-dependente de bloqueadores beta-adrenérgicos e octopaminérgicos (Alprenolol e Mianserina) sobre a TM e temperatura torácica de forrageadoras e verificar se a octopamina e methoprene (análogo de hormônio juvenil) compensam os efeitos dos bloqueadores. Também foi analisado se há alterações dos substratos energéticos catabolizados, considerando o QR e a atividade enzimática (Vmax de hexoquinase, trealase, HOAD e glicogênio fosforilase). Com o emprego dos bloqueadores, foram detectadas alterações no QR e na atividade das quatro enzimas. A diminuição da temperatura torácica obtida em forrageadoras tratadas com Alprenolol sugere o envolvimento de vias octopaminérgicas na termogênese em M. quadrifasciata; todavia, não se sabe se tais efeitos são decorrentes de interferências na produção de calor e/ou um subproduto da diminuição da TM. No nível colonial, ninhos tratados com os mesmos bloqueadores parecem apresentar periodicidades de séries temporais mais similares à da umidade relativa do ambiente e menos à da temperatura ambiente, sugerindo menor resposta às variações de temperatura. Os resultados não provam que há mecanismos de termogênese sem tremor muscular em abelhas, envolvendo octopamina e hormônio juvenil, mas indicam um possível envolvimento destas substâncias na taxa metabólica e oxidação de diferentes substratos energéticos. Sob uma visão comparativa, pode-se apontar semelhanças entre efeitos de modificações em vias octopaminérgicas/tiraminérgicas de insetos e noradrenérgicas/tiraminérgicas de vertebrados, quando à energética e termogênese. Os resultados não provam tal afirmação, mas apontam evidências do papel da via octopaminérgica na taxa metabólica e temperatura torácica de forrageadoras. / In eusocial insects, such as stingless bees, the control of nest conditions and maintenance of the colonial microclimate are important to brood incubation, development of eggs, larvae and pupae, and survival of the colony. One of the main thermoregulatory mechanisms to control nest temperature is the microhabitat selection to build the nest, such as tree holes, characteristic of the stingless bee Melipona quadrifasciata, the biological system chosen for this study. In addition to the behavioral mechanisms involved in thermoregulation, physiological mechanisms underlying thermogenesis are also found in Hymenoptera, such as futile cycles (in bumblebees) and shivering thermogenesis. Thermogenesis in bees is detected mainly during brood incubation, social interactions and pre-flight warming; additional possible physiological mechanisms have not yet been investigated with enough detail. Biogenic amines, especially octopamine, play important physiological roles in bees. Although octopamine and norepinephrine are chemically not identical, it appears that octopaminergic systems of invertebrates and noradrenergic systems of vertebrates are homologous. Oral treatment with beta-blockers can cause hypothermia, leading to the hypothesis that an octopaminergic pathway involved in bee energetics and thermogenesis might exist. The main aspects investigated in the present study are the colonial thermoregulation, the energetics of individual bees, and the mechanisms associated with thermogenesis in M. quadrifasciata. With regards to the colonial thermoregulation, temperature and humidity, time series were recorded inside and outside the nest, in two colonial compartments, i.e., brood and pots. In addition, flight activity was also recorded. Flight activity time series presented similar periodicities in both ambient and brood series. In closed colonies, maintained under constant conditions, the brood time series presented periodicities close to 24h and 12h, suggesting endogenous aspects and rhythm. Another goal of this study was to characterizing the effects of the light-dark cycles and ambient temperatures. This was achieved using intermittent respirometry, and the effects of the light-dark cycles at 28°C (normal photoperiod, inverted photoperiod, constant light and constant dark) on metabolic rate (MR), and the effects of different temperatures (10 40°C) on MR and respiratory quotient (RQ) were measured. The different light-dark cycles affected the MR under normal photoperiod and constant light. Two \"platforms,\" with low MR values were detected between 19h and 5h. When the photoperiod was inverted, lower values were recorded in the dark phase, between 6h and 18h, resulting in an inverted pattern of MR, thus suggesting an exogenous response to photoperiodic changes. Between 7h and 17h59, in the light phase, metabolic rate did not change significantly. The temperature has a significant effect on MR and RQ of the foragers, and reduced values at 10, 35 and 40°C were detected. Between 15 and 30°C no significant differences were detected. In the third part of this work the aim was to verify the time-dependent effects of beta-blockers (Alprenolol and Mianserina) on MR and thoracic temperature of foragers, and to verify whether octopamine and methoprene (analogous to juvenile hormone) compensate the effects of beta-blockers. Alterations of substrates oxidation, considering the RQ and the activity (Vmax) of specific enzymes, such as hexokinase, trehalase, HOAD and glycogen phosphorylase, were also investigated. Treatments with blockers caused alterations in the RQ and in the enzyme activities of hexokinase, HOAD and glycogen phosphorylase. The reduced values of thoracic temperature in foragers treated with Alprenolol suggests the involvement of octopaminergic pathways in thermogenesis; however, it is not yet known if such effects are due to interferences in the heat production and/or represent a by-product of a reduced metabolic rate. At the colonial level, nests treated with blockers presented colonial time series periodicities more similar to the ambient humidity series than to the ambient temperature series, suggesting therefore that the responses to ambient temperature are reduced. These results do not prove that mechanisms of nonshivering thermogenesis are present in bees, involving both octopamin and juvenile hormone, but they can indicate possible involvements of these substances in metabolic rate, energetics and fuel utilization. Under a comparative approach, one can suggest similarities between the effects caused by modifications in the noradrenergic and octopaminergic pathways on the energetics and thermogenesis of M. quadrifasciata. The results, however, do not prove such hypothesis, but they suggest an octopaminergic influence on both metabolic rate and thoracic temperature of M. quadrifasciata foragers.

In this laboratory study, the role of juvenile hormone (JH) and ecdysone in regulating wing polyphenism was investigated in the non-model organism Gerris buenoi. Topical application of the JH analog methoprene elicited reduced pronotum, wing defects, and nymphal-adult intermediates but no changes to wing morph. Similarly, while microinjection of the ecdysone derivative 20-hydroxyecdysone (20E) elicited aberrant phenotypes there was again no influence on the wing morph. Using data from a transcriptomics experiment, RNAi knockdown of the differentially expressed 20E induced receptor gene, Hr4, caused high mortality rates (> 90 %) which resulted in a sample size too small to draw any inferences of Hr4’s involvement in G. buenoi wing polyphenism. My results indicate that both JH and ecdysone are involved in several developmental processes including wing development, but they do not seem to be important for determining wing polyphenism. However, several factors are important to consider in future research which means that the potential role of JH and ecdysone in G. buenoi wing polyphenism should not be dismissed at this stage.

Trade-off between reproduction and longevity is a widely accepted fact, yet proximate mechanisms are scarcely understood. In this work I tested differences in lifespan between diapause and non-diapause males of a model insect, the linden bug Pyrrhocoris apterus. Also the role of juvenile hormone in regulation of longevity and immunity (measured by relative phenoloxidase activity) was assessed. In addition to that, I examined if juvenile hormone is the mediator of reduction in longevity induced by mating.

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