Univerzita Karlova v Praze – Přírodovědecká fakulta Katedra zoologie entomologie
Fylogeneze čeledi Apidae (Hymenoptera: Apoidea) a evoluce kleptoparazitizmu u včel
Jakub Straka
Diplomová práce Praha 2005
Vedoucí diplomové práce: Doc. RNDr. Jitka Vilímová, CSc.
Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně a uvedl citace všech použitých pramenů.
V Praze, 3.5.2005 Jakub Straka
Je mi potěšením poděkovat všem, kteří se na vzniku této práce přímo či nepřímo podíleli. Především bych rád poděkoval Doc. RNDr. Jitce Vilímové, CSc. za vloženou důvěru a vedení mé práce, Mgr. Pavlu Munclingerovi, PhD. za pomoc v laborce a za cenné rady všeho druhu, Doc. RNDr. Jaroslavu Flegrovi, CSc., jehož křídla mi poskytla ochranu a podporu při prvních krocích na této práci a Martinu Kolískovi za všechny rady a diskuse a za celou dlouholetou spolupráci a přátelství. Mé díky patří také Ivanu Čepičkovi a Vláďovi Hamplovi jejichž vliv na mne a na mou práci byl velmi významný, Mirce Šedinové za spolehlivou práci na sekvenátoru a PhDr. Bořku Tkalců za mnoho předaných zkušeností a milá povídání o včelách i lidech. V neposlední řadě bych rád poděkoval rodičům, bratrovi a babičkám za příjemné rodinné prostředí, ideální pro studium a bádání. Na závěr musím poděkovat panáčkům z entomologické pracovny, protože by mi to určitě nikdy neodpustily... Studie byla vypracována za finanční podpory grantu GAUK č. 131/2003/BBIO/PrF.
Obsah 1. Úvod a cíle.....................................................................................................1 2. Literární přehled..........................................................................................2 2.1 Systematika a fylogeneze včel............................................................................2 2.1.1 Včely s krátkým a dlouhým ústním ústrojím.........................................2 2.1.2 Stručná charakteristika jednotlivých čeledí včel....................................2 2.1.2.1 Colletidae......................................................................................................2 2.1.2.2 Stenotritidae..................................................................................................3 2.1.2.3 Andrenidae....................................................................................................4 2.1.2.4 Halictidae......................................................................................................5 2.1.2.5 Melittidae......................................................................................................5 2.1.2.6 Megachilidae.................................................................................................6 2.1.2.7 Apidae...........................................................................................................7
2.1.3 Současný pohled na fylogenezi včel......................................................8 2.1.4 Současný systém včel...........................................................................10 2.1.5 Vývoj systému a představ o fylogenezi parazitických taxonů včel......12 2.2 Kleptoparazitizmus a sociální parazitizmus u včel........................................15 2.2.1 Sociální parazitizmus...........................................................................15 2.2.2 Kleptoparazitizmus..............................................................................17 2.2.3 Zabírání hnízd a vnitrodruhový kleptoparazitizmus............................21 2.3 Základní typy hnízd a způsoby hnízdění neparazitických včel....................23 2.3.1 Izolační a stavební materiály...............................................................23 2.4 Socialita u včel...................................................................................................25 2.4.1 Základní typy sociality u včel..............................................................25 2.4.2 Faktory podporující vznik agregací a komunálního způsobu života...27 2.4.3 Evoluční cesty vzniku eusociality........................................................30 2.4.4 Hlavní principy vzniku eusociality......................................................33 2.4.5 Návrat k solitérnímu způsobu života a ztráta eusociality....................34
3. Materiál a metodika...................................................................................36 3.1 Data a materiál..................................................................................................36 3.2 Molekulární metody..........................................................................................39 3.2.1 Izolace DNA........................................................................................39
3.2.2 Elektroforéza........................................................................................40 3.2.3 Amplifikace pomocí specifických primerů..........................................41 3.2.4 Sekvenace............................................................................................43 3.3 Zpracování získaných dat................................................................................44 3.3.1 Vyhodnocování chromatogramu a tvorba alignmentu.........................44 3.3.2 Fylogenetické analýzy..........................................................................45 3.3.2.1 Maximální parsimonie................................................................................45 3.3.2.2 Maximální věrohodnost..............................................................................45 3.3.2.3 Bayesovská analýza....................................................................................46 3.3.2.4 Grafická úprava fylogenetických stromů...................................................47
3.3.3 Testování fylogenetických hypotéz.....................................................47
4. Výsledky......................................................................................................48 4.1 Základní informace o analyzovaných datech.................................................48 4.2 Analýzy jednotlivých setů dat..........................................................................49 4.3 Analýzy kombinovaných souborů dat.............................................................53 4.3.1 Výběr taxonů pro analýzy kombinovaných dat...................................53 4.3.2 Topologie fylogenetických stromů......................................................56 4.4 Testování fylogenetických hypotéz..................................................................65 4.4.1 Monofylie Apiformní linie...................................................................65 4.4.2 Zařazení rodu Tetrapedia.....................................................................65 4.4.3 Evoluce kleptoparazitizmu...................................................................66 4.4.3.1 Datový soubor COI+Wg............................................................................66 4.4.3.2 Datový soubor COI+Wg+LWRh...............................................................68
5. Diskuse.........................................................................................................71 5.1 Sekvence DNA a použité metody.....................................................................71 5.2 Rekonstrukce fylogeneze čeledi Apidae..........................................................71 5.2.1 Status rodu Tetrapedia.........................................................................71 5.2.2 Zařazení kleptoparazitických taxonů...................................................72 5.2.3 Euceriformní a Apiformní linie...........................................................73 5.3 Evoluce chování včel.........................................................................................74 5.3.1 Způsob hnízdění včel...........................................................................74 5.3.2 Evoluce parazitizmu u obligátně parazitických taxonů.......................74 5.3.3 Komentáře ke vzniku kleptoparazitizmu.............................................77
5.3.4 Kleptoparazitizmus a vznik eusociality...............................................79 5.3.4.1 Vznik příbuzenských společenství.............................................................79 5.3.4.2 Rozdíl mezi kleptoparazitizmem a sociálním parazitizmem......................81 5.3.4.3 Eusocialita..................................................................................................81 5.3.4.4 Dva typy komunálních společenstev..........................................................82 5.3.4.5 Semisocialita – co s ní?..............................................................................82 5.3.4.6 Dělení sociálních společenstev...................................................................84
6. Shrnutí.........................................................................................................87 7. Seznam použité literatury..........................................................................89 8. Přílohy........................................................................................................105 9. Seznam zkratek použitých v textu...........................................................110
1. Úvod a cíle Včely – skupina blanokřídlého hmyzu (Hymenoptera), která je dobře známá širokému spektru lidí jako opylovači květů a biologům také jako modelový organizmus pro studium vztahů v sociálním společenství mnoha jedinců a jejich evolučních konfliktů. Nejznámější je samozřejmě včela medonosná (Apis mellifera1), ale kromě ní je na Zemi přes šestnáct tisíc dalších popsaných druhů (Michener 2000). Jednoznačně nejvíce je u včel zkoumán fenomén zvaný eusocialita (např. Chavaría & Carpenter 1994, Cameron & Mardulyn 2001, či Bull et al. 2003). Podobně významným chováním včel přitom může být i sociální parazitizmus a kleptoparazitizmus. Tyto velmi zajímavé způsoby života jsou ale studované mnohem méně než eusocialita, přitom objasnění jejich podstaty může pomoci vysvětlit mnoho detailů z komplexních životních strategií včel sociálních i samotářských. Dosud nejčastěji diskutovanou otázkou je počet nezávislých vzniků obligátního kleptoparazitizmu (např. Bohart 1970, Michener 2000, Rozen 2000). Přitom fylogeneze této velmi diverzifikované skupiny organizmů není v současné době spolehlivě vyřešena. Na základě molekulárních znaků je podrobně zpracována pouze jediná ze sedmi čeledí včel (čeleď Halictidae) s řadou parazitických a sociálních druhů (Danforth et al. 2004). Příbuzenské vztahy v rámci čeledi Megachilidae a Apidae, do kterých se řadí ostatní kleptoparazitické druhy včel, jsou podrobně zpracovány pouze na základě morfologických a anatomických znaků dospělců a larev (např. McGinley 1981, RoigAlsina & Michener 1993, či Alexander & Michener 1995). Tyto znaky jsou ale pro zařazení kleptoparazitických včel velmi obtížně použitelné, protože parazitické taxony mají velkou tendenci měnit svůj vzhled. Do čeledi Apidae je přitom řazeno nejvíce parazitických taxonů s největší diverzitou strategií a zároveň také nejvýznamnější sociální druhy včel. Vliv parazitického chování včel na jejich evoluci byl dosud značně opomíjený a v kontextu studia sociality zdánlivě nevýznamný. Cílem této práce tedy je (1) podat podrobný přehled informací o vzniku a působení parazitizmu včel v průběhu jejich evoluce, (2) pokusit se rekonstruovat fylogenezi čeledi Apidae, (3) potvrdit, či přehodnotit evoluci obligátně kleptoparazitických druhů i solitérních a sociálních druhů této čeledi, a (4) diskutovat vztah kleptoparazitizmu, sociálního parazitizmu a eusociality u včel. 1
Autoři a roky popisu všech použitých názvů živočichů jsou jednotně uvedeni v Příloze 1.
1
2. Literární přehled 2.1 Systematika a fylogeneze včel Vývoj systematického členění včel podali podrobně Šustera (1958) a později také Michener (2000). První práce nebraly v úvahu příbuzenské vztahy, ale jen vzájemnou podobnost, ať už vzhledovou, nebo behaviorální (viz Kap. 2.1.5). 2.1.1 Včely s krátkým a dlouhým ústním ústrojím Kirby (1802) rozdělil všechny včely do dvou rodů – Melitta a Apis. Latreille (1802), nezávisle na Kirbym členil včely na dvě čeledi „Andrenetes“ a „Apiares“, každou složenou z více rodů. Členění včel na dvě skupiny je zcela přirozené a používá se v podobné formě i v současné době. Melitta sensu Kirby (1802) a čeleď „Andrenetes“ je skupina včel dnes nazývaná „short-tongued“ (S-T) a Apis sensu Kirby (1802) s čeledí „Apiares“ tvoří skupinu včel „long-tongued“ (L-T). Přitom ani v první podrobné rekonstrukci příbuzenských vztahů (Michener 1944), ani v moderní kladistické práci (Alexander & Michener 1995) nejsou včely S-T monofyletickou skupinou. Dokonce ani délka ústního ústrojí není rozhodující (Michener & Greenberg 1980, Laroca et al. 1989). Včely L-T naopak monofyletickou skupinu tvoří (Roig-Alsina & Michener 1993). Přestože dělení na včely s krátkým a dlouhým ústním ústrojím není příliš šťastné, budu jej v celé této práci používat. 2.1.2 Stručná charakteristika jednotlivých čeledí včel Většina informací v této kapitole je převzata z publikace Michenera (2000). 2.1.2.1 Colletidae (cca 2000 druhů) Čeleď Colletidae patří mezi nejvariabilnější čeledi včel, ale je jednoznačně monofyletická (Brady & Danforth 2004). Nejvýznamnějším znakem čeledi je dvoulaločný jazýček (glossa), který je vyvinut u samic všech druhů této čeledi a žádný jiný zástupce včel takový znak nemá. Samci některých druhů z podčeledi Hylaeinae z Austrálie a Nové Guineje mají jazýček špičatý. Kromě zástupců tribů Diphaglossini a Dissoglottini a rodu Hesperocolletes mají všichni episternální rýhu (episternal groove) vybíhající výrazně za skrobální rýhou (scrobal groove) na mesopleurách. Dalším zajímavým znakem je způsob sběru pylu, ať už se jedná o nepřítomnost sběracího kartáčku (scopa) u druhů podčeledí Hylaeinae a Euryglossinae, břišního sběráčku u podčeledi Xeromelissinae, tak i přítomnost sběracího aparátu ve tvaru košíčku na stehnech a holeních u ostatních podčeledí. 2
Charakteristickým znakem této čeledi je tvar sedmého sternitu samce, s několika postraními výběžky, které jsou často výrazně a druhově specificky ochlupené. Tělo sterna je redukované až na úzkou pásku. Vzdáleně podobný tvar sedmého sternitu s několika postraními výběžky se vyskytuje ještě u čeledí Stenotritidae, Melittidae, u některých druhů podčeledi Panurginae čeledi Andrenidae, u podčeledi Rophitinae čeledi Halictidae a i u některých skupin podčeledi Apinae, zvláště u Euceriformní linie. V rámci čeledi Colletidae je struktura sedmého sternitu redukována jen u několika skupin, často jen podrodově oddělených od ostatních příbuzných – rod Glossurocolletes, rod Euryglossina (sgen. Euryglossella) z podčeledi Euryglossinae a několik podrodů rodu Hylaeus. Čeledi Colletidae se velmi výrazně podobají zástupci čeledi Stenotritidae (viz. následující podkapitola). Jedinou další skupinou, která by se mohla řadit do příbuznosti čeledi Colletidae, je podčeleď Oxaeinae v současné době řazená do čeledi Andrenidae. Tyto včely mají řadu plesiomorfních znaků, ale také mnoho autapomorfií, které znesnadňují objasnění původu této skupiny (redukce čelistních makadel o několik článků, posun oceli těsně za tykadla nebo prodloužené labrum). Oxaeinae mají ovšem nejvýznamnější znak čeledi Andrenidae, a to dvojité švy (subantennal suture) od klypeu (clypeus) k bázi tykadel (antennal socket). Možná je význam tohoto znaku ve fylogenezi včel přeceňován (viz čeledi kap. 2.1.2.2 a 2.1.2.3). 2.1.2.2 Stenotritidae (21 druhů) Čeleď Stenotritidae je malá skupina z několika australských druhů rozdělených do dvou rodů (Ctenocolletes a Stenotritus). McGinley (1980) poprvé ustanovil tuto skupinu jako čeleď na základě studie jazýčku včel čeledi Colletidae. Jazýček druhů čeledi Stenotritidae není se dvěma laloky ani u samice, ale je vždy špičatý a liší se také typem ochlupení. Několik dalších znaků je významných především ve srovnání s čeledí Colletidae, kterým se tato čeleď značně podobá. U druhů čeledi Stenotritidae chybí scopa na stehnech a je vyvinuto pouze na holeních. Pod tykadly jsou vyvinuty dva švy (subantennal suture), které se směrem ke klypeu spojují v jeden šev a ohraničují tak podtykadlovou destičku (subantennal sclerit) ve tvaru trojúhelníku. Podobná destička, ale mnohem menší, je vytvořena jen u několika málo druhů čeledi Colletidae a naopak větší, nikoliv trojúhelníková, je vytvořena u čeledi Andrenidae. Drobné ypsilonové švy se vyskytují také u většiny druhů čeledi Melittidae a několika skupin podčeledi Apinae čeledi Apidae, ale švy zde neohraničují zřetelnou destičku, jen neskulpturovaný prostor nejistého původu. U zástupců popisované čeledi chybí vždy episternální rýha (episternal groove), první článek 3
bičíku (flagellum) je mnohonásobně delší než širší, na konci rozšířený a delší než násadec (scapus) a křídla mají velké papily v distální části. Poslední dva zmiňované znaky jsou vzácně, ale většinou pospolu, rozšířeny u většiny skupin nadčeledi Apoidea. Mají je velké robustní druhy, které létají extrémně rychle. Podobně jsou na tom také druhy podčeledi Oxaeinae, které v některých analýzách (Alexander & Michener 1995) vyšly jako sesterská skupina čeledi Stenotritidae. Tyto dvě skupiny se podobají ještě v několika dalších znacích, jako postavení oceli blízko tykadel, chybí již zmíněná episternální rýha a scopa na stehnech, relativně malé stigma, které u tribu Oxaeini téměř chybí a hustá abdominální páska set na pátém a šestém tergitu (prepygidial & pygidial fimbriae) je značně vyvinutá. Larva a hnízdo se podobá larvám a hnízdům druhů čeledi Colletidae. Larva druhů podčeledi Oxaeinae je spíše nepodobná druhům čeledi Colletidae, nepodobá se však ani larvám čeledi Andrenidae, kam je řazena. Struktura hnízdní buňky se podobá spíše zástupcům čeledi Colletidae, než čeledi Andrenidae. 2.1.2.3 Andrenidae (cca 2300 druhů) Čeleď Andrenidae je v podstatě velmi dobře charakterizována dvojicí podtykadlových švů (subantennal suturae), které ohraničují více než tříúhelnou podtykadlovou destičku (subantennal sclerit). I v tomto znaku existuje několik výjimek. V několika případech u podčeledi Panurginae se objevuje přiblížení švů do takové míry, že vytváří velký trojúhelníkovitý sklerit (Euherbstia a Chaeturginus). V případě jednoho podrodu stejné podčeledi došlo k sekundární ztrátě vnějšího švu – Protandrena (sgen. Heterosarus). Dalším znakem společným naprosté většině druhů této čeledi je přítomnost foveae faciales podél vnitřní strany očí. V některých případech došlo sice k sekundární ztrátě, ale většinou jsou dobře vyvinuty jako ploché, často jemně ochlupené vtisky, vzácněji jako úzké rýhy. Foveae faciales jsou také vytvořena u většiny zástupců čeledi Colletidae a Stenotritidae, ale vždy chybí u čeledi Halictidae, Melittidae a Apidae. U těchto čeledí se výjimečně objevuje podobná struktura, ale její homologizace s foveae faciales zástupců čeledi Andrenidae je sporná. Další znak charakterizující čeleď Andrenidae je prementum v podobě samostatného chitinového fragmentu. Tento znak je společný s většinou zástupců čeledi Melittidae a chybí u podčeledi Oxaeinae. Oxaeini jsou velmi obtížně zařaditelnou skupinou nesoucí znaky společné s jinými skupinami včel a v současné době jsou řazeni do čeledi Andrenidae. Takové zařazení je odůvodněno výsledky analýzy morfologických znaků dospělců (Alexander & Michener 1995) i larev (McGinley 1981, Rozen 1993), které mají velmi mnoho neobvyklých autapomorfních znaků, stejně jako dospělci. Ústní ústrojí 4
včel podčeledi Oxaeinae se stavbou a postavením na hlavě významně podobá čeledi Halictidae. Mentum, ale i stipes, cardo a galea, je u čeledi Halictidae zcela charakteristicky utvářena a podobná struktura je mimo tuto čeleď vytvořena jen u podčeledi Oxaeinae. 2.1.2.4 Halictidae (cca 3500 druhů) Čeleď Halictidae je charakterizována nejlépe ze všech čeledí včel. Nejvýznamnějším znakem je tvar a postavení lacinie. Lacinia je přiložena na anteriorní část labiomaxilárního komplexu mimo ostatní skeletální struktury. Takové postavení lacinie je zcela unikátní mezi včelami a je autapomorfií druhů čeledi Halictidae (Michener & Greenberg 1985). Charakteristický znak je také splynutí apikální části endoskeletu hlavy (tentorium) s vnitřní částí klypeu a hypostoma. Čeleď Halictidae je rozdělována na dvě hlavní linie, na Rophitinae a ostatní podčeledi. Podčeleď Rophitinae se v analýzách Alexandera & Michenera (1995) objevovala jako parafyletická, nebo dokonce jako polyfyletická skupina. Michener (2000) se však domnívá, že znaky, které by dokázaly monofylii této podčeledi, prakticky nelze kódovat, a v jejich jednotný původ stále věří. Taková představa byla potvrzena studií sekvencí nukleárních genů (Danforth 2002, Danforth et al. 2004). Zástupci podčeledi Rophitinae mají mnoho rozdílných znaků od ostatních zástupců čeledi a jsou skupinou velmi výrazně diversifikovanou. Obecně nesou řadu znaků plesiomorfních, jako je složitě utvářené sedmé sternum a několik larválních znaků podobných spíše jiným včelám skupiny S-T, než ostatním druhům čeledi Halictidae. Mají však také několik znaků odvozených, podobných spíše včelám skupiny L-T. Takové je například utváření labiálních makadel u rodu Rophites se dvěma plochými a prodlouženými články, jako u čeledi Apidae. 2.1.2.5 Melittidae (164 druhů) Čeleď Melittidae je jednou z nejobtížněji charakterizovatelných čeledí včel. Neexistuje ani jeden znak společný pro všechny druhy čeledi. Tuto čeleď je možné charakterizovat jen komplexem znaků, které jsou jak znaky včel skupiny S-T, tak i skupiny L-T. Znakem skupiny včel S-T je krátký jazýček, nespecializovaná krátká labiální makadla, báze labra je vyvýšená, chybí hřeben na stipes a je přítomen hřeben na galei. Znaky typické pro celou skupinu L-T včel jsou prodloužené a plně exponované střední kyčle, štíhlé lorum na konci spojené do tvaru V a kuželovitá brada (mentum). Největší problém může dělat zařazení rodů Ancyla a Ctenoplectra z podčeledi Apinae čeledi Apidae, u kterých se redukovalo 5
ústní ústrojí z dlouhého na podobný jako u většiny včel S-T. Druhý zmíněný rod byl dříve řazen mezi čeleď Melittidae (Michener 1944). Jako zástupce čeledi Apidae byl rozeznán až v poslední době (Alexander & Michener 1995). Rod Ancyla byl podrobně studován Silveirou (1993a, 1993b) a jeho příslušnost k Euceriformní linii byla potvrzena. Alexander & Michener (1995) označili členy čeledi Melittidae za parafyletické taxony a vytvořili pro ně několik čeledí – Meganomiidae, Melittidae a Dasypodaidae. Protože asi neexistuje jediná synapomorfie této skupiny, je takový přístup možný. Michener (2000) tento názor nerespektuje a považuje ho zatím za nedostatečně prokázaný, ale pravděpodobný. 2.1.2.6 Megachilidae (cca 3200 druhů) Jedna ze dvou čeledí skupiny L-T včel je čeleď Megachilidae. Vysoce specializované odvozené včely, které sbírají pyl na břišní sběráček. Podle Michenera (2000) se dělí na dvě podčeledi Megachilinae a Fideliinae, Engel (2001) rozlišuje ještě podčeleď Lithurginae. McGinley & Rozen (1987) jako první zařadili rod Pararhophites do čeledi Megachilidae na základě podrobné studie adultních, larválních a bionomických znaků. Rod Pararhophites byl v minulosti řazen do příbuznosti různých skupin vždy názor od názoru jiných: Michener (1944) k tribu Exomalopsini (Apidae); Popov (1949) Anthophorinae (Apidae); Warncke (1977) Melittidae; McGinley & Rozen (1987) Pararhophitinae (Megachilidae); a Michener (2000) Fideliinae (Megachilidae). Čeleď Megachilidae je charakterizovaná několika synapomorfiemi, které vzácně u některých zástupců druhotně chybí. Labrum je široce vkloubeno ke klypeu a je vždy pravoúhle zakončené, delší než širší, nebo alespoň čtvercovité. Distální výběžek na stipes (dististipital processus) je přítomen a chybí hřebínek brv na stipes (stipital comb) kromě několika výjimek z podčeledi Megachilinae. Chybí scopa na nohou, kromě tribu Pararhophitini, kde je částečně vyvinut. Scopa je přítomno na spodu zadečku, ale zcela chybí u parazitických druhů čeledi a sporadicky je vyvinuto u tribu Pararhophitini. Chybí zřetelné pygidium, kromě tribu Lithurgini, kde je vyvinuta pygidiální lišta. U samice vždy chybí páska ze set na pátém a šestém tergitu (pygidial a prepygidial fimbria). Chybí episternální rýha, jako u většiny zástupců včel skupiny L-T, ale je slabě zřetelná u tribu Fideliini. U tribu Fideliini jsou jako u jediné skupiny čeledi vyvinuty tři submarginální pole v předním křídle. Podtykadlové švy vedou od klypeu k laterální straně báze tykadla, ale podle Roig-Alsiny & Michenera (1993) u podčeledi Fideliinae vedou přímo do středu báze tykadla. U tribu Pararhophitini je to zjevné, ale u tribu Fideliini je báze tykadla 6
natolik blízko klypeu, že prakticky nelze určit polohu švu. U zástupců čeledi Megachilidae chybí opěrné holení plochy (basitibial plates) s výjimkou tribu Lithurginae. Dobrým znakem čeledi je několikanásobně širší než delší klypeus larev. Jedním z behaviorálních znaků, který platí pro většinu zástupců čeledi, kromě tribu Lithurgini, je tvar a stavba kokonu. Řada výjimek u mnoha zástupců čeledi znejasňuje její charakterizaci. 2.1.2.7 Apidae (cca 5200 druhů) Michener (2000) se částečně vrátil k pojetí čeledi ve smyslu jeho práce z roku 1944. Dřívější dělení na čeledi Anthophoridae a Apidae bylo spíše vynucené a nepřirozené, protože rody blízce příbuzné rodu Apis se sice výrazně liší od ostatních, ale jsou jen vnitřní skupinou ostatních včel skupiny L-T. Druhy původní čeledi Anthophoridae nesdílely jedinou synapomorfii. Tři odlišitelné skupiny tvoří podčeledi – Xylocopinae, Nomadinae a Apinae. Žádná apomorfie není společná všem druhům čeledi. Řada znaků je spojena s dlouhým ústním ústrojím, které je u některých druhů redukováno. Klypeus obklopuje labrum ze tří stran, ale tento znak není vyvinut u tribu Xylocopini a chybí i u některých dalších druhů. Stipes je obloukovitě vykrojen s řadou silných sét (stipital comb), nebo je redukován až chybí u většiny kleptoparazitických druhů i několika dalších druhů. Episternal groove chybí pod scrobal groove, je tedy vyvinuta jen horní část. U několika zástupců podčeledi Nomadinae je přítomna celá episternální rýha. V dorzální cévě je vyvinuto pouze pět párů ostií (ostatní jich mají šest), ale počet vyšetřených druhů nebyl příliš velký. Jako dobrý znak se zdá být počet párů ovariol. Zástupci čeledi Apidae mají čtyři a více, ostatní jen tři páry. Podčeleď Xylocopinae (cca 900 druhů) obsahuje jen čtyři triby na první pohled dosti rozdílné, ale je jasně definována. Sběráčky jsou hodně redukované, na přenos pylu a nektaru využívají vole. Přední kyčle jsou širší než delší, někdy čtvercové. Specializovaná plocha na bázi tibií je většinou nápadně modifikovaná. Hustá abdominální páska set na pátém a šestém tergitu je značně redukovaná, nebo chybí, stejně jako pygidium u samice, které je vyvinuto jen rudimentárně. Sternum VII a sternum VIII je úzké bez jakýchkoliv výběžků, jen u tribu Manuelini je apikální výběžek na sternu VIII. Neobvykle dlouhý zadní tarsus I nemá ani apikální výběžek, ani penicullus (morfologicky a funkčně specializovaný štěteček chlupů). Dospělé larvy nevytváří kokon, jako někteří zástupci podčeledi Nomadinae. Podčeleď Nomadinae (cca 1300 druhů) je dobře charakterizována specializovaným utvářením sternitu VI u samice, které má dva výběžky s nápadnými tuhými setami, nebo 7
ostré výběžky bez set, které vzácně splývají v jeden ostrý hrot; specifické utváření aedeagu a oddělené gonostyli od gonokoxitu u samce (tyto znaky mají několik výjimek). Znaky u larev jsou většinou redukce některých orgánů, nebo jsou společné s některými dalšími parazitickými triby, které nepatří do podčeledi Nomadinae. Podčeleď Apinae (cca 3100 druhů) je rozdělována na dvě netaxonomické skupiny. Na „košíčkaté“ („corbiculate Apinae“), kam patří nejbližší příbuzní rodu Apis (Bombini, Euglossini, Meliponini a Apini) a „noncorbiculate Apinae“, kam patří ostatní druhy podčeledi. Název je odvozen od utváření sběracího aparátu, který u corbiculate Apinae tvoří tzv. košíčky (corbiculae). Tato podčeleď se dá rozdělit také na „Apiformní linii“ a „Euceriformní linii“ (Silveira 1995, Engel 2001), což je pravděpodobně fylogeneticky vyhovující, ale téměř necharakterizovatelné. Celá podčeleď Apinae sdílí znaky čeledi s několika dalšími značně nekonzistentními znaky, jako je přítomnost pygidia, hustých abdominálních pásek set na pátém a šestém tergitu a specializovaných opěrných plošek na bázi holení. Všechny tyto znaky chybí u košíčkatých a některé i u kleptoparazitů, a jsou typické pro druhy hnízdící v zemi i u včel skupiny S-T. Samice košíčkatých druhů mají vyvinuty právě košíčky, ty jsou však redukovány u parazitických druhů. 2.1.3 Současný pohled na fylogenezi včel Včely tvoří jednoznačně vyhraněnou monofyletickou skupinu (Brothers 1998). Od všech ostatních žahadlových blanokřídlých se liší specializací na sběr pylu a přítomností větvených sét na většině částí těla. Široce uznávaná představa fylogeneze včel je založena především na dvou kladistických pracích. První byly zpracovány včely skupiny L-T (Roig-Alsina & Michener 1993) a později včely skupiny S-T (Alexander & Michener 1995). Vzájemně se obě práce doplňují co se týče výsledků, ale jsou nekompatibilní co se týče použitých znaků. Monofylie jednotlivých čeledí je podpořena větším počtem dobrých znaků, vyjma čeledi Melittidae (podrobnosti viz Kap. 2.1.2.5), která je potenciálně parafyletická. Monofylie čeledi Halictidae a Colletidae jsou dobře podpořeny i molekulárními znaky (Danforth et al. 2004, Brady & Danforth 2004). Vztahy mezi čeleděmi jsou nejasné především mezi včelami S-T, kromě čeledi Melittidae, která patří do linie včel L-T jako bazální skupina. V práci Alexandera & Michenera (1995) se objevily čtyři nejparsimonější stromy, rekonstruující vztahy ve skupině včel S-T, které se však jeden od druhého dost liší (Obr. 1). 8
Obrázek 1. Fylogeneze včel skupiny S-T, čtyři nejparsimonější topologie z práce Alexandera & Michenera (1995).
Názory na fylogenezi L-T včel jsou v poslední době do značné míry jednotné (Roig-Alsina & Michener 1993, Engel 2001 a Michener 2000). Liší se většinou jen v několika uzlech. Obrázek 2 je konsensus vytvořený na základě výše zmíněných prací a řady publikací zabývajících se vztahy mezi několika triby (viz citace v následujících odtavcích). Nejproblematičtější jsou asi vztahy mezi triby podčeledi Nomadinae. Larvální a imaginální morfologické znaky jsou ve vzájemném konfliktu a analýzy dávají velmi rozdílné výsledky (Alexander 1990, Alexander 1996, Rozen 1996 a Rozen et al. 1997). O monofylii této skupiny však nikdo nepochybuje. Problematické taxony Euceriformní linie jsou triby Ctenoplectrini a Ancylini, jejichž zástupci mají velmi krátké ústní ústrojí a řadu specifických odvozených znaků. Status tribu Ancylini je podrobně zpracováván Silveirou (1993a, b). Silveira (1995) také popsal nový tribus této linie – Teratognathini, který není všemi autory uznáván (Michener 2000). Rod Ctenoplectra měl k Euceriformní linii vůbec nejdelší cestu. Zpočátku byl řazen do čeledi Melittidae (Michener 1944). Později získal statut samostatné čeledi Ctenoplectridae jako sesterská skupina čeledi Apidae (Michener & Greenberg 1980). Tento taxon má řadu morfologických apomorfií u dospělců (Roig-Alsina
9
& Michener 1993, Alexander & Michener 1995) i larev (Rozen & McGinley 1974), stejně tak i velmi odlišnou bionomii od druhů čeledi Melittidae, ale i od druhů Euceriformní linie (Rozen 1978). Zařazením tohoto rodu do Euceriformní linie není jeho statut o mnoho jasnější (Michener 2000). Alves-dos-Santos et al. (2002) spekulují o vzájemné příbuznosti tribů Ctenoplectrini a Tetrapediini. Společných znaků je však málo. Další nedořešená problematika je příbuzenský vztah mezi eusociálními liniemi Apiformní linie. Výsledky morfologických (Michener 1944, Michener 1974, Winston & Michener 1977, Kimsey 1984, Prentice 1991, Roig-Alsina & Michener 1993, Chavarría & Carpenter 1994) a molekulárních analýz (Sheppard & McPheron 1991, Cameron 1993, Chavarría & Carpenter 1994, Whitfield & Cameron 1998, Koulianos et al. 1999, Mardulyn & Cameron 1999, Ascher et al. 2001, Cameron & Mardulyn 2001) jsou bez výjimky v rozporu. 2.1.4 Současný systém včel Současný systém (Tab. 1) se odvíjí od podrobných kladistických prací z devadesátých let (Roig-Alsina & Michener 1993 a Alexander & Michener 1995) rozšířený o jednotlivé dodatky publikované v pozdější době (Silveira 1995, Rozen et al. 1997, Engel 2001, Michener 2000 a Danforth et al. 2004). Současný systém se do značné míry podobá systému novodobému (Michener 1944, 1965) a je široce uznávaný. Historický vývoj systému je podrobně zpracován v mé seminární práci (Straka 2003).
10
Obrázek 2. Fylogeneze včel skupiny L-T, konsensuální fylogenetický strom podle několika recentních publikací (Alexander 1990, 1996, Roig-Alsina & Michener 1993, Silveira 1993a, b, 1995, Chavarría & Carpenter 1994, Rozen 1996, Rozen et al. 1997, Michener 2000, Cameron & Mardulyn 2001, Engel 2001). Černé čtverce – výhradně obligátně parazitické druhy; šedé čtverce – alespoň jeden druh tribu je obligátně parazitický.
11
Tabulka 1. Současný systém včel shrnující výsledky recentních publikací (Roig-Alsina & Michener 1993, Alexander & Michener 1995, Silveira 1995, Rozen et al. 1997, Michener 2000, Engel 2001 a Danforth et al. 2004). † - vyhynulé taxony.
Čeleď Colletidae Podčeleď Colletinae Tribus Colletini Tribus Paracolletini
Podčeleď Diphaglossinae Tribus Caupolicanini Tribus Diphaglossini Tribus Dissoglottini
Podčeleď Euryglossinae Podčeleď Hylaeinae Podčeleď Xeromelissinae Tribus Chilicolini Tribus Xeromelissini
Čeleď Stenotritidae Čeleď Halictidae Podčeleď Rophitinae Tribus Rophitini Tribus Penapini
Podčeleď Nomiinae Podčeleď Nomioidinae Podčeleď Halictinae Tribus Augochlorini Tribus Thrinchostomini Tribus Caenohalictini Tribus Sphecodini Tribus Halictini
Čeleď Andrenidae Podčeleď Andreninae Podčeleď Alocandreninae Podčeleď Euherbstiinae Podčeleď Oxaeinae Podčeleď Panurginae Tribus Protandrenini Tribus Panurgini Tribus Melitturgini Tribus Meliturgulini
Tribus Perditini Tribus Protomeliturgini Tribus Calliopsini
† Čeleď Paleomelittidae Čeleď Melittidae Podčeleď Meganomiinae Podčeleď Melittinae Tribus Melittini Tribus Redivivini
Podčeleď Macropidinae † Tribus Eomacropidini Tribus Macropidini
Podčeleď Dasypodainae Tribus Promelittini Tribus Dasypodaini Tribus Sambini
Čeleď Megachilidae Podčeleď Fideliinae Tribus Fideliini Tribus Pararhophitini
Podčeleď Lithurginae † Tribus Protolithurgini Tribus Lithurgini
Podčeleď Megachilinae Tribus Dioxyini Tribus Anthidiini Tribus Osmiini Tribus Megachilini
Čeleď Apidae Podčeleď Xylocopinae Tribus Xylocopini Tribus Manuelini Tribus Ceratinini Tribus Allodapini † Tribus Boreallodapini
Podčeleď Nomadinae Tribus Brachynomadini Tribus Hexepeolini Tribus Biastini Tribus Townsendiellini Tribus Nomadini Tribus Epeolini Tribus Ammobatoidini Tribus Neolarrini Tribus Ammobatini Tribus Caenoprosopidini
Podčeleď Apinae „Euceriformní linie“ Tribus Osirini Tribus Isepeolini Tribus Protepeolini Tribus Ctenoplectrini Tribus Emphorini Tribus Tapinotaspidini Tribus Exomalopsini Tribus Ancylini Tribus Eucerini Tribus Teratognathini
„Apiformní linie“ Tribus Tetrapediini Tribus Rhathymini Tribus Ericrocidini Tribus Melectini Tribus Anthophorini Tribus Centridini „Corbiculate Apinae“ Tribus Euglossini Tribus Bombini † Tribus Electrobombini † Tribus Electrapini Tribus Apini † Tribus Melikertini Tribus Meliponini
2.1.5 Vývoj systému a představ o fylogenezi parazitických taxonů včel Způsob života parazitických včel byl rozpoznán velmi brzy (jistě již před Linnaeem), a tak se to také promítlo i v prvních pokusech třídit včely do skupin. První systémy byly založeny právě na způsobu života (Latreille 1802, Lepeletier 1835, 1841).
12
Do skupiny „parazitické včely“ tak byly zařazeny i takové včely, jako jsou pačmeláci (Psithyrus). Thomson (1872) již považoval pačmeláky za blízké čmelákům, ale Schmiedeknecht (1882) se vrátil opět k původnímu pojetí parazitických včel a nezměnil ho ani v pozdější době (Schmiedeknecht 1930). Od Robertsona (1904) a jeho následovníků zakotvil pačmelák v příbuzenstvu čmeláků prakticky trvale. Nakonec na základě molekulární studie (Pedersen 1996), ale i morfologické studie (Williams 1994) byly pačmeláci rozpoznáni jako jeda z vnitřních skupin čmeláků. Podobný průběh přehazování parazitických včel, ze skupiny založené na způsobu života, měly kleptoparazitické včely dnešní čeledi Megachilidae. Správně je zařadil Thomson (1872) a Robertson (1904). Jejich vzájemná příbuznost však dosud není spolehlivě rozřešena (viz Kap. 2.2.2 a Tab. 3). Zvláště status tribu Dioxyini není jasný a předpokládaný nezávislý vznik kleptoparazitizmu u pěti rodů z tribu Anthidiini (Afrostelis, Euaspis, Hoplostelis, Larinostelis a Stelis) je zcela nejistý (Michener 2000). Přeřazování parazitického rodu Sphecodes (Halictidae) ze skupiny do skupiny bylo také velmi frekventované. Především jeho evidentní příslušnost ke včelám skupiny S-T a také nedostatky ve znalostech bionomie těchto včel způsobily četná přeřazení. Nejprve jej zařadil Lepeletier (1835) společně s neparazitickým rodem Hylaeus mezi parazity. Posléze byl opět s tímto rodem přeřazen mezi ostatní včely skupiny S-T (Schenck 1869, Thomson 1872) a do skupiny neparazitických primitivních včel byl zařazen i Schmiedeknechtem (1882, 1930), který jinak dělení podle způsobu života striktně dodržoval. Na parazitický způsob života poukazoval především redukovaný sběráček na pyl, který chybí také u rodu Hylaeus. Robertson (1904) a většina pozdějších autorů oba tyto rody řadí již správně. Danforth et al. (2004) stanovil pro rod Sphecodes a jeho nejbližší příbuzné samostatný tribus Sphecodini. Tato podrobná molekulární fylogenetická studie prakticky řeší příbuzenské vztahy mezi hlavními druhovými liniemi (triby), včetně kleptoparazitických taxonů. Parazitické taxony čeledi Apidae měly dlouho vývoj společný jako jedna ucelená skupina. Jejich způsob života byl již od počátku zcela zřejmý a podle toho byly i řazeni. Ashmead (1899) poprvé použil také do té doby málo známé taxony z Jižní Ameriky. Ke skupině Nomadidae (neobsahující všechny dnešní zástupce podčeledi Nomadinae) přiřadil také parazitické rody Aglae a Exaerete z tribu Euglossini (Apinae, Apiformní linie). Tyto dva rody nemají společného kleptoparazitického předka, a jsou oba zcela jistě příbuzní neparazitickým zástupcům tohoto tribu (Michel-Salzat et al. 2004).
13
Velmi jasně vyhraněnou skupinu čeledi Apidae tvoří podčeleď Nomadinae. Tito odvození a specializovaní kleptoparazité spíše připomínající vosy, než včely. Byli řazeni různými způsoby, takže netvořili jednu společnou skupinu kleptoparazitických včel, ale vždy byly blízko sebe. Robertson (1904) řadí zástupce dnešní podčeledi Nomadinae a rod Melecta do jedné čeledi Melectidae, která již byla dříve více či méně používaná v podobném pojetí. Börner (1919), Bischoff (1934) a Grütte (1935) přichází s představou, že všechny kleptoparazitické včely se vyvinuly z předků včel neparazitických. Rozdělili tak zástupce výše zmíněné čeledi Melectidae na mnoho nezávislých linií, které jsou příbuzné nejčastěji svým hostitelům. To bylo ve své době velmi oblíbené řešení vztahů parazitů k hostitelům (Emery 1909). Např. triby Ammobatini a Nomadini byly zařazeny do čeledi Andrenidae, tedy skupiny včel S-T; Biastini, Ammobatoidini, Epeolini, Melectini a také Epeoloidini (dnes Osirini) byli zařazeny mezi včely skupiny L-T, ne však jako jedna monofyletická skupina. Tato představa byla velmi podrobně rozebrána především Grüttem (1935) a byla akceptována řadou pozdějších autorů. Překvapivě ji použil také Šustera (1958), dlouho po publikování rozsáhlé fylogenetické a mnohem podrobnější práce Michenera (1944), který zavedl novodobý systém. Šustera dokonce z této Michenerovi práce použil systém, až na několik výjimek, jako byly kleptoparazitické druhy. Fylogenetická práce Michenera (1944) vrátila všechny kleptoparazity do příbuzenstva včel skupiny L-T. Opět však tyto včely netvořily jednu monofyletickou skupinu. Teprve v roce 1965 Michener použil jméno podčeledi pro skupinu kleptoparazitických včel v rámci čeledi Anthophoridae, a tím nepřímo a bez podrobného vysvětlování upozornil na jednotný původ skupiny. Podčeleď Nomadinae sensu Michener (1965) obsahuje všechny triby patřící předtím do čeledi Melectidae sensu Robertson (1904), kromě tří tribů – Melectini, Ericrocidini a Rhathymini, které zůstávají v blízkém příbuzenském vztahu s neparazitickými triby Anthophorini a Centridini (jejich hostiteli). I v současné době, podle kladistické práce Roig-Alsiny & Michenera (1993), jsou tyto včely řazeny do příbuznosti tribů Anthophorini a Centridini, respektive do Apiformní linie (Obr. 2). Podle Popova (1955) a Lieftincka (1968) je tribus Melectini dokonce polyfyletický. Předek rodu Thyreus se podle nich vyvinul z linie rodu Amegilla, u kterých parazituje většina zástupců, a předek rodu Melecta se pak vyvinul z linie rodu Anthophora u kterých parazituje většina zástupců. Dalšími skupinami, které byly odstraněny z podčeledi Nomadinae, byl rod Coelioxoides, a triby Osirini, Isepeolini a Protepeolini. Rod Coelioxoides byl přeřazen do 14
tribu Tetrapediini (Roig-Alsina 1990) a později bylo zjištěno, že také na zástupcích tohoto tribu parazituje (Alves-dos-Santos et al. 2002). Tři výše zmíněné triby byly definitivně vyčleněny na základě podrobné analýzy znaků celé skupiny včel L-T (Roig-Alsina & Michener 1993). Jsou tak nyní součástí Euceriformní linie včel (Obr. 2). Jako možné nezávislé linie byly zmiňovány již Bohartem (1970) a později se to stále více potvrzovalo (Roig-Alsina 1989, 1990). Někteří autoři však stále nevylučují příslušnost těchto včel ke včelám podčeledi Nomadinae (Rozen 1991, Michener 2000). Samostatný odstavec si zaslouží práce Warnckeho (1977, 1982). Ve své práci o systému včel (Warncke 1977) řadí rod Epeoloides (Osirini) do příbuzenstva tribu Melectini, tedy ve své době rozdělil podčeleď Nomadinae. Později (Warncke 1982), na základě studia materiálu z Jižní Ameriky usuzuje, že Isepeolus (Isepeolini), Parepeolus (Osirini) a Leiopodus (Protepeolini) patří s rodem Epeoloides a zástupci tribu Melectini do jedné skupiny společně se zástupci podčeledi Nomadinae. Vracel tedy systém do doby Robertsona (1904). Práce Warnckeho byla spíše intuitivní, i když samozřejmě s morfologickými znaky pracoval. Tato práce nebyla prakticky vůbec akceptována. Podobně také práce dalšího autora nebyla akceptována ze stejných důvodů. Tkalců (1972, 1974) se domnívá, že některé kleptoparazitické včely se vyvinuly nezávisle na včelách sbírajících pyl.
2.2 Kleptoparazitizmus a sociální parazitizmus u včel Parazitické včely je možné rozdělit do dvou základních skupin podle způsobu parazitce – kleptoparazitické a sociálně parazitické. Parazité mohou být obligátní, a nebo jen příležitostní. U včel se vyskytují ještě další způsoby ataku hnízd – zabrání hnízda jiné včele (téměř vždy vnitrodruhové) a nájezdnictví (známo u tribu Meliponini). 2.2.1 Sociální parazitizmus Sociálně parazitická včela matka zaujímá pozici královny v hnízdě sociálně žijícího hostitele. V hnízdě setrvává delší dobu společně s dělnicemi a někdy i s hostitelskou matkou (královnou). U včel se sociální parazitizmus vyvinul minimálně patnáctkrát a možná i více než dvacetkrát nezávisle (Tab. 2), vyskytuje se však jen u čtyř tribů dvou čeledí. V případě tribu Halictini vznikl parazitický způsob života přímo z eusociální linie a sociálně parazitické druhy parazitují na příbuzných eusociálních druzích. Pravděpodobně
15
dokonce na druzích sesterské skupiny (Michener 1978, Danforth et al. 2003). Na rozdíl od zástupců předešlého tribu vznikli sociální parazité tribu Sphecodini z kleptoparazitických druhů. V případě tohoto tribu je možné nalézt i přechodné, obtížněji zařaditelné typy sociálně parazitického chování. Druhy rodu Microsphecodes a některé druhy rodu Sphecodes dokáží proniknout i do stráženého hnízda sociálních druhů, aniž by byli napadeni. Otevřou několik čerstvě zásobených buněk a vajíčko hostitele odstraňuje matka (Michener 1978). V hnízdě zůstávají den, nebo i déle, ale nezůstávají nikdy po celý život, čímž se liší od pravých sociálních parazitů. Pravé sociálně parazitické druhy, kdy matka okupuje jedno hnízdo hostitele celý život, je vyvinut u tribu Bombini a Allodapini. Prakticky jistý je vyšší počet nezávislých vzniků sociálního parazitizmu u tribu Allodapini než u ostatních skupin, kde se sociální parazitizmus vyvinul. Některé druhy parazitů jsou již tak morfologicky odlišné od ostatních zástupců tribu, že byly popsány jako jiné rody. Naopak druhy rodu Braunsapis přešly na sociálně parazitický způsob života teprve nedávno, a to přímo ze sociálních druhů. Socialita v tomto tribu vznikla pravděpodobně jen jednou u společného předka všech dnes žijících druhů (Schwarz et al. 2003, 2004). U neparazitických čmeláků je velmi běžné a dobře známé zabírání již vytvořených hnízd vlastního druhu, i druhů jiných (Sakagami 1976). Kromě pačmeláků (Bombus sgen. Psithyrus), kteří tvoří monofyletickou skupinu a jsou všichni sociálně parazitičtí (Williams 1994, Michener 2000), je parazitický ještě jeden čmelák podrodu Alpinobombus a možná také alspský druh Bombus inexpectatus (viz Tab. 2) (Michener 2000). Velmi zajímavým zjištěním bylo, že dělnice čmeláka Bombus terrestris kladou neoplozená samčí vajíčka v hnízdech cizí kolonie stejného druhu. Chovají se tedy jako vnitrodruhový sociální parazité (Lopez-Vaamonde 2004). Se sociálním parazitizmem je často zmiňováno tzv. Emeryho pravidlo (Emery 1909), které poukazuje na jev, že sociální parazit a hostitel jsou si blízce příbuzní. Dnes je zcela zřejmé, že toto pravidlo neplatí univerzálně (Sumner et al. 2004).
16
Tabulka 2. Přehled známých a předpokládaných taxonů, které jsou sociálně parazitické. Číslo v závorce – předpokládaný počet nezávislých vzniků sociálního parazitizmu (Michener 2000); * – všechny druhy taxonu jsou parazité. Taxon Čeleď Halictidae *Tribus Sphecodini (2x-?) *Sphecodes *Microsphecodes Tribus Halictini (1x) Lasioglossum (Dialictus) Čeleď Apidae Tribus Allodapini (10x) Allodape Allodapula Braunsapis (3x) *Eucondylops *Effractapis *Inquilina Macrogalea *Nasutapis Tribus Bombini (3x) Bombus (*Psithyrus) Bombus polaris Bombus inexepectatus
způsob zjištění parazitce
hostitel
nalezen v hnízdě nalezen v hnízdě
Halictus Lasioglossum
nalezen v hnízdě
Lasioglossum (Dialictus)
předpokládá se předpokládá se nalezen v hnízdě nalezen v hnízdě předpokládá se nalezen v hnízdě nalezen v hnízdě nalezen v hnízdě nalezen v hnízdě nalezen v hnízdě předpokládá se
Braunsapis Allodapula Exoneura Macrogalea Braunsapis Bombus Bombus
2.2.2 Kleptoparazitizmus Kleptoparazitické včely se chovají podobně jako kukačky. Dospělé včely si nestaví svá vlastní hnízda, ale kladou vajíčka do hnízd jiných druhů včel. Obecně se dá říci, že kleptoparazitická včela vnikne do hnízda v době, kdy není matka hostitele přítomna, atakuje vhodnou buňku (většinou jednu) a co nejrychleji opustí hnízdo. Mezi jednotlivými kleptoparazitickými druhy, či skupinami jsou menší či větší rozdíly v chování a strategiích. Přikládá se jim velký fylogenetický význam, ale nejsou ještě dobře známy u řady taxonů. Výše zmíněný způsob ataku hnízda má také své výjimky. Některé včely rodu Hoplostelis jednoduše přítomného hostitele vyhodí z hnízda, a pak se v klidu věnují kladení vajíčka. Včela Sphecodes monilicornis parazituje u eusociálního druhu Lasioglossum malachurum, nechová se ale jako sociální parazit. Jeho strategie, jak přelstít sociální chování svého hostitelského druhu spočívá v tom, že zabíjí většinu přítomných jedinců z hostitelského hnízda (některým jedincům se obyčejně podaří utéct) (Michener 1978, Westrich 1989). Tato strategie je také jednou z mála možností jak překonat strážící sociální druhy (Abrams & Eickwort 1981). Imaga kleptoparazitických druhů včel mají řadu strategií jak pokládat vajíčka v hnízdě (Tab. 3). Většina druhů vyhledává nové plně zásobené a již uzavřené buňky (symbol U v Tab. 3). Taková strategie má několik slabých míst. Aktuálně je vždy jen velmi
17
málo buněk ve správném stavu vhodném pro parazitování. Starší buňky, pokud jsou vůbec přístupné, jsou naplněny zásobami delší dobu, a ty se enormně rychle kazí. Než by se z vajíčka vylíhla larva, byla by potrava doslova promořená patogeny. U některých druhů je uzavření čerstvé buňky spojeno s rychlým zatvrdnutím víčka. Vhodná chvíle pro parazitaci je pak opravdu krátká. Jediným štěstím kleptoparazitického druhu Coelioxoides waltheriae (Tetrapediini) je, že jeho hostitel (druh z rodu Tetrapedia) musí pro materiál na víčko letět několikrát. Ve chvíli, když je hostitel pryč, prolomí Coelioxoides kusadly neutuhlou stěnu buňky a položí vlastní vajíčko do hnízda. Neúspěšná snaha o otevření již zatuhlého víčka byla pozorována několikrát (Alves-dos-Santos et al. 2002). Druhy rodu Exaerete (Euglossini) přilétají do hnízda, i když je přítomen hostitel (druhy rodu Eulaema). Pozorované případy tohoto chování shrnuje Garófalo & Rozen 2001. Do soudečkovitých buněk udělají díru kusadly, zlikvidují všechna přítomná vajíčka, nakladou jedno své a poté vytvořenou díru opět sami zacelí tím samým substrátem, který z buňky odstranily, nebo (jiný druh tohoto rodu) si půjčuje substrát ze sousedních dosud nedostavěných buněk svého hostitele. Dva dosud pozorované druhy rodu Exaerete se velmi lišily také ve způsobu likvidace vajíček v hnízdě. Jeden druh odstraňuje vajíčko hostitele, nebo konkurenčního jedince parazita, pomocí kusadel (Bennett 1972), jiný druh likviduje vajíčka v buňce pomocí žihadla a svého jedu (Alves-dos-Santos et al. 2002). Odstraňování konkurenčních vajíček matkou je v Tabulce 3 označen symbolem AD. Použití žihadla je zcela unikátní a vztahuje se zatím jen k tomuto jedinému případu. Velmi odlišná strategie pokládání vajíček je vyvinuta u všech známých zástupců podčeledi Nomadinae (Rozen 1992) a tribů Protepeolini (Rozen 1991) a Isepeolini (Rozen 2003). U posledně zmíněného tribu byla tato strategie dlouho předpokládána, ale neověřena (Roig-Alsina 1991). Jejich strategií je kladení vajíček do dosud neuzavřených buněk, která nemusí být vůbec zásobena. Tyto včely mají specificky modifikovaný konec zadečku tak, aby dokázaly ve vnitřní stěně buňky hostitele vytvořit díru a do ní vložit své vajíčko. Šesté sternum je nejčastěji rozděleno na dva laloky, na jejichž koncích jsou silné tuhé séty. Někdy je toto sternum přeměněno na dvouhrotý, nebo sekundárně jednohrotý bodec (Ammobatini, Caenoprosopidini, Neolarrini), nebo jsou přeměněny na strukturu obsahující kombinaci obou struktur (Isepeolini). Šesté tergum včel tribu Protepeolini nese analogické tuhé séty, jako jsou na sternu u většiny zástupců podčeledi Nomadinae. Vajíčka těchto druhů jsou velmi malá a nejrůznějšími způsoby modifikovaná. Podrobný přehled velikostí a tvarů vajíček včel podávají Iwata & Sakagami (1966), Rozen 18
et al. (1997), Rozen (2001a, 2003) a Rozen & Özbek (2003). Tvar vajíčka je u neparazitických druhů dlouze oválný a zahnutý, podobný párku. Vajíčka druhů včel, která kladou do uzavřených buněk (buňky po sobě zase uzavírají), nejsou tvarově výrazněji odlišená. Způsob pokládání vajíčka a jeho polohu v buňce hostitele podrobně rozebírají Rozen (1992) a Rozen et al. (1997). Vajíčka některých kleptoparazitů nesplývají se stěnou buňky, jsou dobře viditelná a tvarem se příliš neliší od neparazitických včel (Nomadini, Brachynomadini, Townsendiellini a Ammobatoidini). U většiny ostatních zástupců tribů, kteří kladou do otevřených buněk, jsou vajíčka nápadně modifikovaná, bezpochyby tak, aby splynula se stěnou buňky. Některá mají nápadnou blanitou obrubu (Hexepeolini, Isepeolini), tak aby splynula s izolační vrstvou (cell lining), jiná jsou vložena hluboko do stěny, tak aby bylo nekryté jen specializované operkulum (Ammobatini, Epeolini, a také Protepeolini). Chorion vajíček, která jsou vystavena větší částí ven, je často nápadně strukturovaný (Biastini, Hexepeolini, Ammobatoidini). V některých případech jsou vajíčka pevně přilepena, nebo zacementována v připravené štěrbině stěny buňky (Nomadini, Biastini, Caenoprosopidini). U tribu Neolarrini jsou vajíčka tak malá, že splývají s jednotlivými zrnky písku a nevyžadují tak žádnou speciální modifikaci. Není pochyb, že hostitelské druhy včel musí mít vyvinutý systém na detekci vajíček kleptoparazitů. Je pravděpodobně především hmatový, ale některá vajíčka jsou na povrchu i nápadně pigmentovaná. Jak vyplývá z předešlého odstavce nemohou matky kleptoparazitů zničit vajíčka hostitele, protože samy kladou dříve než hostitel. Larva je proto vybavena dlouhými a ostrými kusadly tak, aby sama dokázala zlikvidovat hostitelské vajíčko, nebo larvu. Ve většině případů je ozbrojen první larvální instar (symbol LM v Tab. 3), nebo vzácněji instary pozdější (symbol LO v Tab. 3). Druhy včel, které zabíjí larvu až v pozdějším stadiu jsou pravděpodobně spíše parazitické, než kleptoparazitické. Podrobnosti o jejich životě však nejsou dosud známy. U druhu rodu Eulaema (Euglossini), který zabíjí hostitelská vajíčka žihadlem, se u larvy druhého instaru objevují ostrá, ale ne příliš dlouhá kusadla. Předpokládá se, že je používají k zabití konkurenčních larev převážně vlastního druhu. Likvidace vajíček samicí nebývá vždy stoprocentně úspěšná. Dvě a více životaschopných vajíček v jedné buňce bylo zjištěno několikrát (Alves-dos-Santos et al. 2002). Překvapivě často bylo nalezeno v jedné buňce hostitele i více než jedno vajíčko parazita. Každé vajíčko tedy pravděpodobně nakladla jiná samice. V několika případech bylo zjištěno dokonce více než deset vajíček v jedné jediné buňce hostitele (Roig-Alsina & Rozen 1994, Rozen 1992, Rozen et al. 1997, Alves-dos-Santos et al. 2002 ad.). Samice 19
kleptoparazitických včel mají proto obvykle větší počet zralých oocytů v ovariolách najednou. Včely podčeledi Nomadinae a někteří zástupci tribu Ericrocidini mají i větší počet párů ovariol (Alexander & Rozen 1987, Rozen 2003). Celkově se kleptoparazitické chování u včel vyvinulo a zároveň ustálilo, jako jediná strategie druhu, mnohokrát nezávisle. Současný předpoklad počítá se čtyřiadvaceti až třiceti nezávislými vzniky kleptoparazitizmu u včel (viz Tab. 3) (Michener 2000, Rozen 2000). Vznik kleptoparazitizmu u čeledi Colletidae je nejistý. Byl pozorován a popsán jen jednou, a to v roce 1899 (Michener 2000). Tabulka 3. Přehled známých a předpokládaných kleptoparazitických taxonů, způsob likvidace hostitelského vajíčka (larvy) a dosud známí hostitelé (Michener 2000, Rozen 2000). Číslo v závorce – předpokládaný počet nezávislých vzniků sociálního parazitizmu v dané skupině; ? – existence takového parazitického taxonu je nejistá; * – všechny druhy taxonu jsou parazité; P – předpokládá se kleptoparazitický způsob života; N – byl vychován, či nalezen v hnízdě, ale způsob likvidace hostitele v buňce neznámý; AD – matka kleptoparazita odstraňuje vajíčko (larvu) hostitele; LM – první instar kleptoparazita je přizpůsoben k odstranění hostitele z buňky; LO – larva kleptoparazita je schopna likvidovat hostitele v jiném než prvním instaru; O – kladení vajíčka do otevřené buňky; U – kladení vajíčka do zásobené uzavřené buňky. Parazitický taxon ?Čeleď Colletidae (1x) Hylaeus (Nesoprosopis) Čeleď Halictidae (9x) Tribus Augochlorini (3x) Megalopta (*Noctoraptor) Megommation (*Cleptommation) *Temnosoma Tribus Thrinchostomini (1x) *Parathrincostoma Tribus Sphecodini (1x) *Eupetersia *Microsphecodes *Ptilocleptis *Sphecodes Tribus Halictinae (4x) Halictus (*Paraseladonia) Lasioglossum (Homalictus) Lasioglossum (Dialictus) Lasioglossum (*Paradialictus) Čeleď Megachilidae (6-9x) Tribus Osmiini (1x) Hoplitis (*Bytinskia) Tribus Megachilini (1-2x) *Coelioxys
*Radoszkowskiana
způsob parazitce N
hostitel Hylaeus (Nesoprosopis)
P P P P AD P AD, U P P AD P
Halictini (Halictidae) Colletidae, Halictidae, Andrenidae, Melittidae
Lasioglossum (Dialictus)
N
Hoplitis
LM
Anthidiini, Osmiini, Megachilini (Megachilidae); Euglossini, Centridini, Anthophorini, Eucerini (Apidae)
P
20
Tabulka 3. Pokračování Parazitický taxon Tribus Anthidiini (3-5x) *Afrostelis *Euaspis *Hoplostelis *Larinostelis *Stelis *Stels (*Dolichostelis) *Tribus Dioxyini (1x) Čeleď Apidae (8-11x) *Podčeleď Nomadinae (1x) *Tribus Ammobatini
způsob parazitce P AD AD, U P LO, U AD LO, U
LM, O
*Tribus Caenoprosopidini *Tribus Neolarrini *Tribus Townsendiellini
LM, O LM, O LM, O
*Tribus Nomadini
LM, O
*Tribus Biastini *Tribus Hexepeolini *Tribus Ammobatoidini *Tribus Brachynomadini
LM, O LM, O LM, O LM, O
*Tribus Epeolini
LM, O
Podčeleď Apinae (7-10x) Tribus Ctenoplectrini Tribus Tetrapediini *Tribus Rhathymini *Tribus Ericrocidini *Tribus Melectini *Tribus Osirini
P LM, U LM, U LM, U LM, U N
*Tribus Isepeolini *Tribus Protepeolini Tribus Euglossini (2x) *Aglae *Exaerete
LM, O LM, O
hostitel
Megachile Euglossini (Apidae) Lithurgini, Anthidiini, Osmiini, Megachilini (Megachilidae); Xylocopini (Apidae) Megachile Anthidiini, Osmiini, Megachilini (Megachilidae) Colletinae (Colletidae); Nomioidinae, Nominae (Halictidae); Panurginae (Andrenidae); Anthophorini, Ancylini, Eucerini (Apidae) Panurginae (Andrenidae) Panurginae (Andrenidae) Rophitinae (Halictidae); Dasypodainae (Melittidae) Colletinae (Colletidae); Halictinae (Halictidae); Andreninae, Panurginae (Andrenidae); Melittinae (Melittidae); Exomalopsini, Eucerini (Apidae) Rophitinae (Halictidae) Andreninae (Andrenidae) Panurginae (Andrenidae) Colletinae (Colletidae); Panurginae (Andrenidae); Exomalopsini (Apidae) Colletinae, Diphaglossinae (Colletidae); Nomiinae (Halictidae); Oxaeinae (Andrenidae); Anthophorini, Eucerini, Emphorini (Apidae)
Tetrapedia Epicharis (Apidae, Centridini) Centridini (Apidae) Anthophorini (Apidae) Melittinae (Melittidae); Tapinotaspidini (Apidae) Colletinae (Colletidae); Eucerini (Apidae) Emphorini (Apidae)
N Eulaema AD+LM, U Eulaema, Eufriesea
2.2.3 Zabírání hnízd a vnitrodruhový kleptoparazitizmus Zabírání hnízd a cílený vnitrodruhový parazitizmus je poměrně častý jev u včel, které hnízdí v dírách ve dřevě (Bohart 1955, Matthews 1965, Raw 1972, Mordechai et al. 1978, Field 1992, Tepedino & Torchio 1994, Barthell & Thorp 1995, Strickler et al. 1996, Vinson & Frankie 2000), ale i řady dalších druhů včel (Eickwort 1975, Field 1992) i jiných
21
skupin (Crabronidae, Pompilidae, Sphecidae) (Eberhard 1972, Wcislo et al. 1988, Gobbi et al. 1991). Tento způsob chování je také velmi častý u sociálních čmeláků (Sakagami 1976, Field 1992). U primárně neparazitických druhů je cílený parazitizmus a zabírání hnízd tím častější, čím vyšší je denzita hnízd a samic na jednom místě (Field 1992), přičemž vhodný prostor pro hnízdění je obyčejně poměrně vzácný, takže jsou hnízda v prostoru rozmístěna ostrůvkovitě v agregacích (Danks 1971) a tam se koncentrují. Pokud dojde ke zničení vlastního hnízda, je zcela běžné, že se samice pokusí zabrat nějaké jiné hnízdo. Takové chování bylo pokusně vyvoláno a pozorováno vícekrát u druhů podčeledí Megachilinae a Xylocopinae (Field 1992). Frekvence přirozených pokusů o parazitování cizích hnízd se zvyšuje u starých „senilních“ jedinců na konci sezóny druhu (Eickwort 1975). U druhu Centris bicornuta (Centridini, Apinae) je zabrání hnízda dokonce zcela běžná taktika, jak získat vlastní vhodný prostor pro hnízdění. Žádná matka v novém hnízdě nezapomene vyměnit cizí vajíčko za své vlastní u poslední (jediné dostupné) buňky (Vinson & Frankie 2000). U několika druhů čeledi Megachilidae byl prokázán cílený kleptoparazitizmus u sousedních hnízd stejného druhu (Matthews 1965, Eickwort 1975). U včely druhu Hoplitis anthocopoides se kleptoparaziticky chovalo více než padesát procent všech samic, i když měly svá vlastní hnízda. Asi patnáct procent buněk tak bylo parazitováno konspecifickým druhem, což je zhruba stejně, jako procento parazitace a predace všemi ostatními druhy parazitů (všichni z řádu Hymenoptera) u sledované populace. Způsob ataku buněk v hnízdě je podobný, jako u některých specializovaných kleptoparazitů. Vajíčko domácí samice vždy paraziti pozřeli, vložili své a opět uzavřeli buňku, do které se předtím prokousali (Eickwort 1975). Pozorované napadání hnízd u druhu Heriades carinata se lišilo především v tom, že atakující včela již uzavřenou buňku zcela vyčistila, jak od vajíčka, tak i od nanošeného pylu. Takto připravenou buňku opět plně zásobila, položila vajíčko a uzavřela. Včely rodu Heriades hnízdí v dutých stoncích rostlin a tak kompetují především o prostor pro hnízdění (Matthews 1965). Některé drvodělky (Xylocopa) kradou zásoby pylu ze sousedních hnízd stejného druhu (Mordachai et al. 1978) a včela medonosná byla dokonce přistižena jak obírá některé samotářské včely o pyl přímo z jejích nohou (Thorp & Briggs 1980).
22
2.3 Základní typy hnízd a způsoby hnízdění neparazitických včel Hnízda včel je možné rozdělit do dvou základních typů a) v zemi, vždy nově vytvořené chodby a dutiny a b) ve dřevě, obsazení již existujících dutin i vykusování zcela nových chodeb (také v dutých rostlinných stoncích a jiných dutinách). Do typu a) ani b) nelze zařadit volně stojící buňky včel několika málo rodů z tribů Anthidiini, Megachilini a Osmiini (Megachilidae), které jsou přilepené na skály, nebo větve stromů. U včel skupiny S-T se vyskytuje prakticky jen typ a). Výjimky tvoří jen některé druhy podčeledi Hylaeinae (Colletidae) (Michener 2000) a několik málo druhů tribu Augochlorini (Halictidae) (Danforth & Eickwort 1997). U včel skupiny L-T je způsob hnízdění mnohem diverzifikovanější, a je také fylogeneticky velmi významný. Včely čeledi Megachilidae hnízdí nejčastěji ve dřevě. Včely rodu Lithurgus (Lithurginae) hnízdí ve dřevě a chodbičky si vykusují vždy samy. Využívají však spíše trouch a byli také pozorovány jak hnízdí v kupách sušeného kravského trusu. Zajímavá modifikace hnízdění včel čeledi Megachilidae je specializované využívání dutiny v ulitě mrtvých měkkýšů. Včely podčeledi Xylocopinae (Apidae) hnízdí prakticky výhradně ve dřevě. Jen zástupci podrodu Proxylocopa (Xylocopa) se vrátili k hnízdění v zemi. Žijí totiž v pouštích střední Asie, kde neroste dostatek stromů a keřů, vhodných k vrtání poměrně velkých dutin. Naopak včely podčeledi Apinae hnízdí ve dřevě jen výjimečně. Dřevní jsou triby Tetrapediini a Ctenoplectrini, které hnízdí ve dřevě zcela výhradně, a také několik druhů tribů Tapinotaspidini a Centridini, jejichž zástupci hnízdí většinou v zemi. Všichni Centridini mohli mít předka, který hnízdil výhradně ve dřevě, ale Tapinotaspidini jsou téměř s jistotou dřevní až sekundárně. Ve dřevě hnízdí ještě čtyři včely podrodu Clisodon (Anthophora), ale z tribu Anthophorini jsou jediní. Poslední odlišnou skupinou jsou košíčkaté včely, které většinou obývají velkou dutinu (ve dřevě i v zemi) a staví soustavy několika až mnoha buněk (Michener 2000). 2.3.1 Izolační a stavební materiály Izolace buněk od okolního prostředí zamezuje infikování houbami a jinými nemocemi, které jsou významnými faktory způsobujícími mortalitu nedospělých stadií. Řada včel navíc vytváří z připravené potravy pravidelnou kuličku, tak, aby se dotýkala stěny co nejmenší plochou. Naprostá většina druhů včel skupiny S-T používá jako izolační materiál výměšky Dufourovy žlázy (Cane 1981), které při smíchání se slinami polymerují, a jejichž
23
hlavní složkou jsou laktony (Colletidae, Halictidae, Oxaeinae) (Cane 1983a), nebo jiné lipidy (většina druhů čeledi Andrenidae) (Cane 1983b). Včely čeledi Melittidae vůbec izolaci nevytváří, nebo roztírají po stěnách buněk rostlinné oleje (Macropidini, Redivivini) (Cane et al. 1983). Zástupci čeledi Megachilidae používají nejrůznější stavební materiál. Několik různých nepříbuzných druhů vytváří soudečkovité buňky, které lepí na skály, nebo na větve stromů. Ke stavbě takových soudečků používají pomocí výměšků slinné žlázy rozmělněnou hlínu (Hoplitis, Chalicodoma, Creightonella atd.), nebo pryskyřici (Anthidiellum). Řada dalších druhů zvláště ty, které hnízdí v zemi, používají jako výstelku mnoho různých, převážně rostlinných, materiálů: rozžvýkané listy, vykrojené a umně stočené listy a barevné okvětní plátky, seškrábané trichomy z listů, pryskyřici, nektar, kamínky, bahno a různé kombinace těchto materiálů. Včely podčeledí Fideliinae a Lithurginae nepoužívají žádný izolační materiál (Michener 2000). Některé včely podčeledi Apinae používají jako izolační materiál také výměšky Dufourovy žlázy. Na rozdíl od včel skupiny S-T však obsahuje jako hlavní složku diglyceridy. Obsah žlázy roztírají po stěně v tekuté formě a teprve při styku s látkami ze slin včel vytváří pevný, vosku podobný, triglyceridový izolační obal. Sliny jsou přimíchávány až do připravované potravy. Voskovitý obal je také nakonec larvou pozřen, takže po buňce prakticky nic nezbude. Tento způsob izolace je dobře znám u tribu Anthophorini (Norden et al. 1980). Podobný vnitřní izolační materiál je znám u tribu Centridini a podobně také vypadá izolace u některých tribů Euceriformní linie, u kterých je stavba známá. Izolace tvořená z látek z Dufourovy žlázy není vyvinuta u včel z tribů Ctenoplectrini (Euceriformní linie), Tetrapediini, Euglossini a ostatních tribů z Apiformní linie. Ctenoplectrini a Tetrapediini používají ke stavbě buněk rostlinné oleje smíchané se zrnky písku, které nabírají na lepkavé sběrací chloupky s olejem. Centridini a Euglossini stavějí buňky z dřevěných hoblinek smíchaných s pryskyřicí, nebo bahnem. Včely z tribu Centridini však nestaví volné buňky a vnitřek ještě natírají izolační vrstvou. Bombini, Meliponini a Apini používají na stavbu buněk pravý vosk, který někdy míchají s pryskyřicí, nebo hlínou. Euglossini jsou tak jedinou skupinou košíčkatých včel, které nejsou eusociální a také nevytváří vosk. Vosk je produkován několika páry specializovaných tergálních žláz (Michener 2000). Kleptoaparazitické včely, které kladou vajíčka do stěny buněk narušují izolační vrstvu. Proto se i u těchto včel vyvinul způsob jak malou štěrbinu zacelit. Zdroj a složení použitých látek není znám (Alexander 1996). 24
2.4 Socialita u včel 2.4.1 Základní typy sociality u včel Samostatně hnízdící (= solitérní) včely, kterých je naprostá většina, mohou vytvářet velmi početné agregace hnízd. Někdy se může zdát, že vytváří složité sociální seskupení. Každý jedinec má však své, zcela oddělené, hnízdo. Jedna matka zakládá hnízdo sama. Postupně vytváří oddělené buňky pro každého potomka zvlášť. Všechny tyto buňky vybaví a zabezpečí vším potřebným. V některých případech staví samice více hnízd na různých místech. Samice v mírném pásu prakticky vždy zemře dříve, než se vyvine potomstvo do dospělosti, ale v tropech se mohou včely z různých generací běžně potkávat. Pokud tyto samice mají hnízda oddělená, nemají na sebe vliv (Michener 2000). Způsob života komunálních druhů se prakticky neliší od chování solitérních druhů. Každá matka se stará o své vlastní buňky ve společném hnízdě, které má pro všechny stejný vletový otvor. Takové seskupení včel v jednom hnízdě nemusí být příbuzensky spřízněné (Danforth et al. 1996). Komunální druhy mívají populace solitérní i komunální. V některých hnízdech se všechny matky podílejí na tvorbě buněk společně a vždy jedna z nich naklade vajíčko bez ohledu na to, která matka se podílela na tvorbě buňky nejvíce. Všechny samice se podílejí na pokládání vajíček přibližně stejně. Takové seskupení se nazývá kvazisociální. Kvazisociální společenství je pravděpodobně složeno již výhradně ze sester (Michener 2000). Eusociální druhy jsou definovány podle přítomnosti tří klíčových behaviorálních znaků. 1) Členové tohoto společenství se společně starají o potomstvo, jako u kvazisociálního společenství. 2) Jsou vytvořeny kasty, z nichž jedna se více, či méně nerozmnožuje (dělnice) na úkor té druhé (královna). 3) Dochází k překryvu minimálně dvou generací (Michener 1974). U eusociálních druhů jsou již členové společenstva rozděleni podle „pracovní náplně“. Nemusí však nutně vytvářet kasty odlišitelné morfologicky. Dělnice se nerozmnožují a starají se o potravu pro potomstvo královny. Toto jednoduché dělení prakticky nikde nefunguje zcela jednoznačně. Především dělnice jsou prakticky ve všech případech schopny klást vajíčka (a také to dělají). Jsou ale nespářené, takže z vajíček dělnic se líhnou výhradně samci. U primitivně eusociálních druhů jsou někdy i dělnice spářené, ale procento takových je významně nižší, než je běžné v populacích solitérních druhů. U druhu Halictus ligatus byla zjištěna situace opačná, než je obvyklé (Richards et
25
al. 1995). Dělnice byly většinou spářeny a kladly oplozená vajíčka. Naopak královna kladla vajíčka neoplozená. Za normálních podmínek brání páření královna pomocí speciálních feromonů (Greenberg & Buckle 1981). Eusociální společenstva je možné rozdělit na primitivně eusociální a společenstva s vysoce odvozenou eusocialitou. Druhá zmíněná možnost se vyskytuje pouze u všech druhů rodu Apis a u naprosté většiny druhů tribu Meliponini. Tyto včely mají vždy morfologicky odlišné kasty. Matka je zcela odkázána na dělnice a není sama schopna založit hnízdo. Mladou matku tak vždy doprovází skupina dělnic z rodného hnízda, tzv. roj. Primitivně eusociální druhy mohou mít také morfologicky odlišené kasty. Od odvozené eusociality se liší především v tom, že matka je zcela samostatná a vždy sama zakládá hnízdo a vychovává první dělnice. Později matka již jen klade vajíčka a hnízdo neopouští. V případě, že královna uhyne v průběhu sezóny, může jí nahradit morfologicky neodlišená dcera, která se stává novou královnou. Takovéto společenství, kdy jsou dělnice sestrami královny, se nazývá semisociální. Ne všechna společenství, která jsou rozdělena na královnu a na dělnice jsou tedy eusociální. Semisociální společenství je sdružení několika samic jedné generace, snad většinou sester, které žijí spolu a jedna z nich se chová jako královna, zatímco ostatní normálně pracují. Semisociální společenství vzniká z primitivně eusociálního společenství, když zemře jejich matka – královna, ale pravděpodobně může vzniknout i primárně (Lin & Michener 1972). U některých druhů tribu Xylocopini, kteří hnízdí v bambusových stéblech, matka vykusuje vletový otvor do duté internodální části stébla a zakládá hnízdo. Matka umírá dříve, než se potomstvo vylíhne, takže se v této fázi nejedná o sociální způsob života. Některé dcery po vylíhnutí opouští hnízdo a zakládají nové vlastní někde jinde. Některé dcery však v rodném hnízdě zůstávají a vytvářejí semisociální společenství s jednou dominantní samicí (Michener 2000). Jsou však dokladovány mnohem podivnější případy semisociality. Existují přesvědčivé důkazy o tom že k jedné včele, které založila hnízdo, se dříve nebo později, přidala jedna, nebo několik dalších včel stejné generace (Lin & Michener 1972). Není známo, jestli se jednalo o sestry, ale u vosíků (Polistes) jsou to běžně nepříbuzní jedinci (Queller et al. 2000). V tomto společenství se jedna včela chovala jako královna a ostatní jako dělnice. Dělnice měly dokonce nevyvinuté, nebo málo vyvinuté ovarioly. Když se později vylíhly nové dělnice a kolonie se stala eusociální, původní dělnice ze semisociálního společenství odletěly, nebo spíše byly vyhnány. V jiném popisovaném případě jsou některé druhy tribu Caenohalictini celý život semisociální. Vývoj kolonie je podobný počátkům předchozího případu. 26
Pokud
není
znám
stupeň
sociality
kolonie
(komunalita,
kvazisocialita,
semisocialita) je společenství nazývané jako parasociální. Eusociální společenství se do tohoto termínu nezahrnuje, protože je snadno rozlišitelné podle královny, která je mnohem starší než ostatní členky kolonie. Posledním termínem, který se běžně používá, je subsocialita. Nejedná se o klasické sociální společenství, ale o formu chování rodiče k potomkům. Typické subsociální chování je založeno na postupném přímém i nepřímém krmení mladého jedince (larvy) rodičem. Všeobecně je známé u některých ptáků. U většiny eusociálních zástupců tribu Allodapini a u všech eusociálních druhů tribů Bombini a Apini se také takové chování vyskytuje. Všechny eusociální druhy hmyzu se chovají tímto způsobem, kromě některých druhů včel (všechny eusociální druhy tribu Halictini, někteří Allodapini a všichni odvozeně eusociální Meliponini). Je známé také u některých solitérních vos (Vespidae) a kutilek (Sphecidae, Crabronidae) (Wilson 2000, Michener 2000). Subsocialita je spojována s termínem „progresive provisioning“ = postupné zásobování, které může mít formu přímého krmení z úst do úst (u včel se nevyskytuje), nebo postupné zásobování malými balíčky potravy každou larvu zvlášť (Apini, někteří Allodapini), nebo velkými balíčky více larev společně (Bombini, někteří Allodapini). Opakem k postupnému zásobování je „mass provisioning“, tedy jednorázové zásobení buňky (u všech ostatních včel). 2.4.2 Faktory podporující vznik agregací a komunálního způsobu života Prvním stupněm je vznik agregací, tedy hromadného hnízdění nepříbuzných jedinců na jednom místě. Toto chování je vynucené prostorovou distribucí vhodných míst k hnízdění (Danks 1971, Michener 1974). Všechny další typy společenství sdílí jediný společný vchod, bez ohledu na to, jestli je společenská struktura komunální, či eusociální. Faktory, které podporují komunální způsob života, nerozhodují o příbuzenském složení společenství (Lin & Michener 1972). Ve všech zkoumaných případech byla tato společenství skutečně složena z nepříbuzných jedinců (Kukuk & Sage 1994, Danforth et al. 1996 a Paxton et al. 1996). Produktivita kolonie, počítáno na jednoho jedince, je tím menší, čím větší je kolonie (Michener 1964, Ward & Kukuk 1998). U fakultativně koloniálních druhů tribu Halictini jsou za normálních okolností evolučně stabilní solitérní jedinci, i když u tribu Allodapini byla zjištěna situace opačná (Michener 1971). Kolonialita je však vždy výhodná v případě, že hnízda napadají predátoři, parazité a kleptoparazité z různých druhů (Michener & Lange 1958, Lin 1964, Kukuk et al. 1998). Selekční tlak na včely 27
v agregacích je někdy skutečně velmi silný. Michener (1966) pozoroval agregaci druhu Lasioglossum versatum, která byla přímo decimovaná jedním druhem kodulky. Podobně Lin & Michener (1972) pozorovali hnízda druhu Lasioglossum zephyrum napadané několika druhy kodulek a ještě drancované mravenci. Způsoby obrany se vyvinuly u mnoha druhů nezávisle, ale často se velmi podobají. Nejčastější jsou ucpávání vchodu do hnízda zploštělým koncem zadečku (např. Allodapini), nebo hlavou, která je pak nápadně oválná a rozšířená (např. Halictini). Specializované strážení a bránění hnízda bylo pozorováno a je předpokládáno u řady eusociálních druhů (Lin 1964, Michener 1974, Litte 1977, Abrams & Eickwort 1981, Neff & Danforth 1992, Coelho 2002), ale u komunálních druhů nebylo pozorováno. Pokud ale několik jedinců v komunálním společenství sdílí jediný vchod, je obrana efektivnější i bez specializovaného strážení (McCorquodale 1989a). Navíc obrana trvá i po předčasné smrti některého ze členů komunity a je tak zabráněno vyplenění pozůstalých buněk např. mravenci (Gadagkar 1990). Tento princip se pravděpodobně při vzniku komunálních druhů nejvíce uplatňuje. Solitérní druhy s jednorázovým zásobením po své smrti vystavují potomky velkému riziku vyplenění otevřených hnízd a smrt subsociálního solitérního jedince znamená jistou smrt hladem všem jeho potomkům. Výhoda komunálních, respektive kvazisociálních/eusociálních populací nad solitéritou je v tomto směru jednoznačná. I po smrti matky se má kdo postarat, či ochránit pozůstalé potomky (Queller 1989, 1994, Gadagkar 1990, Eickwort et al. 1996, Kukuk et al. 1998). Další nespornou výhodu mají jedinci, kteří používají již existující hnízda a jejich chodby. Drahá je nejen investice energie do stavby, ale zvláště investice časová. Blanokřídlý hmyz často hnízdí ve velmi tvrdé zemi, kterou je třeba rozmělňovat slinami (McCorquodale 1989b), nebo ve velmi tvrdém dřevě (Michener 2000). Řada druhů proto obnovuje cizí hnízda z minulých sezón (Eickwort 1975, Danforth et al. 1996, Michener 2000). Stává se, že dvě matky použijí jedno staré hnízdo a v rámci něj budují každá své nové buňky, i když se primárně nejedná o komunální druh (Eickwort 1975). Často se tak chovají druhy s krátkou dobou aktivity. Jsou úzce specializované a musí stihnout nejen vyhrabat dlouhou chodbu, ale i nasbírat dostatek pylu pro larvy. Včely, které použijí již existující hnízdo, mají výhodu časovou, úspory energie, i nižší opotřebovanost vlastního těla, což je pro řadu druhů extrémně limitující (Danforth 1991). Novou chodbu, pokud stará není k dispozici, může zakládat několik jedinců, i zcela nepříbuzných (Danforth et al. 1996).
28
Další princip vzniku komunality je založen na přidružování k již započatému hnízdu a akceptování příchozího do komunálního společenství. Musí být splněny tři podmínky: 1) Musí být variabilita v reprodukční schopnosti jednotlivých samic i mezi solitérními jedinci (u eusociálních je to běžné); 2) Vysoce produktivní jedinci zakládají hnízdo první; 3) Mortalita potomků jedinců žijících v kolonii je u všech stejná a je nižší než u jedinců solitérních. Reprodukčně slabší jedinci, nebo jedinci s opožděným výletem tak nejsou zcela znevýhodněni. Druhy splňující všechny tři podmínky byly v přírodě zjištěny u některých primitivně eusociálních druhů čeledi Halictidae. (Lin & Michener 1972). Komunální společenstvo je vystaveno velmi silnému tlaku vnitrodruhového kleptoparazitizmu. Vnitrodruhový kleptoparazitizmus je velmi častý a může tvořit i veliké procento parazitovaných buněk (viz Kap. 2.2.3). Jakým způsobem se chovají jedinci v komunitě a jaké jsou evolučně stabilní strategie řeší matematický model chování jedinců v komunitě (Ward & Kukuk 1998). Tento model je šit na míru jednorázově zásobujícím druhům z čeledi Halictidae. Samice mají v modelu možnost: zásobovat vlastní buňky, nebo zůstávat v hnízdě, nevystavovat se nebezpečí mimo hnízdo a parazitovat na těch, kteří zásobují vlastní buňky v hnízdě; pozůstalé buňky podstupují riziko predace. Model předpovídá následující chování: 1) Solitérní samice by měly zásobovat svá hnízda až do doby, kdy dosáhnou prahového počtu buněk. Pak musí zůstat v hnízdě a hlídat. 2) Prahový počet buněk by měl být pro komunální druhy vyšší. 3) Pokud svá hnízda samice uvnitř komunity nehlídají, tak hypoteticky žádný jedinec nebude zásobovat, nebo naopak všichni, tak aby nikdo nemohl parazitovat. Z toho vyplývá, že v malých koloniích by měli všichni zásobovat, protože není příliš možností k parazitaci. Ve velkých koloniích by hned od počátku nikdo nezásoboval a doba trvání tohoto stavu by měla záviset na velikosti kolonie. Teprve na konci sezóny by všichni měli zásobovat a nikdy parazitovat. 4) Fitness jedinců se rapidně snižuje v koloniích větších než je optimální velikost. Nadbyteční jedinci by měly být vyhnáni. 5) Malá variabilita ve výkonnosti by měla vést ke smíšené evolučně stabilní strategii ve velkých koloniích. Nejvýkonnější samice by měly zásobovat a všechny ostatní zůstávat v hnízdě a parazitovat. 6) Pokud není hlídání vlastních buněk v hnízdě příliš náročné (drahé), budou to všechny samice dělat. V takovém případě by žádná samice neměla zůstávat v hnízdě, aby parazitovala. Velikost kolonie by v tomto případě měla růst, tedy přijímat další cizí členy. Pokud samice příležitostně přestanou strážit a budou se věnovat zásobování, tak by mělo být strážení v kolonii podmíněné frekvenci parazitování a počtu nových buněk. 29
Všechny zmíněné strategie vedou především ke stabilním mutualistickým společenstvím komunálním, které jsou tvořeny nepříbuznými jedinci (Kukuk & Sage 1994, Danforth et al. 1996). Lze předpokládat, že se principielně uplatňují i při vzniku ostatních typů společenství, tedy i eusociality. 2.4.3 Evoluční cesty vzniku eusociality Subsociální cesta, nazývaná také jako rodinná, je založena na klíčové domněnce o tendenci potomků k setrvávání v rodičovském hnízdě a pomáhání matce s výchovou dalších potomků, respektive sourozenců. Toto hledisko je pro vznik eusociality obecně jednoznačně převládající. Práce, které se nezabývají jednotlivými mezikroky vzniku eusociality, považují subsociální cestu za univerzální pro vznik eusociality. Řada autorů se věnuje i průběhu subsociální cesty (z nejvýznamnějších Wheeler 1926, Evans 1958 a Evans & Eberhard 1970). Nejkompletnější a nejlépe podloženou řadu stavů připravili Evans a Eberhard v obou výše zmíněných publikacích. Každý teoretický stav je podložen stavem u nějakých existujících druhů. Evans v sekvenci typů chování použil 13 kroků pro vznik eusociality ze solitérity – především podle vos (Vespidae) a kutilek (Sphecidae, Crabronidae). Zjednodušená Evansova sekvence podle Starra (1979) je následující: 1-8. Vývoj lovu, konstrukce hnízda a zásobovacího cyklu k flexibilitě v pořadí tohoto chování; vývoj z jednobuňkových hnízd k vícebuňkovým; vývoj od jednorázového zásobení buňky k postupnému zásobování a k tendenci macerace kořisti a přímému krmení larev. 9. Zvýšení dlouhověkosti samic – překryv generací, někteří potomci zůstávají v rodičovském hnízdě a starají se o své vlastní potomky a ve vlastních buňkách. 10. Někteří se vyhraní jako dělnice; některé samice se někdy začnou starat o potomstvo jiné, než vlastní. 11-13. Zvyšuje se množství dělnic a vyhraňuje se jediná reproduktivní samice – královna, konečný stav se vyskytuje u druhů rodů Vespula a Vespa. Klíčové stádium je 9., kdy dochází k překryvu generací a sdílení jednoho hnízda. Poprvé se nabízí pravidelná příležitost pro loupení, kladení vajíček do cizích buněk a všem výhodná obrana hnízda proti podvádějícím jedincům; a stadium 10., ve kterém se objevují jedinci spolupracující na péči o potomstvo a objevuje se rozmnožovací kasta. Pro stav 9. je možné uvažovat nevšední hypotézu, že osobní ostražitost dělá podvádění členů společenstva nevýhodné, nebo že samice podvodníky nějakým způsobem trestá. Časová souslednost tří nejvýznamnějších klíčových stádií je znázorněn v Tabulce 4. 30
U řady primitivně eusociálních a dokonce i u odvozeně eusociálních včel se subsociální chování nevyskytuje. Je proto zřejmé, že minimálně u některých včel není možné použít subsociální cestu vzniku eusociality. Michener (1958, 1969, 1974) a Lin & Michener (1972) proto přišli s teorií semisociální cesty, kterou Wilson (2000) nazývá parasociální (Tab. 4). Prvním stupněm jsou agregace a komunalita, které byly již několikrát zmíněny výše. Podstatné je, že tato seskupení se vyskytují mnohem vzácněji u solitérních druhů vos a kutilek, a jsou typické pro včely. Lin & Michener (1972) navrhli, že méně produktivní jedinec, který se podřídí královně nutně nemusí za každých okolností tratit. Představa navazuje na teorii připojování a akceptování jedinců do komunálních společenství. Méně produktivní jedinec, který by neměl příliš veliké šance na úspěšné založení hnízda se může vzdát své exkluzivní fitness a investovat do malého podílu v mnohem jistějším podniku semisociálního společenství. To se může stát když takový méně produktivní jedinec prakticky bez šancí na položení vajíčka zcela samostatně, má možnost podpořit královnu ve společenství (získat tak větší než nulovou inkluzivní zdatnost), a navíc třeba ještě možnost klást vajíčka samčího pohlaví. Je mnohem jednodušší představit si změnu ze semisociality na eusocialitu, než ze solitérity. Jak ale mohla vzniknout sterilita na bázi pomoci nepříbuzným? Lin & Michener (1972) předpokládají, že jednou vzniklé semisociální společenství, které produkuje a akceptuje své vlastní připojující se jedince, což je běžná událost u komunálních společenstev, bude selekcí preferováno. Otázkou je, jestli tato představa vývoje eusociality může být platná univerzálně pro všechny druhy řádu Hymenoptera, a také jestli přidružování a akceptování je preadaptací pro přidružování dcer k matce. Uváděné důkazy existence semisociální cesty evoluce jsou: 1) důkaz významu obrany hnízda; 2) pozorované případy občasných přidružování nepříbuzných jedinců k eusociálním societám; 3) dva druhy pravděpodobně permanentně semisociálních druhů tribu Halictini; 4) frekvence a povaha semisociálních společenství v ontogenetickém vývoji jednotlivých kolonií u některých primitivně eusociálních druhů; 5) jednoznačná absence mezistavů subsociální (rodinné) cesty vzniku eusociality u včel. Interpretace těchto důkazů je často napadána (Wilson 1971, Hamilton 1972, Alexander 1974, West-Eberhard 1975). Tato teorie je považována za nepříliš pravděpodobnou především podle vágnosti zmíněných důkazů a také malé pravděpodobnosti existence semisociality jako evolučně stabilní strategie (Starr 1979). Semisociální společenství je také v rozporu s předpokladem Charnova (1978) a Stubblefielda & Charnova (1986), i když se o semisociálním společenství vůbec nezmiňují. 31
Tito autoři se zabývají především principem vzniku sterilních kast. Kasty podle nich vznikají na principu parazitizmu ze strany matky, což se podařilo v nedávné době prokázat u jednoho druhu včely rodu Euglossa (Augusto & Garófalo 2004). Samice tohoto druhu čeká ve svém hnízdě do doby, kdy se vylíhnou její potomci z připravených buněk. Synové i několik dcer hnízdo trvale opouští. Několik dcer ale v hnízdě zůstává a začne s obnovou buněk a novým zásobováním. Každá z těchto samic se chová zcela samostatně. Na buňkách nijak nespolupracují, pokládají svá vlastní vajíčka a pak buňky uzavírají. Jejich matka hnízdo prakticky neopouští, čili nezásobuje žádné buňky. Stará se jen o to, aby z každé čerstvě uzavřené buňky odstranila původní vajíčko, to pozře, a místo něj položí své vlastní. Parazitované samice tak splňují definici dělnice celkem bez vážnějších problémů, přitom se jinak chovají zcela solitérně. Tyto včely ale nesplňují všechny podmínky definice eusociality, protože jim chybí společná výchova potomků. V Tabulce 4 jsem tuto cestu označil jako „parazitickou cestu“ evoluce eusociality. Tabulka 4. Stupně socializace v řádu Hymenoptera a postupný vývoj hlavních stádií sociality vedoucí k nejvyššímu stupni organizace. ± splňuje funkční definici kast, ale jedná se o vliv parazitace matky u dcer. Převzato z Wilsona (2000) a Charnova (1978).
Klíčová stádia sociality Stupeň socializace
Společná výchova potomků
Vznik Kast
Překrývání generací
– – + + +
– – – + +
– – – – +
– – – + +
– – – – +
– – + + +
– – +
– ± +
– + +
Semisociální cesta Solitérita Komunalita Kvazisocialita Semisocialita Eusocialita Subsociální cesta Solitérita Primitivní subsocialita Mezistav subsociality I Mezistav subsociality II Eusocialita Parazitická cesta Solitérita Parazitizmus matky Eusocialita
32
2.4.4 Hlavní principy vzniku eusociality V následujících odstavcích jsou jen stručně vysvětleny principy vzniku eusociality. Podrobněji je vysvětlují kapitoly ve všech učebnicích a knihách, které se týkají sociality a chování jedinců v rámci větších skupin (např. Krebs & Davis 1993, Crozier & Pamilo 1996, Wilson 2000). Historicky nejvýznamnějším principem je teorie příbuzenské selekce (Kin Selection) (Hamilton 1964). Tato teorie je založena na předpokladu větší pravděpodobnosti sdílení shodných vlastností mezi příbuznými jedinci. Díky tomu je možné počítat nejen se zdatností v podobě vlastních potomků (exclusive fitness), ale do zdatnosti jedince je možné započítat i zdatnost jedinců příbuzných násobený koeficientem příbuznosti (inclusive fitness). Příbuzenská selekce je pak selekce znaků, které zvyšují šance na přežití blízce příbuzným daných jedinců (Maynard-Smith 1964). Vyplývající předpoklad tedy je, že každý jedinec se bude chovat tak, aby dosáhl co nejvyšší inkluzivní zdatnosti. U blanokřídlého hmyzu s haplo-diploidním počtem chromozomů pak dochází k vychýlení standardních koeficientů příbuznosti mezi pohlavími (Tab. 5). Díky tomuto vychýlení jsou si úplné sestry navzájem příbuznější, než s vlastními potomky. Investice do produkce vlastních sester by pak měla být z pohledu zisku inkluzivní zdatnosti výrazně lepší, než investice do vlastních potomků. Na druhou stranu je investice do bratrů výrazně nevýhodnější než investice do synů. Pro eusociální společenstvo je ideální poměr produkce samic : samcům 3:1. Dělnice však také dokáží produkovat syny a narušují tak tento očekávaný poměr pohlaví produkovaný eusociálním společenstvím. Konflikt mezi matkou a dcerami (dělnicemi) o produkci vyváženého poměru pohlaví potomstva je podrobně popsán např. v publikaci Croziera & Pamila (1996).
33
Tabulka 5. Koeficient příbuznosti mezi blízce příbuznými jedinci s haplo-diploidním určením pohlaví a standardní koeficient příbuznosti mezi blízce příbuznými jedinci u diploidních druhů. haplo-diploidní druhy samice samec
matka 0,5 1
otec 0,5 0
sestra 0,75 0,5
bratr 0,25 0,5
syn 0,5 0
dcera 0,5 1
sestřenice /bratranec 0,375 0,25
diploidní druhy samice/samec
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,25
Dobrou alternativou k předešlému principu je princip rodičovské manipulace (Parental Manipulation) (Alexander 1974). Na základě kin selection je investice do potomků někoho jiného, de facto volbou těch, kteří se nerozmnožují. V případě rodičovské manipulace jde především o to, zvýšit vlastní zdatnost za každou cenu. Matka manipuluje s některými potomky tak, aby vychovávali sourozence, místo vlastních dcer a synů. Konflikt mezi dcerami a matkou je pak výhodný především pro matku, nikoliv pro neplodné potomky, na rozdíl od příbuzenské selekce. Charnov (1978) ovšem namítá, že k žádnému konfliktu primárně nedochází. Průměrný koeficient příbuznosti pro vztahy matka-potomek i sourozenec-sourozenec, za předpokladu poměru pohlaví potomků 1:1, je i v tomto případě 0,5. Selekce chování investovat do sourozenců je tedy neutrální, ale naopak je velmi silná pro matky. Do další „generace“ se dostávají dcery a synové, namísto vnuček a vnuků. Jejich koeficient příbuznosti je poloviční vzhledem k dcerám. Pokud by se ovšem koeficient příbuznosti změnil (poměrem pohlaví potomků nebo vícenásobným pářením matky), nebylo by pro dcery výhodné investovat do sourozenců, a to již konfliktní je. Matky pak dokáží ovlivnit schopnosti dcer rozmnožovat se samostatně a překonat tak kritickou hodnotu příbuznosti (0,5), pod kterou se normálně nesmí koeficient příbuznosti k sourozencům dostat (Craig 1979). Pro nedostatečně vyvinuté jedince, kteří by neměli mnoho šancí na samostatné vyhnízdění, bude vždycky výhodnější zůstávat v mateřském hnízdě. Vývoj potomků matka dokáže ovlivnit především množstvím potravy připraveném pro potomstvo (Crespi & Ragsdale 2000). 2.4.5 Návrat k solitérnímu způsobu života a ztráta eusociality Reverze eusociálního způsobu života na solitérní je již dnes považována za dobře možnou. Je zcela zřejmé, že k této události několikrát došlo. Všechny dosud prokázané případy shrnuje práce Wcisla & Danfortha (1997). Stále se objevuje více a více dobře podpořených
34
fylogenetických stromů které ukazují, že změny v modu sociality jsou častější než jsme si mysleli (Danforth et al. 2003). Ve vyšších polohách a vůbec v chladnějších oblastech nejsou některé druhy schopny mít dvě generace do roka. Primárně eusociální druhy tak nedokáží vychovat dělnice, a jsou proto opět solitérní (Sakagami & Munakata 1972, Eickwort et al. 1996). Žádné další způsoby redukce eusociality zatím navrženy nebyly, ale je jisté, že uvedený způsob patří k těm vzácnějším.
35
3. Materiál a metodika 3.1 Data a materiál Taxony (OTU) použité v jednotlivých analýzách jsou vypsány v Tabulce 6 a Přílohách 1 a 2. Tabulka 6 shrnuje také informace o použitých typech dat pro analýzy u jednotlivých taxonů. Morfologická data jsou převzata z publikace Roig-Alsiny & Michenera (1993) a McGinleye (1981) doplněné o nově publikované informace o počtu ovariol u některých taxonů (Alves-dos-Santos et al. 2002, Rozen 2003) a řádek znaků pro larvu rodu Tetrapedia byl vytvořen z jejího popisu (Alves-dos-Santos et al. 2002). V Tab. 6 jsou uvedeny značky I (imaga) a L (larvy) u rodů, pro které jsou data k dispozici. Sekvence DNA podjednotky I cytochrom oxydázy (dále COI) a genu Wingless (dále Wg) jsou z větší části původní. Všechny sekvence genu Long Wavelength Rhodopsin (dále LWRh) a některé další sekvence ostatních genů jsou převzaty z genové banky (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/). Sekvence pocházejí z následujících publikací: Crozier & Crozier 1993, Mardulin & Cameron 1999, Ascher et al. 2001, Tanaka et al. 2001, Pedersen 2002, Kawakita et al. 2003, Michel-Salzat et al. 2004. Přístupové kódy jsou uvedeny v Tabulce 6. V Příloze 1 jsou jména s autory a roky popisu všech v textu použitých taxonů, tedy i taxonů použitých v analýzách, tak aby nemohlo dojít k chybné interpretaci jmen. Jména jsou řazena abecedně podle rodů bez ohledu na vyšší systematiku. V Příloze 2 jsou uvedeny informace o původu materiálu z něhož jsou získány nové sekvence. Zástupce celkem z deseti tribů čeledi Apidae se nepodařilo sehnat, a proto v analýzách tyto taxony chybí. Seznam těchto tribů společně se stručnou poznámkou o způsobu života a výskytu je uveden v Příloze 3. Součástí této práce je také přiložené CD se základními datovými soubory DNA i maticí morfologických znaků (adresář Sekvence_DATA), včetně základní charakteristiky těchto znaků (soubory Znaky_dospelcu.pdf a Znaky_larev.pdf. Zkratky jsou uvedeny v samostatné kapitole (Kap. 9.).
36
Tabulka 6. Přehled všech taxonů použitých v jednotlivých analýzách; uvedeny jsou přístupové kódy k sekvencím, které jsou získané z genové banky (NCBI). Značky I a L jsou u taxonů, pro které byla morfologická data k dispozici; - sekvence taxonu byla
získána a v této práci použita poprvé;
- sekvence daného taxonu nebyla k dispozici.
morfologie ROD
imaga larvy
geny DRUHY
COI
Wg
LwRh
Melittidae-outgroup Dasypodainae: Dasypodaini I L hirtipes Dasypoda Hesperapis larrae Melittinae: Macropidini I L europaea Macropis Melittinae: Melittini I L eickworti Melitta leporina
AF344597
AF344604
Megachilidae-outgroup Lithurginae: Lithurgini I L chrysurus Lithurgus Megachilinae: Anthidiini I L oblongatum Anthidium Megachilinae: Megachilini Chalicodoma ericetorum I L alternata Coelioxys mandibularis I L pugnata Megachile Megachilinae: Osmiini I L sp. Hoplitis albifrons
AF344586
AF344591 AF344605
AF344598
Apidae-Xylocopinae Allodapini Allodape Braunsapis Macrogalea Ceratinini Ceratina Xylocopini Xylocopa
L sp. scaevolae
I I
L
calcarata cyanea
I
L
dejeanii violacea virginica
AF344620
AF153114 AF091730
Apidae-Nomadinae Ammobatini Ammobates Oreopasites Pasites
I
L L
punctatus barbarae maculatus
AF344626
37
Tabulka 6. Pokračování
morfologie
geny
ROD DRUHY imaga larvy Ammobatoidini Ammobatoides abdominalis luctuosus I L calliopsidis Holcopasites ruthae Biastini I Biastes truncatus L Neopasites
COI
Wg
LwRh
AF344600 AF344602
Brachynomadini
Paranomada Triopasites Epeolini Epeolus Triepeolus Nomadini Nomada
I
I
L
L
velutina penniger
AF344627 AF344633
scutellaris variegatus verbesinae
AF344596
fucata imbricata maculata
AF344635
AF344608 AF344609
Apidae-Apinae Isepeolini Isepeolus Melectoides Osirini Epeoloides Parepeolus Protepeolini Leiopodus Ancylini Ancyla Tarsalia Eucerini Svastra Tetraloniella
I I
L
coecutiens aterrimus
I I
L
I I
I Eucera Peponapis Tapinotaspidini Paratetrapedia I Emphorini gen. I Diadasia
vachali bellus
trochantericus singularis
AF344624
anatolica ancyliformis machaeranthera sp. glauca
AF344631 AF344636
L L
sp.
L
sp. diminuta
AF344592
38
Tabulka 6. Pokračování
morfologie ROD Ancyloscelis Exomalopsini Exomalopsis Anthophorula
Tetrapediini Tetrapedia Anthophorini Anthophora
Amegilla Melectini Melecta Thyreus Xeromelecta Zacosmia Centridini Centris Euglossini Euglossa Eufriesea Bombini Bombus Meliponini Melipona Scaptotrigona Apini Apis
geny DRUHY
imaga larvy
I I I
L
sp. sp. completa rufiventris
L
sp.
I
L
furcata pubescens urbana quadrifasciata
I
Wg
LwRh
sp.
I
I I
COI
L L
L
I
AF344622 AF344623
AF344615 AF344585
albifrons sp. californica maculata
AF344613 AF344637
sp. inermis
AF181577
intersecta sp.
AJ581107
AJ581741
L I
I
I
L
L
L
bohemicus vestalis
AF492992 AY181194
bicolor sp. depilis
NC_004529
mellifera
NC_001566 AY222543 U26026
AF091729
3.2 Molekulární metody 3.2.1 Izolace DNA Z počátku byly odchycení jedinci homogenizováni celí a DNA izolována klasickou fenolchloroformovou cestou (protokol viz níže). Později jsem začal používat na izolaci DNA pouze vypreparované hrudní svalstvo a samotnou izolaci prováděl pomocí speciálních
39
souprav – DNAeasy Tissue Kit (Qiagen), které obsahují speciální protokol na izolaci DNA z hmyzu. Kompletně homogenizované jedince, v případě nejistoty prvního určení druhu, nebylo možné zpětně přeurčit (Hoplitis sp., Thyreus sp.). Použitý postup fenol-chloroformové izolace DNA: 1) každý exemplář byl homogenizován v 2 ml mikrozkumavce s persilovým roztokem (40 mg v 1,5 ml ddH2O) (Bahl & Pfenninger 1996). Poté se nechal inkubovat cca 12 a více hodin. Tkáně musí být dokonale rozložené. 2) po dokonalé lyzi buněk se do zkumavky odebere čistá tekutá fáze. K tomu se přidá 1,5x objem fenolu a 1,5x objem směsi chloroform-izoamylalkohol (24:1) a 2 min. se nechá třepat. 3) 5 min. centrifugace při 15000x g. 4) horní fáze se opatrně odebere do nové čisté zkumavky a přidá se 1,5x objem chloroform-izoamylalkohol (24:1) a opět se nechá 2 min. třepat. 5) 5 min. centrifugace při 15000x g. 6) horní fáze se opatrně odebere do nové čisté zkumavky a přidá se 2x objem ledového EtOH (96-100%) a 0,1x objem 3M NaAc (octan sodný). Poté se nechá cca 12 a více hodin v –20°C, nebo několik hodin v –70°C. 7) 15 min. centrifugace při 15000x g ve 4°C. 8) EtOH se slije, přidá se 70% EtOH a nechá protřepat. 9) 2-5 min. centrifugace při 15000x g ve 4°C. 10) EtOH se slije a pelet nechá dokonale usušit. 11) poté se DNA při 55 ºC rozpouští 10 minut, nebo dokud pelet nezmizí v 200-500 µl TE (10 mM Tris.Cl pH 8 a 1mM EDTA pH 8) podle potřeby koncentrace DNA. Výsledný produkt (čistá rozpuštěná DNA) je dlouhodobě skladována v –20, nebo – 80°C. 3.2.2 Elektroforéza Kvalita izolované DNA a výsledky PCR byly ověřeny na horizontální elektroforéze v TBE pufru na 1-4% agarózovém gelu o délce 8 cm při gradientu napětí 10 V.cm-1. DNA byla zviditelněna ethidiumbromidem (EtBr) pod UV světlem. 1,5 µl roztoku EtBr (10mg/ml) bylo přidáno do gelu ze 4g agarózy. Gel byl vyfotografován a vytištěn na laserové tiskárně.
40
3.2.3 Amplifikace pomocí specifických primerů Amplifikace části mitochondriálního genu COI byla prováděna pomocí sedmi primerů (Tab. 7). Primery AP-N-2980 a AP-N-3114 jsou nově designované za pomoci on-line programu PRIMER3 (Rozen & Skaletzky 2000) na stránkách http://frodo.wi.mit.edu/cgibin/primer3/primer3_www.cgi. Výsledný produkt amplifikace byl 937 až 1104 bází dlouhý, podle typu použitých primerů a druhu včely. Kombinace primerů AP-J-1991 a APN-3114 nebyla příliš funkční. Čísla uvedená v názvech primerů odpovídají pozici 5’ konce primeru v sekvenci mitochondriální DNA druhu Apis mellifera (Crozier & Crozier 1993). Často byla využívána také sekundární amplifikace produktu. Po gelové purifikaci produktu pomocí QIAquick® Gel Extraction Kit (Qiagen) byla provedena nová amplifikace stejnými, či dalšími primery. Reamplifikace fragmentu amplifikovaného opakovaně primery AP-J-2013 a AP-N-2950 nebyla nikdy dokonale funkční. V takovém případě bylo nutné vždy použít jeden vnitřní primer (AP-J-2511 a AP-N-2536). Annealingová teplota byla v případě sekundární amplifikace nastavena vždy o 10-15°C vyšší než v případě primární amplifikace (viz Tab. 10). Tabulka 7. Přehled primerů použitých k amplifikaci a sekvenaci části genu COI. 1 - odpovídá modifikaci primeru AP-L-2013 (Pedersen 1996); 2 - odpovídá modifikaci primeru C1-J-1718 (Simon et al. 1994); 3 - odpovídá modifikaci primeru C1-N-2191 (Simon et al. 1994); 4 - odpovídá modifikaci primeru AP-H-2931 (Pedersen 1996); 5 - nově vytvořené primery.
Název primeru AP-J-1991 AP-J-2013 AP-J-2511 AP-N-2536 AP-N-2950 AP-N-2980 AP-N-3114
Orientace Primeru Forward Forward Forward Reverse Reverse Reverse Reverse
Sekvence 5’ → 3’ TAT AGT TAT ACC ATT TTA ATT G GGA GGA TTT GGA AAT TGG CTT ATT CC GAA GTT TAT ATT TTA ATT TTA CCT GG CCA GGT AAA ATT AAA ATA TAA ACT TC GCA AAT ACA GCA CTT ATT GA GGA WAT CAA TGA ATA AAT CTT G ART CTG AAT AWC GTC GWG GT
Poznámka 1 2 3 3 4 5 5
Amplifikace části nukleárního genu Wg byla prováděna pomocí dvou převzatých primerů (Danforth et al. 2004) (Tab. 8). Také teplotní cyklus je plně převzatý z této publikace a prakticky nemodifikovaný (Tab. 10). Výsledný produkt byl téměř vždy jediný 450 bází dlouhý fragment.
41
Tabulka 8. Přehled primerů použitých k amplifikaci a sekvenaci části genu Wg. Oligonukleotidové sekvence převzaty z práce Danfortha et al. (2004).
Název primeru beewgFor Lep wg2a
Orientace Primeru Sekvence 5’ → 3’ Forward TGC ACN GTS AAG ACC TGY TGG ATG AG Reverse ACT ICG CAR CAC CAR TGG AAT GTR CA
Složení reakční směsi pro finální objem 50 µl je znázorněno v Tabulce 9 Použitý PCR pufr A použitý v reakci je speciální pufr dodávaný k polymeráze (Promega). Společně s polymerázou je dodáván také 2 mM MgCl2 a od stejné firmy byly odebírány nukleotidy (dNTPs mix). Oligonukleotidové řetězce (primery) byly zhotoveny firmou KRD. Tabulka 9. Složení reakční směsi pro PCR. Reakční směs PCR pufr A MgCl2 (2mM) dNTPs mix (2mM) Taq polymeráza (5U.µl-1) Primer Forward 10µM Primer Reverse 10µM DNA (podle koncentrace) dd H2O
na 1 reakci (µl) 5 5-7 5 4-5 2,5 2,5 5-15 doplnit do 50 µl
PCR reakce byly prováděny v termocykléru PTC-200 (MJ Research) při nastavení kalkulované kontrolní metody a s použitím vyhřívaného víka. Nastavení teplotního cyklu pro oba geny odděleně je znázorněno v Tabulce 10. Annealingová teplota u všech kombinací primerů genu COI byla velmi nízká a individuální pro každý druh. Naopak pro amplifikaci genu Wg bylo možné tuto teplotu nastavit vždy na stejnou hodnotu, s výjimkou druhů tribu Ammobatini, které vyžadovaly její snížení na 50°C.
42
Tabulka 10. Nastavení teplotního cyklu v termocykleru pro amplifikaci genů COI a Wg. COI Počet opakování 1x
Teplota
Wg Čas
94 oC
5 min
94 oC
60 sec
Počet opakování
Annealingová teplota 35-45°C 60 sec 40x 1x
72 oC o
72 C
30-60 sec 5 min
Teplota
Čas
94 oC
4 min
94 oC
45 sec
Annealingová teplota 58°C
45 sec
72 oC
45 sec
1x
40x
o
1x
72 C
4 min
Celý produkt PCR reakce byl nanesen na 2-4% gel paralelně s délkovým standardem Gene Ruler™ 100bp DNA Ladder (Fermentas). Fragmenty správné délky byly vyřezány a purifikovány již zmíněnou soupravou QIAquick® Gel Extraction Kit (Qiagen) a vždy přesně podle přiloženého protokolu. Koncentrace DNA ve vzorku byla odhadnuta podle koncentračního standardu. Rozpuštěný fragment byl skladován v –20°C. 3.2.4 Sekvenace Sekvenační reakce byla provedena vždy s přečištěným fragmentem. K provedení sekvenační reakce byl použit kit ABI Prism BigDye Terminator Cycle Sequencing Ready reaction Kit v 3.1 (Applied Biosystems). Původně z finančních důvodů byla použita čtvrtinová koncentrace Terminator Ready reaction Mix. I tato tzv. čtvrtinová sekvenační reakce se pro sekvenaci osvědčila. Složení směsi je znázorněno v Tabulce 11. Sekvenační reakce probíhala v termocykleru PTC-200 (MJ Research) při nastavení kalkulované kontrolní metody a s použitím vyhřívaného víka. Shodou okolností při jednostrané PCR (sekvenační reakce) fungovaly všechny výše zmíněné reverzní primery mnohem hůře než ostatní, ať už se jednalo o gen COI, nebo Wg. Nastavení teploty v termocykléru je uvedeno v Tabulce 12. Tabulka 11. Složení reakční směsi pro čtvrtinovou sekvenační reakci. Reakční směs Terminator Ready reaction Mix sekvenační pufr primer 10µM DNA ddH2O
na 1 reakci 2 µl 4 µl 0,32 µl 10 – 40 ng doplnit do 20 µl
43
Tabulka 12. Nastavení teplotního cyklu v termocykleru pro sekvenační reakci
Počet opakování
proces denaturace annealing
25x 1x
rychlost změny teplota teploty
Čas
o
1°C/s
30 sec
o
1°C/s
15 sec
o
1°C/s
4 min for ever
96 C 50 C
polymerace 60 C 4°C
Příprava reakce pro analýzu na automatickém sekvenátoru zahrnuje precipitaci DNA ethanolem s octanem sodným, čímž je zbavena dideoxynukleotidů: 1. K sekvenační reakci (20 µl) přidáme 50 µl 96% ethanolu a 2 µl 3M NaAc. 2. Necháme mikrozkumavku s reakcí stát v pokojové teplotě 15 minut, aby precipitovala DNA. 3. Centrifugujume 15 minut při 12000 rpm. 4. Opatrně odebereme supernatant. 5. Přidáme 250 µl 70% ethanolu. 6. Centrifugujeme 5 minut při 12000 rpm. 7. Opatrně odebereme supernatant. 8. Usušíme pelet (obvykle nepozorovatelný). 9. Resuspendujeme pelet ve 25 µl Template Suppression reagent, vzorky protřepeme a centrifugujeme. 10. Zahřejeme na dvě minuty na 95 oC, poté zchladíme na ledu. Vzorky protřepeme a centrifugujeme. Poté byly vzorky analyzovány sekvenátorem ABI Prism 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems). Později byl používán přístroj ABI Prism 3100-Avant Genetic Analyser (Applied Biosystems). Úkony 9. a 10. prováděla vždy laborantka obsluhující sekvenátor.
3.3 Zpracování získaných dat 3.3.1 Vyhodnocování chromatogramu a tvorba alignmentu Pro vyhodnocování chromatogramu z automatické sekvenátoru byl používán program Chromas 1.45. Cílené úseky DNA byly sekvenovány pouze v jednom směru. Pouze v případě, že získaný chromatogram nebyl čitelný ve větším rozsahu, byla sekvenována obě vlákna. Získané sekvence ve formátu FASTA pak byly spojovány a alignovány
44
pomocí programů BioEdit v. 5.0.9. (Hall, 1999) a Clustal X (Thompson et al. 1997). Začátek a konec alignmentu byly zkráceny tak, aby všechny sekvence začínaly a končily ve stejné pozici. Alignment byl exportován ve formátu NEXUS a PHYLIP. Proveden byl také test na kongruenci datových souborů (Farris et al. 1994) v programu PAUP* 4.0b10 (Swofford 1999) pomocí příkazu hompart. 3.3.2 Fylogenetické analýzy Pro hledání nejlepších fylogenetických stromů byly použity metody maximální parsimonie (Maximum Parsimony, dále MP) a maximální věrohodnosti (maximum likelihood) vyhledávající heuristickou metodou (dále MLH) a vyhledávající pomocí Markov Chain Monte Carlo algoritmu (Byesovská analýza, dále BA). 3.3.2.1 Maximální parsimonie (MP) K vyhledávání stromů pomocí metody MP a jejich statistickému hodnocení metodou bootstrapování byl použit program PAUP* 4.0b10 (Swofford 1999). Při heuristickém vyhledávání stromů bylo prověřeno vždy 50 replikátů v nichž byl výchozí strom zkonstruován za přidávání taxonů v náhodném pořadí. Swapping (změny poloh větví) byl prováděn TBR algoritmem. Při bootstrapování bylo analyzováno celkem 1000 pseudoreplikátů. Podpora větví „Bremer support“ (Bremer 1994) používaná pro stromy hledané metodou MP byla počítána v programu Nona (Goloboff 1994) pomocí následujících příkazů: HOLD 100; HOLD/20; MULT*20; HOLD 1000; SUB 1; FIND*; HOLD 2000; SUB 2; FIND*; HOLD 4000; SUB 5; FIND*; HOLD 32000; SUB 7; FIND*; (nebo HOLD 32000; SUB 10; FIND*;) BSUPPORT; Morfologické, ani molekulární znaky nebyly v žádné z analýz váženy. 3.3.2.2 Maximální věrohodnost (MLH) K vyhledávání nejvěrohodnějšího stromu a k bootstrapování sta stromů metodou MLH byl použit program PAUP* 4.0b10 (Swofford 1999). Při heuristickém vyhledávání stromů bylo prověřeno 10 replikátů v nichž byl výchozí strom zkonstruován za přidávání taxonů v náhodném pořadí. Pro swapping byl použit TBR algoritmus. 45
Pro zjištění nejvhodnějšího evolučního modelu substituce bází pro jednotlivé analýzy a soubory dat byl použit program Modeltest 3.06 (Posada & Crandall 1998). Pro gen COI byl vybrán a použit model K81+I+G (Kimura 1981): Lset Base=(0.3216 0.1296 0.1042) Nst=6 Rmat=(1.0000 10.9445 9.2081 9.2081 10.9445) Rates=gamma Shape=0.7289 Pinvar=0.3649. Pro gen Wg byl vybrán a použit model GTR+I+G (Rodríguez et al. 1990): Lset Base=(0.1792 0.3244 0.3721) Nst=6 Rmat=(0.7078 3.2562 2.0069 0.8055 7.4888) Rates=gamma Shape=0.9030 Pinvar=0.5267. Pro gen LWRh byl vybrán a použit model TN93+I+G (Tamura & Nei 1993): Lset Base=(0.2463 0.2741 0.2232) Nst=6 Rmat=(1.0000 6.1171 1.0000 1.0000 5.2319) Rates=gamma Shape=1.0373 Pinvar=0.4322. Pro kombinaci genů COI+Wg byl vybrán a použit model TVM+I+G (Rodríguez et al. 1990): Lset Base=(0.2830 0.1937 0.1630) Nst=6 Rmat=(1.2246 11.3661 15.1993 8.8308 11.3661) Rates=gamma Shape=0.7975 Pinvar=0.3948. Pro kombinaci genů COI+Wg+LWRh byl vybrán a použit model TVM+I+G: Lset Base=(0.2819 0.2031 0.1767) Nst=6 Rmat=(1.4446 9.8860 8.7414 4.9070 9.8860) Rates=gamma Shape=0.9723 Pinvar=0.4124. MLH distance mezi sekvencemi genu byla vypočítána v programu Tree-puzzle v. 5.0 (Strimmer & Haeseler 1996). 3.3.2.3 Bayesovská analýza (BA) Tato metoda je také založena na hledání stromů s největší věrohodností jako metoda MLH. Vyhledávání nejlepších stromů je ale prováděno na principu Markov chain Monte Carlo (MCMC) algoritmu (Yang & Rannala 1997). V program MrBayes 3.0 (Huelsenbeck 2000) byly spuštěny vždy čtyři vyhledávací řetězce Metropolis-coupled MCMC (Metropolis et al. 1953, Geyer 1991), kdy jeden je vždy „chladný“ a ostatní „horké“. Tzv. horké řetězce přijímají stromy s nižší věrohodností častěji, než chladný řetězec. Mohou tak snadněji objevit ostrovy věrohodnějších topologií. V případě nekombinovaných analýz genů byl nastaven substituční model „codon“, který počítá s triplety kodónu. V ostatních analýzách byly nastaveny parametry modelu GTR+I+G pro každou pozici tripletu a pro každý gen odděleně. Program si pak všechny hodnoty parametrů váží sám na základě zmíněného algoritmu. V některých analýzách byl přidán také parametr covarion, který předpokládá možnost změny substituční rychlosti bází
46
během evoluce pro každou pozici. Tento parametr bylo možné přidat v analýzách kombinovaných dat bez morfologických znaků. Morfologické znaky nebyly váženy. Bayesovská
analýza
počítá
pro
jednotlivé
větve
jejich
posteriorní
pravděpodobnosti. Vztah těchto hodnot k hodnotám bootstrapu není dosud jednoznačně vyřešen (Larget & Simon 1999, Alfaro et al. 2003, Erixon et al. 2003, Pickett & Randle 2005). Nastavení počtu generací a počtu použitých stromů pro výpočet posteriorní pravděpodobnosti se mezi jednotlivými analýzami značně lišil a jsou proto uvedeny až u jednotlivých fylogenetických stromů. Počítačové simulační analýzy, srovnávající metody MP, MLH a BA, ukázaly, že metoda BA obvykle poskytuje nejméně zkreslenou informaci o fylogenezi (Alfaro et al. 2003). Metoda MP v tomto testu neobstála příliš dobře. Metoda MLH je srovnatelná s metodou BA, ale statistická podpora krátkých větví správných monofyletických skupin OTU je nízká. Na druhou stranu pokud je signál dat plný šumu mohou být metodou BA relativně častěji dobře statisticky podpořeny i nesprávné monofyletické skupiny taxonů (Erixon et al. 2003). Zjednodušeně řečeno metoda BA na rozdíl od MLH statisticky podporuje i relativně slabý signál dat. 3.3.2.4 Grafická úprava fylogenetických stromů Vizualizace stromů byla provedena v programu TreeView v. 1.6.6 (Page 1996) a grafická úprava stromů pak v programech CorelDraw 9 a Adobe Photoshop 7.0. 3.3.3 Testování fylogenetických hypotéz Fylogenetické hypotézy bylo možné testovat pouze na DNA sekvencích bez morfologických dat. Byly proto testovány příbuzenské vztahy zjištěné z dřívějších, ale i současných, morfologických a kombinovaných analýz. Programem PAUP, pomocí příkazu „constraints“, byly vypočítány délky větví pro testované topologie fylogenetických stromů a vypočítán „sitelikelihood“ těchto stromů. Nastavení substitučního modelu bylo zadáno způsobem popsaným v odstavci o MLH v kapitole 3.3.2. Údaje získané z programu Paup byly zpracovány programem Consel (Shimodaira & Hasegawa 2001). Pro zjištění signifikance rozdílů mezi zadanými topologiemi byl použit au test (aproximately unbiased test) (Shimodaira 2002).
47
4. Výsledky 4.1 Základní informace o analyzovaných datech Pro analýzu fylogenetických příbuzností včel čeledi Apidae jsem měl k dispozici pět různých setů dat. Parciální sekvence tří genů: COI, Wg a LWRh) a morfologické znaky I a L. Přehled základních informací o charakteru dat je přehledně uspořádán v Tabulce 13 a 14. 35 sekvencí genu COI a 37 sekvencí genu Wg jsou původní a poprvé použity v této práci. Ostatní sekvence (COI: 5, Wg: 1, LWRh: 32) byly získány z genové banky (viz kapitola 3.1, Tab. 6). Všechny morfologické znaky jsou převzaté (viz kapitola 3.1), ale larvální znaky rodu Tetrapedia dosud analyzovány nebyly. V sekvenci genu COI se vyskytuje inzerce tripletu v pozici 751-753 použitého alignmentu u následujících taxonů: Chalicodoma, Xylocopa, Nomada, Isepeolus a Melectoides. V případě taxonů Ceratina a Macrogalea je inzerce devět bází dlouhá (pozice 751-759). V sekvenci genu Wg se vyskytuje dva triplety dlouhá delece u taxonu Amegilla. Tabulka 13. Základní charakteristiky použitých parciálních sekvencí genů. Počet znaků Data set COI Wg LWRh
počet OTU 40 38 32
celkem 894 405 501
MLH distance (%)
informativních A-T bias variabilních (parsimonie) interval/průměr model (%) 492 403 74,9 7,4-42,8/17,4 K81+I+G 172 137 38,8 2,4-21,5/10,2 GTR+I+G 249 205 53,6 0,3-37,1/16,7 TN+I+G
Tabulka 14. Základní charakteristika použitých morfologických znaků.
Data set L I L+I
počet OTU 32 37 28
celkem znaků 74 128 195
znaků parsimoně informativních 70 116 174
48
4.2 Analýzy jednotlivých setů dat V této části je analyzován každý soubor dat samostatně. Nejsou uvedeny výsledky analýz morfologických dat, které jsou z naprosté většiny převzaté. Samostatná morfologická analýza je uvedena až v následující kapitole (4.3), jako kombinovaná analýza larválních a adultních morfologických znaků. Sekvence genů COI, Wg a LWRh byly analyzovány v programu MrBayes jako analýza podle kodónu. Výsledné stromy jsou na Obrázcích 3-5. Ani v jednom případě netvoří podčeledi Xylocopinae, Nomadinae a Apinae monofyletickou skupinu. Monofylum netvoří ani zástupci čeledi Megachilidae v analýze genů COI a Wg, ani taxony čeledi Melittidae v analýze genu Wg. Stabilní sesterská topologie se vyskytuje především u taxonů z jednoho tribu, ale ani to neplatí vždy (např. Epeoloides + Parepeolus – Osirini). Nápadné monofylum tvoří všechny kleptoparazitické taxony čeledi Apidae v případě analýzy genů COI a LWRh. Posteriorní pravděpodobnost většiny větví je nízká.
49
Obrázek 3. Konsensuální fylogenetický strom konstruovaný metodou BA (model kodon) na základě sekvencí genu COI. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví. Průměrný LnLikelihood = -12621,5; 4 mil. generací; použito posledních 10000 stromů.
50
Obrázek 4. Fylogenetický strom konstruovaný metodou BA (model kodon) na základě sekvencí genu Wg. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví. Průměrný LnLikelihood = -4137,1; 2,5 mil. generací; použito posledních 5000 stromů.
51
Obrázek 5. Konsensuální fylogenetický strom konstruovaný metodou BA (model kodon) na základě sekvencí genu LWRh. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví. Průměrný LnLikelihood = -5454,9; 2 mil. generací; použito posledních 10000 stromů.
52
4.3 Analýzy kombinovaných souborů dat Jednotlivé sety dat se vzájemně značně liší v počtu a charakteru taxonů. Základní údaje k těmto analýzám jsou v Tabulkách 14 a 15. Při kombinaci těchto setů bylo nutné spojovat taxony z různých rodů a druhů. Příslušnost k tribu byla vždy u každého taxonu zachována. Jednotlivé soubory dat byly kombinovány i přesto, že ILD test průkazně zamítl nulovou hypotézu homogenity jednotlivých částí (p < 0,05; 1000 replikátů). Pouze test kombinace morfologických znaků dospělých stádií a sekvencí genů COI + Wg dohromady nebyl na pětiprocentní hranici signifikantní (P = 0,06; 1000 replikátů). Přehled počtu taxonů (OTU) a velikost datového souboru je v následující tabulce (Tab. 15): Tabulka 15. Základní charakteristiky souborů dat pro kombinované analýzy. Počet znaků počet Data set OTU COI+Wg 38 COI+Wg+I 40 COI+Wg+I+L 32 COI+Wg+LWRh 26
celkem 1299 1427 1501 1800
informativních variabilních (parsimonie) 663 537 792 658 851 698 877 689
4.3.1 Výběr taxonů pro analýzy kombinovaných dat Jméno rodu, které se v jednom řádku opakuje několikrát, je zkráceno na počáteční písmeno. Pro morfologická data je uvedeno pouze jméno rodu. Morfologické znaky dospělých a larválních stádií (I+L) Tento soubor dat obsahuje 28 OTU. Základní informace o souboru dat jsou v Tabulce 14. Do této analýzy nebyly zařazeny taxony čeledi Melittidae. Některé taxony jsou kombinované (I + L): Allodapin = Macrogalea + Allodape Biastin
= Biastes + Neopasites
Eucerin
= Eucera + Peponapis
Melectin = Xeromelecta + Melecta Euglossin = Euglossa + Eufriesea
53
Kombinace genů COI+Wg Tento soubor dat obsahuje 38 OTU. Základní informace o souboru dat jsou v Tabulce 15. Některé taxony jsou kombinované (COI + Wg): Allodapin
= Macrogalea scaevolae + Braunsapis sp.
Xylocopa
= X. dejeani + X. violacea
Ammobatoides = A. abdominalis + A. luctuosus Emphorin
= gen. sp. + gen. sp.
Euglossa
= E. intersecta + E. sp.
Meliponin
= Melipona bicolor + Scaptotrigona sp.
Kombinace genů COI + Wg a morfologických znaků I (dále COI+Wg+I) Tento soubor dat obsahuje 40 OTU. Základní informace o souboru dat jsou v Tabulce 15. Byly zařazeny tři taxony, u kterých nebyla k dispozici část dat (v níže uvedeném seznamu jsou chybějící data označena malým x). Některé taxony jsou kombinované (COI + Wg + I): Megachilin
= Chalicodoma ericetorum + Ch. ericetorum + Megachile
Allodapin
= Macrogalea scaevolae + Braunsapis sp. + M.
Xylocopa
= X. dejeani + X. violacea + X.
Ammobatin1
= Ammobates punctatus + A. punctatus + Oreopasites
Ammobatin2
= Pasites maculatus + P. maculatus + Oreopasites
Ammobatoidin = Ammobatoides abdominalis + A. luctuosus + Holcopasites Epeoloides
= E. + E. + x
Tarsalia
= T. + x + T.
Eucerin
= Tetraloniella glauca + T. glauca + Eucera
Emphorin
= gen. sp. + gen. sp. + Diadasia
Anthophorula
= A. sp. + x. + A.
Anthophorin
= Amegilla + Am. + Anthophora
Melectin
= Melecta albifrons + M. albifrons + Xeromelecta
Euglossa
= E. intersecta + E. sp. + E.
Meliponin
= Melipona bicolor + Scaptotrigona sp. + M.
54
Kombinace genů COI + Wg a morfologických znaků I+L (dále COI+Wg+I+L) Tento soubor dat obsahuje 32 OTU. Základní informace o souboru dat jsou v Tabulce 15. Některé taxony jsou kombinované (COI + Wg + I + L): Allodapin
= Macrogalea scaevolae + Braunsapis sp. + M. + Allodape
Ammobatin1 = Ammobates punctatus + A. punctatus + Oreopasites + A. Ammobatin2 = Pasites maculatus + P. maculatus + Oreopasites + O. Biastin
= Biastes truncatus + B. truncatus + B. + Neopasites
Eucerin
= Tetraloniella glauca + T. glauca + Eucera + Peponapis
Melectin
= Melecta albifrons + M. albifrons + Xeromelecta + M.
Euglossin
= Euglossa intersecta + sp. + E. + Eufriesea
Megachilin, Xylocopa, Ammobatoidin, Emphorin a Meliponin jsou charakterizovány stejnými taxony, jako v předchozím odstavci. Kombinace genů COI+Wg+LWRh Tento soubor dat obsahuje 26 OTU. Základní informace o souboru dat jsou v Tabulce 15. Byl zařazen jeden taxon, u kterého nebyla k dispozici část dat (v níže uvedeném seznamu jsou chybějící data označena malým x). Některé taxony jsou kombinované (COI + Wg + LWRh): Dasypodain
= Dasypoda hirtipes + D. hirtipes + Hesperapis larrae
Melitta
= M. leporina + M. leporina + M. eickworti
Megachilin
= Chalicodoma ericetorum + Ch. ericetorum + Megachile pugnata
Coelioxys
= C. mandibularis + C. mandibularis + C. alternata
Hoplitis
= H. sp. + H. sp. + H. albifrons
Cerytina
= C. cyanea + C. cyanea + C. calcarata
Xylocopa
= X. dejeani + X. violacea + X. virginica
Ammobatin
= Pasites maculatus + P. maculatus + Oreopasites barbarae
Ammobatoidin = Ammobatoides abdominalis + A. luctuosus + Holcopasites calliopsidis Epeolus
= E. variegatus + E. variegatus + E. scutellaris
Nomada
= N. fucata + N. fucata + N. imbricata
Leiopodus
= L. trochantericus + L. trochantericus + L. singularis
Tetraloniella
= T. glauca + T. glauca + T. sp
Emphorin
= gen. sp. + gen. sp. + Diadasia diminuta
Exomalopsin1 = Anthophorula sp. + x + A. completa 55
Exomalopsin2 = Exomalopsis sp. + E. sp. + Anthophorula rufiventris Anthophorin1
= Anthophora pubescens + A. pubescens + A. urbana
Anthophorin2
= Amegilla quadrifasciata + Am. quadrifasciata + Anthophora furcata
Melectin1
= Melecta albifrons + M. albifrons + Xeromelecta californica
Melectin2
= Thyreus sp. + T. sp. + Zacosmia maculata
Centris
= C. sp. + C. sp. + C. inermis
Euglossa
= E. intersecta + sp. + E. intersecta
Bombus
= B. vestalis + B. vestalis + B. bohemicus
Meliponin
= Melipona + Scaptotrigona sp. + S. depilis
4.3.2 Topologie fylogenetických stromů Analýza morfologických znaků (I+L) obsahovala larvální znaky rodu Tetrapedia z prvního originálního popisu (Alves-dos-Santos et al. 2002). Byly poprvé podrobně analyzovány. Tento taxon se zařadil k podčeledi Xylocopinae, na rozdíl od očekávané příslušnosti k podčeledi Apinae (Obr. 6). Hodnota posteriorní pravděpodobnosti podporující monofylii této skupiny je značně nízká (0,52). Rody Leiopodus a Isepeolus se v analýze morfologických dat (I+L) metodou BA nezařadily k Euceriformní linii, kam jsou v současné době řazeny (Roig-Alsina & Michener 1993, Michener 2000). Analýza založená výhradně na genetické informaci (COI+Wg) metodou BA překvapivě nepodpořila monofylii „košíčkatých“ včel (Euglossini + Bombini + Meliponini + Apini) (Obr. 7). Většina uzlů stromu je poměrně slabě podpořena. Neparazitické včely Euceriformní linie tvoří monofyletickou skupinu s relativně vysokou hodnotou pravděpodobnosti
(0,99).
S překvapivě
vysokou
pravděpodobností
(1,00)
jsou
monofyletické také včely podčeledi Nomadinae společně s kleptoparazitickými včelami Euceriformní
i
Apiformní
linie podčeledi Apinae. Podobně
také anlýza dat
COI+Wg+LWRh metodou BA i MLH podporoje příbuznost kleptoparazitikých včel všech linií (Obr. 12), ale v tomto případě netvoří monofylum všechny použité taxony kleptoparazitických včel. Příbuznost kleptoparazitických taxonů Apiformní i Euceriformní linie s některými včelami podčeledi Nomadinae je mírně podpořena také hodnotou bootstrapu (58) provedeného metodou MLH. Zmíněné taxony kleptoparazitických včel tvoří více či méně pravděpodobné monofylum ve všech analýzách kombinující genetickou informaci s morfologií (Obr. 8-10). V analýze souboru COI+Wg+I+L metodou MP vyšla zmíněná skupina jako parafyletický taxon (Obr. 11).
56
Pravděpodobnost monofilie neparazitických taxonů Apiformní linie i Euceriformní linie je více či méně podpořená různými metodami konstrukce stromu ve většině analýz kombinovaných dat. V analýze dat COI+Wg+I metodou (MP) je monofylie těchto linií podpořena poměrně vysokými hodnotami „Bremer support“ (4-6) a v případě Euceriformní linie i hodnotou bootstrapu mírně nad padesát (57) (Obr. 8). Jak již naznačila analýza morfologických znaků (I+L), rod Tetrapedia se ani v jediné analýze kombinovaných dat nezařadil k Apiformní linii. V analýzách dat (COI+Wg+I a COI+Wg+I+L) různými metodami se taxon Tetrapedia řadil k podčeledi Xylocopinae, nebo tvořil sesterskou skupinu celé čeledi Apidae. Použití metody MP vedlo vždy k druhé zmíněné situaci (Obr. 8 a 11). Použití metody BA naopak vedlo k monofilii skupiny Xylocopinae + Tetrapedia s pravděpodobností 0,75, respektive 0,98 (Obr. 9 a 10).
57
Obrázek 6. Konsensuální fylogenetický strom konstruovaný metodou BA na základě kombinace adultních i larválních morfologických dat. Jednotlivé znaky jsou nevážené. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví. Průměrný LnLikelihood = -2850,1; 2 mil. generací; použito posledních 10000 stromů.
58
Obrázek 7. Konsensuální fylogenetický strom konstruovaný metodou BA na základě sekvencí genů COI a Wg. Model GTR+I+G byl použit pro každou pozici tripletu a gen odděleně. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví. Průměrný LnLikelihood = -17095,5; 1,5 mil. generací; použito posledních 10000 stromů.
59
Obrázek 8. Fylogenetický strom konstruovaný metodou MP na základě sekvencí genů COI a Wg a adultních morfologických znaků. Znaky nejsou vážené. V uzlech jsou uvedeny hodnoty „Bremer support“ (Nona) a hodnoty bootstrapu (1000 replikátů). Bootsrap <50 je označen hvězdičkou; - v uvedeném uzlu se vyskytovala jiná topologie větví. Délka stromu je 4048 kroků.
60
Obrázek 9. Konsensuální fylogenetický strom konstruovaný metodou BA na základě sekvencí genů COI a Wg a adultních morfologických znaků. Model GTR+I+G byl použit pro každou pozici tripletu a gen odděleně; morfologické znaky nejsou vážené. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví. Průměrný LnLikelihood = -18965,0; 1,5 mil. generací; použito posledních 10000 stromů.
61
Obrázek 10. Fylogenetický strom konstruovaný metodou BA na základě sekvencí genů COI a Wg a larválních i adultních morfologických znaků. Model GTR+I+G byl použit pro každou pozici tripletu a gen odděleně; morfologické znaky nejsou vážené. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví. Průměrný LnLikelihood = -17524,3; 1,5 mil. generací; použito posledních 10000 stromů.
62
Obrázek 11. Fylogenetický strom konstruovaný metodou MP na základě sekvencí genů COI a Wg a larválních i adultních morfologických znaků. Znaky nejsou vážené. V uzlech jsou uvedeny hodnoty bootstrapu (1000 replikátů) a hodnota „Bremer support“ (Nona). Bootstrap <40, respektive nerozlišené větve, jsou označeny hvězdičkou. Do analýzy pro získání hodnot „Bremer support“ nebyly zařazeny tři druhy čeledi Melittidae (část outgroup).
63
Obrázek 12. Fylogenetický strom konstruovaný metodou BA na základě sekvencí genů COI, Wg a LWRh. Model GTR+I+G byl použit pro každou pozici tripletu a gen odděleně. V uzlech jsou uvedeny hodnoty posteriorní pravděpodobnosti správného umístění větví, hodnota bootstrapu pro metodu MLH (TVM+I+G, 100 replikátů) a hodnota „Bremer support“ (Nona) pro metodu MP. Bootstrap <50 respektive nerozlišené větve jsou označeny hvězdičkou; - v uvedeném uzlu stromu se při použití jiné metody vyskytovala odlišná topologie. Průměrný LnLikelihood uvedeného stromu = -18028,8; 2 mil. generací; použito posledních 10000 stromů.
64
4.4 Testování fylogenetických hypotéz Pro testování hypotéz mohly být použity pouze soubory sekvencí DNA. Použity proto byly pouze kombinované soubory genů COI+Wg a COI+Wg+LWRh. Do každého z testů byly zařazeny všechny taxony (viz kap. 4.3.1). 4.4.1 Monofylie Apiformní linie (test a) Test je proveden na základě kombinovaného souboru COI+Wg, který jako jediný z analýz kombinovaných souborů nepotvrdil monofylii taxonů skupiny z tzv. „košíčkatých včel“. Proto byla tato topologie testována. Nulové hypotézy: Z - „Apiformní linie je monofyletická“ – topologie a2 a a3. Y - „Košíčkaté včely tvoří monofyletickou skupinu“ – topologie a3. Topologie: a1) Apiformní linie polyfyletická (viz Obr. 7). a2) Apiformní linie monofyletické, ale košíčkaté triby parafyletické: (((Bombini, Meliponini), Apini), (Euglossini, (Centridini, Anthophorini))) a3) Apiformní linie monofyletická a košíčkaté triby monofyletické: ((((Bombini, Meliponini), Apini), Euglossini), (Centridini, Anthophorini)) Nulové hypotézy (Z, Y) nebyly au testem zamítnuty: p(a1) = 0,675; p(a2) = 0,436; p(a3) = 0,225. 4.4.2 Zařazení rodu Tetrapedia (testy b) Test je proveden na základě kombinovaného souboru COI+Wg. Nulové hypotézy testu b: X - „Rod Tetrapedia tvoří bazální linii podčeledi Xylocopinae“ – topologie b1-2, b2-3 a b2-4. W - „Rod Tetrapedia tvoří bazální linii podčeledi Apinae“ – topologie b2-5 a b2-6. Test b1 – Tetrapediini – tribus podčeledi Xylocopinae Topologie: b1-1) Rod Tetrapedia je sesterskou linií čeledi Apidae (viz Obr. 7). b1-2) Rod Tetrapedia tvoří monofyletickou skupinu s taxony podčeledi Xylocopinae: (Tetrapedia, (Allodapini, (Xylocopini, Ceratinini))) Nulová hypotéza X nebyla zamítnuta: p(b1-1) = 0,632; p(b1-2) = 0,368.
65
Test b2 – Tetrapediini – tribus podčeledi Apinae Test je založen na předpokladu monofylie taxonů Apiformní linie. Topologie: b2-1) Rod Tetrapedia tvoří sesterskou linii čeledi Apidae (viz Obr. 7), za předpokladu topologie a2. b2-2) Rod Tetrapedia tvoří sesterskou linii čeledi Apidae (viz Obr. 7), za předpokladu topologie a3. b2-3) Rod Tetrapedia tvoří monofyletickou skupinu s taxony podčeledi Xylocopinae za předpokladu topologie a2: (Tetrapedia, (Allodapini, (Xylocopini, Ceratinini))) + a2 b2-4) Rod Tetrapedia tvoří monofyletickou skupinu s taxony podčeledi Xylocopinae za předpokladu topologie a3: (Tetrapedia, (Allodapini, (Xylocopini, Ceratinini))) + a3 b2-5) Rod Tetrapedia tvoří bazální skupinu Apiformní linie, za předpokladu topologie a2: (Allodapini, (Xylocopini, Ceratinini))) + (Tetrapedia, a2) b2-6) Rod Tetrapedia tvoří bazální skupinu Apiformní linie, za předpokladu topologie a3: (Allodapini, (Xylocopini, Ceratinini))) + (Tetrapedia, a3) Nulová hypotéza X zamítnuta nebyla: p(b2-1) = 0,724; p(b2-2) = 0,351; p(b2-3) = 0,436; p(b2-4) = 0,229. Druhá vyslovená hypotéza, hypotéza W, jednoznačně zamítnuta byla: p(b2-5) = 0,006; p(b2-6) = 0,002. 4.4.3 Evoluce kleptoparazitizmu (testy c, d) 4.4.3.1 Datový soubor COI+Wg (testy c) Testy v této podkapitole jsou provedeny na základě kombinovaného souboru COI+Wg. Nulové hypotézy testu c jsou: V - „Taxony podčeledi Nomadinae tvoří monofyletickou skupinu“ – topologie c1-2 U - „Triby Isepeolini, Osirini a Protepeolini patří do Euceriformní linie včel podčeledi Apinae“ – topologie c2-2 T - „Tribus Melectini patří do Apiformní linie včel podčeledi Apinae“ – topologie c3-3 – c-3-6. S - „Tribus Melectini je sesterskou skupinou k tribu Anthophorini“ – topologie c3-5 a c3-6. R - „Kleptoparazitické včely tvoří parafyletickou skupinu“ – topologie c4-2 a c4-3. Q - „Kleptoparazitické včely tvoří polyfyletickou skupinu“ – topologie c4-4.
66
Test c1 – Nomadinae Topologie: c1-1) Taxony podčeledi Nomadinae tvoří polyfyletickou skupinu (viz Obr. 7). c1-2) Taxony podčeledi Nomadinae tvoří monofyletickou skupinu: (Ammobatini, (Epeolini, (Biastini, (Nomadini, Ammobatoidini))) Nulová hypotéza V nebyla au testem zamítnuta: p(c1-1) = 0,844; p(c1-2) = 0,156. Test c2 – Kleptoparazitické včely Euceriformní linie Topologie: c2-1) Triby Isepeolini, Osirini a Protepeolini patří do skupiny několika linií kleptoparazitů (viz Obr. 7). c2-2) Triby Isepeolini, Osirini a Protepeolini tvoří sesterskou skupinu k Euceriformní linii podčeledi Apinae: (((Isepeolini, (Epeoloides, Leiopodus)), Parepeolus), triby Euceriformní line) Nulová hypotéza U byla na pětiprocentní hladině průkaznosti zamítnuta: p(c2-1) = 0,974; p(c2-2) = 0,026. Test c3 – Kleptoparazitické včely Apiformní linie Tento test je založen na předpokladu monofylie taxonů Apiformní linie. Topologie: c3-1) Tribus Melectini patří do monofyletické skupiny několika linií kleptoparazitů (viz Obr. 7), za předpokladu topologie a2. c3-2) Tribus Melectini patří do monofyletické skupiny několika linií kleptoparazitů (viz Obr. 7), za předpokladu topologie a3. c3-3) Tribus Melectini tvoří sesterskou skupinu k Apiformní linii podčeledi Apinae, za předpokladu topologie a2: (Melectini, a2) c3-4) Tribus Melectini tvoří sesterskou skupinu k Apiformní linii podčeledi Apinae, za předpokladu topologie a3: (Melectini, a3) c3-5) Tribus Melectini tvoří sesterskou skupinu k tribu Anthophorini, za předpokladu topologie a2: ((((Melectini, Anthophorini), Centridini), Euglossini), (Apini, (Bombini, Meliponini)))
67
c3-6) Tribus Melectini tvoří sesterskou skupinu k tribu Anthophorini, za předpokladu topologie a3: (((Melectini, Anthophorini), Centridini), (Euglossini, (Apini, (Bombini, Meliponini)))) Obě topologie nulové hypotézy S byly zamítnuty: p(c3-5) = 0,008; p(c3-6) = 0,002. Hypotézu T není možné zcela vyloučit: p(c3-1) = 0,819; p(c3-2) = 0,354; p(c3-3) = 0,129; p(c3-4) = 0,061, i když topologie c3-4 je poměrně málo pravděpodobná. Test c4 – Kleptoparazitické včely čeledi Apidae jako parafyletická skupina Tento test je založen na předpokladu monofylie taxonů Apiformní linie. Byla použita pouze věrohodnější topologie a2. Topologie: c4-1) Všechny kleptoparazitické včely tvoří monofyletickou skupinu (viz Obr. 7), za předpokladu topologie a2. c4-2) Kleptoparazitické včely tvoří dvě parafyletické skupiny: Nomadinae + ((((Isepeolini, (Epeoloides, Leiopodus)), Parepeolus), Melectini), triby podčeledi Apinae)) c4-3) Kleptoparazitické včely tvoří dvě parafyletické skupiny: (kleptoparazitické triby bez tribu Melectini) + (Melectini, triby podčeledi Apinae) c4-4) Kleptoparazitické včely tvoří polyfyletickou skupinu c1-2 + c2-2 + c3-3. Topologie c4-2 nulové hypotézy R byla na pětiprocentní hranici zamítnuta: p(c4-2) = 0,015, ale topologie c4-3 nikoliv: p(c4-3) = 0,105. Hypotézu Q byla zamítnuta zcela jednoznačně: p(c4-4) = 0,001. Pravděpodobnost topologe c4-1 = 0,941. 4.4.3.2 Datový soubor COI+Wg+LWRh (testy d) Testy v této podkapitole jsou provedeny na základě kombinovaného souboru COI+Wg+LWRh. Nejvěrohodnější strom konstruovaný na základě těchto dat (Obr. 12) se v podstatných rysech liší od stromu konstruovaného na základě kombinovaného souboru COI+Wg. Pro potřeby testů byl použit vždy nejlepší strom s požadovanou topologií. Nulové hypotézy testu d jsou: P - „Taxony podčeledi Nomadinae tvoří monofyletickou skupinu“ – topologie d1-2 O - „Tribus Protepeolini patří do Euceriformní linie včel podčeledi Apinae“ – topologie d2-2 N - „Tribus Melectini patří do Apiformní linie včel podčeledi Apinae“ – topologie d3-2 a d3-3. 68
M - „Kleptoparazitické včely tvoří parafyletickou skupinu“ – topologie d4-2 a d4-3. Test d1 – Nomadinae Topologie: d1-1) Taxony podčeledi Nomadinae s. s. tvoří polyfyletickou skupinu (viz Obr. 12). d1-2) Taxony podčeledi Nomadinae s. s. tvoří monofyletickou skupinu: (Ammobatini, (Epeolini, (Nomadini, Ammobatoidini))) Nulová hypotéza P nebyla zamítnuta: p(d1-1) = 0,744; p(d1-2) = 0,256. Test d2 – Protepeolini Topologie: d2-1) Tribus Protepeolini patří do skupiny několika linií kleptoparazitů (viz Obr. 12). d2-2) Tribus Protepeolini tvoří sesterskou skupinu k Euceriformní linii podčeledi Apinae: (Leiopodus, triby Euceriformní line) Nulová hypotéza O nebyla zamítnuta: p(d2-1) = 0,925; p(d2-2) = 0,075. Test d3 – Melectini Topologie: d3-1) Tribus Melectini patří do monofyletické skupiny kleptoparazitů čeledi Apidae (viz Obr. 12). d3-2) Tribus Melectini tvoří sesterskou skupinu k Apiformní linii podčeledi Apinae, za předpokladu, že tribus Anthophorini do této linie nepatří (viz Obr. 12): (Melectini, triby Apiformní line) + (Anthophorini, Ceratina) d3-3) Tribus Melectini tvoří sesterskou skupinu k Apiformní linii podčeledi Apinae, za předpokladu, že tribus Anthophorini do této linie patří: (Melectini, (Anthophorini, ostatní triby Apiformní line)) Obě topologie nulové hypotézy N byly jednoznačně zamítnuty: p(d3-1) = 0,993; p(d3-2) = 0,003; p(d3-3) = 0,011. Test d4 – Kleptoparazitické včely čeledi Apidae jako parafyletická skupina V případě použitých dat (COI+Wg+LWRh) jsou kleptoparazitické včely rozděleny na dvě linie i v nejvěrohodnějším stromu (Obr. 12). V případě této analýzy jde o možnost nového testu pro obtížně zařaditelný tribus Melectini. Topologie: 69
d4-1) Kleptoparazitické včely tribů Melectini a Parepeolini tvoří monofyletickou skupinu s triby Epeolini, Nomadini a Ammobatini (viz Obr. 12). d4-2) Kromě tribu Ammobatini tvoří kleptoparazitické včely ještě další dvě vývojové linie: (Ammobatini, (ostatní Nomadinae, ((Leiopodus, Melectini), ostatní druhy čeledi Apidae))) d4-3) Kromě tribu Ammobatini tvoří kleptoparazitické včely ještě další dvě vývojové linie: (Ammobatini, (ostatní Nomadinae, Leiopodus), (Melectini, ostatní druhy čeledi Apidae))) Obě topologie nulové hypotézy M byly zamítnuty: p(d4-1) = 0,977; p(d4-2) = 0,006; p(d4-3) = 0,036.
70
5. Diskuse 5.1 Sekvence DNA a použité metody Analyzované sekvence DNA jsou vzájemně značně rozdílné v procentu zastoupení jednotlivých bází, ve frekvencích substituce bází i délce sekvence a množství variabilních bází (viz Tab. 13). Sekvence DNA byly spojovány i přesto, že ILD test homogenity byl jednoznačně signifikantní pro všechny kombinace souborů dat (geny i morfologie). Je tedy zřejmé, že fylogenetický signál jednotlivých souborů dat je slabý. Tento fakt se nutně nemusí vztahovat na získanou kombinaci dat. Tomu také nasvědčuje test kongruence morfologických dat (I+L) se sekvenčními (COI+Wg) (p = 0,06). Konkatenace takto rozdílných sekvencí, pro které je vybrán jeden „kompromisní“ model substituce bází, může mít vliv na výsledky analýzy metodu MLH. Tento problém se týká především zjištěných hodnot bootstrapu v analýze kombinace genů COI+Wg+LWRh touto metodou (Obr. 12). Slabý signál, ať už z důvodu předpokládané saturace pozic u genu COI, nebo z nedostatku variabilních pozic v krátké sekvenci u genu Wg způsobuje, že podpora bootstrapu pro metody MP i MLH získaných fylogenetických stromů je značně nízká. Snad jediná vhodná metoda pro analýzu takto heterogenních dat, jaké jsem měl k dispozici, je metoda BA (Alfaro et al. 2003). Výhoda této metody je v analyzování několika genů s odděleným substitučním modelem pro každou pozici kodonu těchto genů a také možnost kombinace DNA a morfologických dat. Bayesovská posteriorní pravděpodobnost topologie větví, jako hodnotící kritérium důvěryhodnosti topologie větví, je však považována za nekorektní (Picket & Randle 2005). Pro současná data proto považuji za dostatečný důkaz důvěryhodnosti větve, že analýzy různých datových souborů vedou ke kongruentním topologiím, nebo že se přidáváním datových souborů zvyšuje podpora důvěryhodnosti dané větve. Současná data by bylo vhodné doplnit ještě sekvencemi dalších genů, např. elongation factor 1α a také doplnění sekvencí genu LWRh.
5.2 Rekonstrukce fylogeneze čeledi Apidae 5.2.1 Status rodu Tetrapedia Rod Tetrapedia byl dosud řazen do Apiformní linie včel podčeledi Apinae (viz kap. 2.1.3). Tento příbuzenský vztah se však nepotvrdil v žádné z analýz. V naprosté většině analýz 71
metodou BA, vycházela příbuznost rodu Tetrapedia s druhy podčeledi Xylocopinae. Stromy vytvořené metodou MP však měly topologii odlišnou (Obr. 8 a 11). Statistická podpora větve (Tetrapedia + Xylocopinae) je ve většině analýz dost nízká. Je však podpořena dvěma nepřímými důkazy. 1) topologie analýzy morfologických dat (I+L) (Obr. 6) se v tomto ohledu shoduje s topologií založené na sekvenci DNA jednoho z použitých genů (Wg) (Obr. 4). 2) hodnota posteriorní pravděpodobnosti postupně roste s počtem kombinovaných souborů dat: (I+L) – 0,52; (COI+Wg+I) – 0,75; (COI+Wg+I+L) – 0,98. Tento rod byl dosud řazen do příbuznosti Apiformní linie podčeledi Apinae (RoigAlsina & Michener 1993, Michener 2000, Engel 2001, a další). Takovou možnost mohu díky testu topologií označit za velmi nepravděpodobnou. Tribus Tetrapediini, s rodem Tetrapedia a Coelioxoides, je tedy zřejmě dalším tribem podčeledi Xylocopinae (dále Xylocopinae s. l.). 5.2.2 Zařazení kleptoparazitických taxonů Prakticky od počátku minulého století se předpokládalo, že kleptoparazitické taxony tvoří více nezávislých evolučních linií (viz kap. 2.1.3 a 2.1.5). Kleptoparazitické taxony z různých tribů, které byly nyní použity v analýzách s molekulárními daty, tvoří téměř vždy více či méně podpořenou monofyletickou skupinu. Analýzy sekvence genu COI a LWRh podporují nezávisle na sobě příbuzenský vztah kleptoparazitů Euceriformní i Apiformní linie s většinou druhů podčeledi Nomadinae. Zařazení taxonů Euceriformní linie k druhům podčeledi Nomadinae není příliš překvapující, ale příbuzenský vztah tribu Melectini s touto podčeledí, poměrně překvapující je. V průběhu minulého století tuto možnost nikdo nepřipouštěl, snad jen kromě Robertsona (1904) a Warnckeho (1982). Příbuzenský vztah druhů tribu Melectini s neparazitickými druhy Apiformní linie se zdá být nyní málo pravděpodobný. Tuto možnost zamítl i test topologie souboru COI+Wg+LWRh, i když druhý použitý soubor tak přesvědčivé výsledky nepodal. Vztah k Apiformní linii podporují jen morfologické znaky (Obr. 6), které pravděpodobně odrážejí vzájemné podobnosti kleptoparazita s hostitelem, vyplývající z jejich symbiózy. Představy Popova (1955) a Lieftincka (1968) o polyfyletickém původu tohoto tribu je možné již úplně vyloučit. Triby Ericrocidini a Rhathymini jsou víceméně považovány za blízce příbuzné tribu Centridini, na kterých parazitují. Zástupci těchto tribů sice nemohly být do analýzy zařazeny, ale protože patří do stejné linie jako tribus Melectini, je možné a pravděpodobné,
72
že také nepatří do Apiformní linie. Monofylii těchto tří kleptoparazitických tribů podporují larvální znaky v analýze Roig-Alsiny & Michenera (1993). Poměrně nejednoznačný je také status taxonů podčeledi Nomadinae. Ta je velmi dobře charakterizována morfologicky (Obr. 6), ale nikoliv DNA (Obr. 7 a 12). V této podčeledi je možné rozlišit dvě odlišné homogenní skupiny podle utváření šestého sterna. Skupinu s dvěma shluky tuhých brv na konci šestého sterna tvoří Ammobatoidini, Biastini, Epeolini a Nomadini (Brachynomadini a několik dalších tribů nepoužitých v analýzách) a skupinu se sternálními hroty tvoří především tribus Ammobatini. Zajímavé je, že v analýze kombinace genů COI+Wg je tribus Ammobatini sesterský tribu Isepeolini, který jako jediný další má analogicky hrotovitě zašpičatělý konec šestého sterna. Tento vztah však není příliš statisticky podpořen a neobjevuje se ve výsledcích žádné další kombinované analýzy. Monofylie použitých druhů s brvami je statisticky podpořena poměrně dobře. Především neobvykle odvozená sekvence genu Wg způsobuje nestabilitu taxonů tribu Ammobatini (Obr. 4). Na základě vágních indicií není rozhodně možné tyto skupiny od sebe oddělit, stejně tak i testy topologie nezamítly možnost monofylie druhů podčeledi Nomadinae s.s. Kromě již diskutovaných kleptoparazitických tribů a rodů, jsou prokazatelně kleptoparazitické také rody Aglae a Exaerete. Tyto rody však jednoznačně patří do tribu Euglossini, od nichž se příliš neliší ani v sekvencích DNA, ani morfologicky (MichelSalzat et al. 2004). Ostatní druhy, zařazené do tribů složených výhradně z kleptoparazititů, tedy tvoří podčeleď Nomadinae v novém rozsahu (dále Nomadinae s. l.). Tento rozsah se v podstatě kryje s Robertsonovou (1904) čeledí Melectidae. Název podčeledi Nomadinae má podle ICZN (2003) prioritu před názvem Melectinae. 5.2.3 Euceriformní a Apiformní linie Pokud přijmeme závěry z předchozích odstavců, tak je podčeleď Apinae složena z tribů obsahující téměř výhradně neparazitické druhy. Morfologická charakteristika této podčeledi se do značné míry zprůhlední, protože kleptoparazitické taxony i rod Tetrapedia vnášely do její charakteristiky řadu výjimek. Takovými znaky mohou být tvar prvního tarzálního článku třetího páru nohou, který je nyní u naprosté většiny druhů podčeledi Apinae silně zploštělý a dorzálně prominující. Naopak u obou dalších podčeledí v širším pojetí se takový tvar tarsálního článku vůbec nevyskytuje. Podobných znaků se dá nalézt více, ale je pravda, že mají vždy alespoň jednu výjimku. Vzhledem k tomu, že jsem se morfologickým znakům v této práci příliš nevěnoval, nebudu toto téma podrobně rozvádět. 73
Poměrně dobře se potvrdilo Silveirovo (1995) a Engelovo (2001) dělení na Euceriformní a Apiformní linii. Monofylie obou skupin je dobře podpořena i v analýzách metodou MP s mírnou podporou bootstrapu, nebo „bremer support“ (Obr. 8 a 11).
5.3 Evoluce chování včel Změny v pohledu na fylogenezi čeledi Apidae mají dopad na pohled na evoluci některých typů chování. 5.3.1 Způsob hnízdění včel Druhy rodu Tetrapedia hnízdí výhradně v již existujících chodbičkách ve dřevě, které předtím vytvořil jiný organismus. Takové chování je mezi druhy čeledi Apidae dost vzácné, ale vyskytuje se nejčastěji právě u druhů podčeledi Xylocopinae, a to u zástupců všech tribů. Hnízdění ve dřevě je obecně možné považovat za znak této podčeledi. Jediným dalším tribem, jehož zástupci se chovají podobně jako druhy rodu Tetrapedia, jsou druhy tribu Ctenoplectrini (Euceriformní linie). Zařazení tohoto tribu je také značně sporné. Zatím ovšem neexistuje mnoho indicií o příbuznosti rodu Ctenoplectra s druhy podčeledi Xylocopinae. 5.3.2 Evoluce parazitizmu u obligátně parazitických taxonů Žádná strategie parazitizmu nemůže být tak dobrá, aby se později již nevyvíjela a neměnila (princip červené královny (van Valen 1973)). Příliš by tedy neměla překvapovat behaviorální a morfologická rozmanitost kleptoparazitických včel čeledi Nomadinae s. l. (viz kap. 2.1.5 a 2.2.2). V pohledu na vývoj strategií druhů této skupiny se ale mnoho nezměnilo, i když máme místo možných sedmi nezávislých vzniků kleptoparazitizmu jen jediný (viz Tab. 3). Např. strategie kladení vajíček do otevřených buněk se vyvinula i tak minimálně třikrát nezávisle (Nomadine s. s., Protepeolini a Isepeolini). Zajímavější se však zdá být vztah s hostiteli a fakt, že různé druhy podčeledi Nomadinae s. l. byly často považovány za blízce příbuzné svým hostitelům. To platí nejen pro triby Melectini, Ericrocidini a Rhathymini, ale také pro triby Isepeolini, Protepeolini, Osirini i skupinu Nomadinae s. s. Přehled vztahů je pro větší názornost zobrazen na Obrázku 13. Předek každé z těchto tří linií se pravděpodobně specializoval na jinou skupinu včel. Přestože zdaleka ne všichni zástupci skupiny Nomadinae s. s. parazitují u druhů skupiny S-T včel, je možné uvažovat o včelách skupiny S-T jako o jejich primárních hostitelích. Včely skupiny Nomadinae s. s. byly v některých případech řazeni do příbuzenstva čeledi 74
Andrenidae, tedy včel skupiny S-T (Grüte 1935). Toto zařazení bylo, a v podstatě stále je, podporováno některými morfologickými znaky. Srovnatelná situace je i u parazitických včel původně z Euceriformní skupiny. Hostitelé těchto včel jsou primárně právě Euceriformní včely. Toto zařazení navíc vydrželo i přes podrobné morfologické kladistické analýzy. Otevřenou otázkou také zůstává zařazení rodu Coelioxoides (Tetrapediini), který by potenciálně mohl být také členem podčeledi Nomadinae, specializovaným na druhy podčeledi Xylocopinae s. l. Proč jsou parazité tolik podobní svým hostitelům? Pokud to není náhoda, musí se tato
otázka
týkat
zpětné
vazby
vnitrodruhových
vztahů
hostitelských
druhů.
Kleptoparazitické druhy pak těchto vztahů využívají. Napodobování bez zjevné funkce lze také vysvětlit undergroundovou teorií semů (seme) (Kleisner & Markoš 2005). Vzájemné kontakty hostitele a kleptoparazita pak vedou k předávání genetické informace horizontální cestou a k jejich stále větší vzhledové podobnosti.
75
Obrázek 13. Schéma znázorňující dosud známé vztahy mezi kleptoparazity podčeledi Nomadinae (vlevo) a ostatními skupinami včel (vpravo). Silnější šipky směřují k dominantním hostitelům. Upraveno podle Rozena (2001b).
76
5.3.3 Komentáře ke vzniku kleptoparazitizmu Princip vzniku obligátně parazitických druhů včel je prakticky známý (např. Emery 1909, Eickwort 1975, Starr 1979, Dawkins 1998). Na jednu věc však musím ještě znovu upozornit. Schopnost parazitovat u obligátně parazitických druhů (druhových linií) musí vzniknout dříve než samotné druhy. Musela tedy, u předků takových druhů, existovat vždy na
vnitrodruhové
úrovni.
Není
známo
jak
je
mezi
včelami
vnitrodruhový
kleptoparazitizmus frekventovaný, ale protože obligátní kleptoparazité vznikli několikrát nezávisle, především v čeledích Halictidae, Megachilidae a Apidae, měl by být relativně častý minimálně u druhů z těchto čeledí. Vnitrodruhový kleptoparazitizmus je pravděpodobně způsobován soutěží o zdroje (viz kap. 2.2.3). Dva nejvýznamnější zdroje jsou potrava pro larvy a hnízdní prostor, či hotová hnízda. Zdroje potravy jsou limitující spíše u specialistů a asi i u sociálních druhů v tropických oblastech, kde dochází k rychlé spotřebě a likvidaci zdroje (snad proto tanečky u tribu Apini a chemická komunikace u tribu Meliponini (Nieh 2004)). V nelesních biotopech mírného pásma jsou zdroje trvalejší a je zde také vyšší frekvence specialistů (Wcislo 1987, Petanidou et al. 1995). Specializace je výhodná, protože je efektivnější. V případě nedostatku zdrojů (např. na konci sezóny), což u specialistů hrozí o něco více, dochází k silné kompetici o zdroje zbylé. U specialistů lze tedy předpokládat i vyšší počet případů vnitrodruhového kleptoparazitizmu. V případě jednoho podrobně popsaného případu (Eickwort 1975) se jednalo o specialistu (Hoplitis anthocopoides) na hadinec (Echium vulgare). Minimálně u všech takových druhů pod silným kompetičním tlakem by měla být frekvence výskytu vnitrodruhového kleptoparazitizmu vyšší a snáze pozorovatelná. Dosud je totiž pozorování vnitrodruhového kleptoparazitizmu velkou vzácností. Toto chování je proto považováno spíše za extrém, nikoliv standard. Představa že u těchto druhů ke kleptoparazitizmu nedochází se mi zdá těžko představitelná. Energie vložená do tvorby buněk i jejich zabezpečení potravou je velice vysoká. Jeden úspěšný parazitický atak je pak odměněn jedním potomkem. To je specifická situace pro hnízdní parazitizmus. Ze všech kleptoparazitických vztahů má asi největší možnou účinnost. Možnosti obrany hnízda u včel jsou potenciálně také maximální. Konflikt samice s parazitem může být souboj o život, protože žihadla jsou zbraní velmi účinnou. Jakým způsobem boje skutečně probíhají a jaká je mortalita při vnitrodruhových soubojích není vůbec známé. Včely by mohly být vhodným modelovým organizmem pro studium kleptoparazitizmu. 77
Včely obyčejně hnízdí v agregacích a žijí v těsném kontaktu jedna s druhou (prostorové agregace, komunalita), i když netvoří žádné rozvinuté společenství. Není nijak překvapivé, že některé včely odhalily, že nemusí létat na květy, ale stačí nabrat připravenou potravu u souseda a použít pro vlastní potomstvo (např. Xylocopa (Mordachai et al. 1978)). Pokusy o takové chování i o hnízdní kleptoparazitizmus u souseda budou proto častější, jen ze samotného principu, že tyto zdroje jsou blíže než zdroje primární (tj. rostliny). Teoreticky nemusí jít přímo o kompetici o zdroj, aby ke krádežím docházelo. Tento způsob chování byl sice pozorován, ale nebyl pozorován tak často, jak by se dalo předpokládat. V tom hraje svou roli především agresivita hostitelských jedinců, a to hned z několika důvodů. 1) pokud nejsou v okolí zdroje limitované, tak je vždy lepší nebezpečným střetům se vyhnout. 2) viditelný konflikt je znamení že dochází ke kleptoparazitizmu pro pozorovatele (badatele), který žádný jiný marker nemá. Domácí jedinec se brání a pozorovatel může usuzovat na odpovídající chování dvou jinak téměř nerozlišitelných jedinců. Co když ale k viditelným soubojům nedochází podobně jako u některých obligátně kleptoparazitických druhů a jejich hostitelů (Bogusch 2003). Podle evoluční hry na kleptoparazita (Broom et al. 2004) je evolučně stabilní strategií parazitovat a bránit se parazitizmu, a zároveň strategie parazitovat a parazitizmu se nebránit. Za určitých okolností je druhá zmíněná strategie dokonce jedinou stabilní strategií. Doba souboje při střetu musí být ale velmi dlouhá a energeticky nákladná. Je obtížné říci, jestli se dosud pozorované střety u včel dají považovat za dlouhé. Snad by se dalo uvažovat o tak dlouhých soubojích, že by jiná včela dokázala naklást své vajíčko do hnízda bránící včely, nebo bychom mohli uvažovat cenu těchto soubojů, která by mohla být ekvivalentní době souboje. V soubojích včel, jak jsem se již zmínil, může být v sázce i život. Záměr včel, bodnout soupeře, je zřejmý (Eickwort 1975), i když smrtelné zranění nebylo pozorováno (malý počet pozorování). Riziko vážného zranění i dlouhotrvající a vysilující souboje při obraně hnízd mohou vést ke strategii nebránění vlastních hnízd před jedinci vlastního druhu. Broom et al. (2004) zahrnuli do svého modelu i strategii neparazitovat a bránit se parazitizmu, která se podle zdravého rozumu zdá být dlouhodobě nejvhodnější. Taková strategie ale není nikdy samostatně evolučně stabilní. U pospolu hnízdících druhů, bez nápadných konfliktů lze předpokládat, že ke vnitrodruhovému kleptoparazitizmu dochází, a to podle zmíněné strategie modelu. Pokud jsou tedy pravidla vnitrodruhového parazitizmu včel skutečně jiná než u mezidruhového
parazitizmu,
je
zjištěná
morfologická
i
behaviorální
podoba
78
specializovaných
kleptoparazitů
s hostiteli
mnohem
méně
mystická
a
snadněji
vysvětlitelná. 5.3.4 Kleptoparazitizmus a vznik eusociality Na první pohled nesourodé způsoby života – eusocialita a kleptoparazitizmus. Jejich výskyt u různých čeledí včel spolu ale zřetelně koreluje. Obligátně kleptoparazitické skupiny jsou prakticky výhradně v čeledích Apidae, Megachilidae a Halictidae a eusociální druhy se vyskytují výhradně v čeledích Apidae a Halictidae. Dalo by se to vysvětlit tím, že tyto čeledi mají nejvíce druhů. To platí jednoznačně pro čeleď Apidae, ale ne tak pro čeleď Halictidae, která převyšuje počty druhů jiných čeledí jen o stovky (např. čeledi Andrenidae,
či
Megachilidae)
(Michener
2000).
Počet
nezávislých
vzniků
kleptoparazitizmu o něco převyšuje počet vzniků eusociality. Mohou sice chybět vyhynulé taxony, o nichž nic nevíme, ale to v současném kontextu není významné (není o tom nic známo). Obligátní kleptoparazitizmus u včel je také pravděpodobně starší než eusocialita u včel – kleptoparazitické taxony tvoří bazálnější větve ve fylogenetickém stromu včel (viz kap. 2.1.3), i když i to je sporné (viz odstavec o semisocialitě). Je možné, že kleptoparazitizmus skutečně předchází eusocialitě a indukuje ji? Jsem přesvědčen, že fylogenetická spojitost náhodná není. Kleptoparazitické druhy z taxonů jejichž předek byl kleptoparazitický mnohem dříve, než předek eusociální linie byl eusociální, se nemusí přímo podílet na vzniku eusociality. Jde jen o pozoruhodnou frekvenci objevování se těchto jevů. V případě nového zjištění, že v čeledi Apidae vznikl kleptoparazitizmus mnohem méněkrát než se předpokládalo, nemá vliv na představy o vzniku těchto jevů. 5.3.4.1 Vznik příbuzenských společenství Jedna z podmínek eusociality je nízká vnitrodruhová agresivita (Michener 1974). V počáteční teoretické představě agresivitu zcela vyloučím. Další podmínkou je, že včely žijí v agregacích a velmi často se potkávají (viz kap. 2.2.3 a 2.4). V agregacích náhodných jedinců stejného druhu může docházet k vnitrodruhovému kleptoparazitizmu podle teorie hry na kleproparazita (Broom et al. 2004), aniž by docházelo k obraně hnízda (viz kap. 5.3.3). Když si člověk pomůže metaforou o sobeckém genu (Dawkins 1998) dojde snadno k závěru, že geny včely parazitované nepříbuznými jedinci budou s větší pravděpodobností vyloučeny než geny včely, která bude parazitována jedinci výhradně blízce příbuznými. To vede k implikace že chování včel, které ovlivní výběr vlastních parazitů, má šanci se zafixovat. Jednoduše když už se nedá parazitizmu vyhnout, tak ať to dělá někdo, kdo sdílí 79
co nejvíce alel s mým genomem. Pokud není možné vyhnout se parazitaci, tak ji lze alespoň ovlivnit. Jako příklad mohu uvést hypotetické společenství sester, které rodné hnízdo neopustí. Přičemž stačí, aby vytvořily nové chodby do vlastních hnízd až za společným vchodem do původního hnízda matky. Analogické případy jsou známé (viz kap. 2.3), ale nejsou spojované s vnitrodruhovým kleptoparazitizmem. Stále je vyloučena obrana hnízda, ale samotná vyšší koncentrace takto příbuzných jedinců může vytvořit prostředí, kde výrazně převládá vzájemný parazitizmus sester. V ideálním, a ne zrovna nereálném, případě je podobnost potomků více jak třetinová z mnoha buněk tohoto společenství. Každá matka v tomto společenství má zcela standardní počet vlastních potomků oproti předchozí situaci, protože frekvence parazitace zůstává stejná. Toto společenství má navíc výhodu obrany potomků proti interspecifickým parazitům a predátorům, a to i v případě úmrtí některého z členů společenstva, jak to uvádí Gadagkar (1990) (viz kap. 2.4.2). Kvazisociální chování se od diskutovaného vztahu liší již jen v jediném detailu, a to je nerozlišování vlastních buněk mezi sestrami. Je to opět jedna z prvních logických změn. Nejvýznamnějším vlivem způsobujícím mortalitu plodu, je po parazitizmu, infikování potravy v buňkách různými bakteriemi a houbami (Michener 1974). Pravděpodobnost, že se patogeny namnoží do letálních početních stavů, s časem pozitivně koreluje. Plnění vždy jedné buňky všemi společnicemi toto riziko snižuje. Musí však existovat mechanismus udržující nepříliš velkou výchylku v rozmnožování jednotlivých samic, způsobenou specializací na parazitování ostatních sester. Takovým mechanizmus by mohl být založen právě na nevýhodě parazitování již starších buněk, limitované nabídce čerstvých a malé pravděpodobnosti, že se z buňky vylíhne potomek právě té včely, která buňku parazituje. Parazitizmus bude pravděpodobně extrémně rozvinutý a parazitace jedné buňky mnohonásobná. Tato strategie dosud modelována nebyla, ale společenství je za určitých podmínek evolučně stabilní a je nalézáno v přírodě. Existuje ještě jeden způsob, jak odfiltrovat nepříbuzné jedince z vlastního potomstva. Rozdíl je založen na principu zásobování buněk (viz kap. 2.4.1). Předchozí situace se týkala kompletního zásobení a uzavření buněk a další možností je postupné zásobování, respektive přímé krmení vlastních larev (subsocialita). V tomto případě je možná, a v přírodě skutečně prokázaná, schopnost kontroly potomstva, pokud byl napaden mezidruhovým parazitem (Field & Brace 2004 a Gamboa 2004). Tento způsob výchovy potomků přináší řadu nevýhod v případě solitérního způsobu života, ale je kompenzován sníženou frekvencí parazitace potomků a následné investice do zbytečného zásobování 80
buňky. Předpokládám stejný princip kontroly potomstva subsociálních druhů, jaký funguje pro rozlišení interspecifických parazitů, i pro případ vnitrodruhového kleptoparazitizmu. V tuto dobu vzniká princip „zámku“, kdy se matka naučí poznávat svého potomka (např. podle specifického pachu). Příbuzní jedinci se geneticky méně liší, takže mají s větší pravděpodobností také podobnější pach. Parazitizmus tak projde opět jen blízce příbuzným. Komunální chování není v případě druhů s vyvinutým krmením larev nijak užitečné. Naopak sdílení jednoho hnízda kvazisociálním způsobem přináší subsociálním druhům výhody velmi výrazné. Podrobně jsou popsány Gadagkarem (1990) a Quellerem (1994). Kvazisociální společenství není dosud považováno za skutečně platný samostatný typ sociální struktury (Michener 2000) a pojem se příliš nepoužívá. Je to chybná představa, protože se jedná o velmi vyhraněný, stabilní a značně odlišný systém než jsou ostatní společenství. 5.3.4.2 Rozdíl mezi kleptoparazitizmem a sociálním parazitizmem Překonání tzv. „zámku“, čili nalezení „klíče“ vede ke vzniku sociálních parazitů. Opět nejprve na vnitrodruhové úrovni, později mezidruhové. Proto jsou sociální parazité často blízce příbuzní svým hostitelům (viz kap. 2.2.1). Ale především kvůli principu zámku a klíče mají mnohem méně možností měnit svého hostitele než kleptoparazité. Sociálně parazitické linie, které parazitovaly na vyhynulých sociálních druzích, vyhynuly s větší pravděpodobností, než kleptoparazité. Příbuzenský vztah recentních sociálních parazitů s hostiteli je proto mnohem nápadnější a vedl k vyslovení Emeryho pravidla (Emery 1909). Rozdíl mezi těmito dvěma způsoby parazitizmu není založen na rozdílech ve společenské struktuře cílového hostitele. Rozdíl je v těsnosti vztahu parazit-hostitel, způsobený rozdílným chováním hostitelů: jednorázově zásobující druhy versus subsociální druhy. 5.3.4.3 Eusocialita Vznik eusociality navazuje na výše popsaná společenství sester. Jednoznačně preferuji parazitickou cestu popsanou Charnovem (1978), která je podpořena i pozorováním společenstev v přírodě (viz kap. 2.4.3). Vzhledem k tomu, že existují dvě odlišná společenství sester, budou existovat i dvě parazitické cesty vzniku eusociality. 1) přímá cesta pouze přes komunální společenství a kvazisociální cesta (viz Tab. 16). Tyto cesty se liší dobou vzniku kooperativní péče o potomstvo. 81
Tabulka 16. Stupně socializace v řádu Hymenoptera a postupný vývoj klíčových stádií sociality vedoucí k nejvyššímu stupni organizace podle současného předpokladu. ± - splňuje funkční definici kast, ale jedná se o vliv parazitace matky u dcer; o - překryv generací v těchto stádiích nemá přímý vliv na vznik eusociality.
Stádia sociality Stupeň socializace
Společná výchova potomků
Vznik kast
Překrývání generací
– – + + +
– – – ± +
o – – + +
– – – +
– – ± +
o – + +
Kvazisociální cesta Solitérita/Subsocialita Komunalita Kvazisocialita Parazitizmus matky Eusocialita Přímá cesta Solitérita/Subsocialita Komunalita Parazitizmus matky Eusocialita
5.3.4.4 Dva typy komunálních společenstev Musím upozornit na běžně pozorovanou situaci u komunálně žijících včel v přírodě. Strategie týkající se vzniku komunality jako finálního produktu, popsané v kapitole 2.4.2, nemusí mít nic společného se vznikem eusociality. Eusocialita však může vzniknout ze stádií strukturálně podobných komunálnímu společenství. Dvě varianty genetického složení komunálních společenstev jsou reálně možná. Častěji zjištěná by měla být komunální společenstva složená z nepříbuzných jedinců – ta jsou lokálním koncovým produktem evoluce. Naopak komunální společenstva složená z příbuzných jedinců jsou pravděpodobně méně stabilní – dále se vyvíjí k výhodnější kvazisocialitě a eusocialitě. 5.3.4.5 Semisocialita – co s ní? V předchozích odstavcích popsaný vývoj sociálních společenstev není zcela totožný s dělením společenstev uvedeným v kapitole 2.4.1. Málo pravděpodobná se zdá být koncepce semisociálního společenství (Crespi & Ragsdale 2000). V tomto případě sociality nemají dělnice příliš velkou výhodu, jestli vůbec nějakou výhodu mají. Jejich chování je z pohledu příbuzenské selekce v ideálním případě adaptivní (Coelho 2002), ale
82
efekt je výrazně slabší než eusocialita, i než kvazisocialita. Zásadní problém je v tom, že se v přírodě semisociální společenství vyskytuje relativně častěji, než kvazisociální společenství. Semisocialitu podrobně vysvětlují Lin & Michener (1972) ve své hypotéze semisociální cesty vzniku eusociality (viz kap. 2.4.3 a 2.4.2). Ta je založena na přirozené reprodukční výchylce mezi jedinci a na přidružování a akceptování různě plodných jedinců do prvních společenství. Zásadní problém je právě v této reprodukční výchylce, která je u solitérních druhů dosti diskutabilní. Reprodukční výchylka je nejlépe vysvětlena teorií rodičovské manipulace pro eusociální společenství (Alexander 1974, Charnov 1978, Crespi & Ragsdale 2000) (viz kap. 2.4.4). Jak je to ale se společenstvím semisociálním? Mechanizmus dominance a schopnost sestrami manipulovat, tj. parazitovat na sestrách, se musel vyvinout v době, kdy společenství bylo eusociální! Každému semisociálnímu společenství tak muselo předcházet období, kdy se jejich předek choval eusociálně. Dosud jsou semisociální druhy považovány za předstupeň eusociality, které ještě eusocialitu neobjevily. Bude proto nutné přehodnotit řadu interpretací vzniku eusociality v různých liniích blanokřídlého hmyzu, nejen včel. Například pro druhy tribu Augochlorini (Halictidae) byla vytipována linie se šesti druhy, u jejichž předka došlo ke vzniku eusociality (Danforth & Eickwort 1997). Celý tento tribus by podle nového pohledu mohl být primárně eusociální. To by pak mohlo také znamenat, že celá podčeleď Halictinae je primárně
eusociální a vznik eusociality v čeledi Halictidae je jediný, místo
předpokládaných tří, jak uvádí Danforth (2002). Řada taxonů musí být naopak sekundárně solitérní. Smrt matky v primitivně eusociálním společenství vede vždy ke společenství semisociálnímu, jako jediné možné alternativě (viz kap. 2.4.1). Primitivně eusociální druhy jsou proto vždy ve struktuře společenství polymorfní. Jsou ale uváděna i permanentně semisociální společenství, jejichž existence je pochybná. V poslední době se objevuje více prací o demografických rozdílech ve struktuře společenství mezi populacemi včel jednoho druhu (Yanega 1997, Richards 2000). U druhů s výskytem semisociálního strukturování společenství se vyskytuje polymorfizmus častěji, než se původně předpokládalo. Některé druhy navíc vytvářejí kvazisociální-semisociální-eusociální, nebo např. jen kvazisociálnísemisociální polymorfizmus s různým poměrem mezi jednotlivými typy chování (Blows & Schwarz 1991, Melna & Schwarz 1994, Neville et al. 1998, Cronin & Schwarz 1999, Richards 2000). Je tedy zřejmé, že za dosud neznámých okolností dochází k redukci eusociality přes semisociální strukturu společenstva.
83
V přírodě se občas vyskytuje ještě semisociální společenství při zakládání hnízd (viz kap. 2.4.1). Tento jev lze snadno vysvětlit právě extrémní reprodukční výchylkou u eusociálních druhů. K zakládající samici se přidá samice špatně vyvinutá, která morfologicky odpovídá dělnici a sama by hnízdo nezaložila. Přijmutí cizí samice, kterou si lze „podmanit“, může být dobrá výhoda do začátku vývoje nové kolonie (Lin & Michener 1972). Vznikání defektních samic s malými ovariolami, nebo bez nich, (morfologických dělnic) i ve zjistitelných množstvích není vyloučené už jen ze samotného principu, že na základě jednoho genomu tyto dvě formy vznikají. Zvláště když vznik dělnice záleží na výživě larvy v předchozí generaci (Michener 1974). V reprodukční várce potomků nějaké procento dělnic nelze vyloučit. Semisocialita v první generaci by tedy mohla vznikat principem manipulace defektními samicemi, ale vždy u eusociálních linií, kde tyto mechanizmy již existují. Další možnosti popisuje Queller et al. (2000) u vosíků. Semisociální chování odpovídá také některým novějším pokusům redefinice eusociality (Wcislo 1997). Ty jsou založeny především na existenci kast bez nutnosti společné výchovy potomků, či překryvu generací. 5.3.4.6 Dělení sociálních společenstev Míra příbuznosti potomků v hnízdě je závislá na počtu zakladatelů hnízda, ať už se jedná o příbuzné, nebo nepříbuzné jedince. Pokud jsou plodní zakladatelé dva a více, tak je výsledné společenstvo komunální. Eusociální, semisociální a kvazisociální společenství musí mít plodného zakladatele jediného. Pokud je zakladatelů více, tak jen jeden se rozmnožuje. Znamená to že matka, která zakládá hnízdo, se musí primárně chovat zcela solitérně, případně semisociálně. Ve vývojovém cyklu se tak střídají různé typy chování, kterými je možné charakterizovat všechna možná sociální společenství: komunálníkomunální složené z nepříbuzných jedinců – může jej nepravidelně střídat solitérní společenství, ale důležitá je schopnost opakování komunality i po několik generací za sebou; solitérní-komunální složené z příbuzných jedinců (je možná jen krátkodobé); solitérní-kvazisociální odvozené od předchozího s kooperativní péčí o společné potomstvo; solitérní-eusociální je typické primitivně eusociální společenství; solitérní(eusociální)-semisociální se může vyskytnout v předchozím typu v případě brzkého úmrtí královny, může a nemusí se potkat s potomky; semisociální/solitérní-eusociální skutečnou matkou dělnic je jen jediná samice, i když zakladatelů hnízda je více (většinou jen jedna další samice), pomáhají založit hnízdo a později jsou vyhnány, neopakuje se
84
každoročně; semisociální-eusociální je typické odvozené eusociální společenství rozmnožující se výhradně pomocí rojů (ty jsou principielně semisociální). Vztahy a vývoj uvedených společenství jsou zobrazeny na následujícím schématu (Obr. 14). Každý vztah je směrovaný a každý přeskok z jednoho stavu do stavu druhého pohání nějaký tažný mechanizmus, který způsobuje nestabilitu stavu. Velmi často je tímto mechanismem právě parazitizmus. Vliv semisociality na vývoj vztahů a možnosti reverzí není začleněn, stejně tak vliv sekundární soliterity. Rozdíl mezi primární a sekundární solitéritou je velmi diskutabilní. Pravděpodobně se nejedná o totéž.
85
Obrázek 14. Předpokládaný vývoj sociálních společenství blanokřídlého hmyzu zhotovený na základě dosavadních informací a teorií. Osa x představuje relativní příbuzenské vztahy; osa y pak hypotetický stupeň socializace. 1 - vliv mezidruhového parazitizmu způsobuje nestabilitu jednoho chování a způsobuje vznik druhého, za daných okolností stabilnějšího; 2 - vliv vnitrodruhového parazitizmu, podobně jako předchozí případ.
86
6. Shrnutí Podařilo se získat nové parciální sekvence genů COI a Wingless z 35, respektive 37, taxonů včel čeledí Apidae, Megachilidae a Melittidae. Na základě podrobné analýzy morfologických a molekulárních dat bylo zjištěno, že ve dřevě hnízdící druhy tribu Tetrapediini patří do podčeledi Xylocopinae čeledi Apidae. Příbuznost tohoto tribu s taxony podčeledi Apinae se nepotvrdila. Na základě analýz parciálních sekvencí DNA tří genů a morfologických znaků bylo zjištěno, že obligátně kleptoparazitické včely z Euceriformní linie podčeledi Apinae (Isepeolini, Protepeolini a Osirini) patří do podčeledi Nomadinae. Příbuznost těchto tribů s taxony podčeledi Apinae se nepotvrdila. Obdobně byla zjištěna příbuznost tribu Melectini s druhy podčeledi Nomadinae. Opět nebyla potvrzena předpokládaná příbuznost s druhy podčeledi Apinae. Téměř s jistotou je možné vyloučit příbuznost kleptoparazitických druhů tribu Melectini s hostitelskými druhy tribu Anthophorini. Tyto dva triby byly dosud považovány za sesterské. Triby čeledi Apidae, složené výhradně z obligátně kleptoparazitických druhů, tvoří jednu monofyletickou skupinu v rámci této čeledi – podčeleď Nomadinae s. l. Zařazení kleptoparazitických tribů Ericrocidini a Rhathymini do podčeledi Nomadinae je předpokládána. Zástupci těchto tribů nebyli pro analýzy k dispozici. Z diskuse podstaty vzniku obligátně kleptoparazitických druhů vyplývá, že vnitrodruhový parazitizmus bude velmi pravděpodobně běžnější, než se obecně předpokládá. Etologická pozorování naráží na problémy s rozlišováním jednotlivých jedinců a dosud pro včely neuvažovanou možnost parazitizmu bez zjevných soubojů. Z diskuse vyplývá, že vnitrodruhový parazitizmus má přímý vliv na vývoj sociality u včel. Toto chování může způsobovat neúnosné vychýlení konfliktů mezi jedinci na jednu stranu. Teoretická představa evoluční cesty vzniku eusociality přes parazitující matku (Charnov 1978) byla rozšířena na dva typy společenství sester. Eusocialita by mohla teoreticky 87
vznikat „přímou cestou“ (přes komunální společenství), nebo „kvazisociální cestou“ (přes kvazisociální společenství). Byl navržen způsob víceslovného pojmenování jednotlivých sociálních společenství odpovídající vývoji jejich struktury. Během zakládání hnízd bývá nalézána jiná životní strategie, než při vrcholné, či pozdní fázi existence společenstva. Dosud se pod jedním názvem skrývalo několik vývojově odlišných společenství. Na základě manipulační teorie (Alexander 1974) byla navržena představa, že semisociální společenství je výhradně redukované eusociální společenství, nikoliv jeho předstupeň. Pokud se tento předpoklad potvrdí bude nutné zredukovat počet nezávislých vzniků eusociality u blanokřídlého hmyzu.
88
7. Seznam použité literatury Abrams J. & Eickwort G. C. 1981: Nest switching and guarding by communal sweet bee Agapostemon virescens (Hymenoptera Halictidae). Insectes Sociaux 28: 105-116. Alexander B. 1990: A cladistic analysis of the nomadine bees (Hymenoptera: Apoidea). Systematic Entomology 15: 121-152. Alexander B. 1996: Comparative Morphology of the female reproductive system of Nomadine bees (Hymenoptera: Apidae: Nomadinae). Memoirs of the Entomological Society of Washington 17: 14-35. Alexander B. & Rozen J. G. Jr. 1987: Ovaries, ovarioles, and oocytes in parasitic bees (Hymenoptera: Apoidea). Pan-Pacific Entomologist 63: 155-164. Alexander R. D. 1974: The evolution of social behaviour. Annual Review of Ecology and Systematics 5: 325383. Alexander B. A & Michener C. D. 1995 Phylogenetic studies of the families of short-tongued bees (Hymenoptera: Apoidea). University of Kansas Science Bulletin 55: 377-424. Alfaro M. E., Zoller S. & Lutzoni F. 2003: Bayes or bootstrap? A simulation study comparing the performance of bayesian Markov chain Monte Carlo sampling and bootstrapping in assesseng phylogenetic confidence. Molecular Biology and Evolution 20: 255-266. Alves-dos-Santos I., Melo G. A. R. & Rozen J. G. Jr. 2002: Biology and immature stages of the bee tribe Tetrapediini (Hymenoptera: Apidae). American Museum Novitates 3377: 1-45. Ascher J. S., Danforth B. N. & Ji S. 2001: Phylogenetic utility of the major opsin in bees (Hymenoptera: Apoidea): A reassessment. Molecular Phylogenetics and Evolution 19: 76-93. Ashmead W. H. 1899: Classification of the bees, or the superfamily Apoidea. Transactions of the American Entomological Society 26: 49-100. Augusto S. C. & Garófalo C. A. 2004: Nesting biology and social structure of Euglossa (Euglossa) townsendi Cockerell (Hymenoptera, Apidae, Euglossini). Insectes Sociaux 51: 400-409. *Bahl A. & Pfenninger M. 1996: A rapid method of DNA isolation using laundry detergent. Nucleic Acids Research 24: 1587–1588.
89
Barthell J. F. & Thorp R. W. 1995: Nest usurpation among females of an introduced leafcutter bee, Megachile apicalis. Southwestern Entomologist 20: 117-124. Bennett F. D. 1972: Observations on Exaerette spp. and their hosts Eulaema terminata and Euplusia surinamensis (Hymen., Apidae, Euglossinae) in Trinidad. Journal of the New York Entomological Society 80: 118-124. Bischoff H. 1934: Gedanken zu einem natürlichen System der Bienen. Deutsche Entomologische Zeitschrift 1934: 324-331. Blows M. W. & Schwarz M. P. 1991: Spatial-distribution of a primitively social bee – does genetic population-structure facilitate altruism. Evolution 45: 680-693. Bogusch P. 2003: Biologie vybraných druhů kleptoparazitických včel (Hymenoptera: Apocrita, Apoidea). Diplomová práce, Katedra zoologie PřF UK, Praha. Bohart G. E. 1955: Gradual nest supersedure within the genus Osmia. Proceedings of the Entomological Society of Washington 57: 203-204. Bohart G. E. 1970: The evolution of cleptoparasitism among bees. Utah State University 41st Faculty Honor Lecture, Spring. Börner C. 1919: Stammesgeschichte der Hautflügler. Biologisches Zentralblatt 39: 145-185. Brady S. G. & Danforth B. N. 2004: Recent intron gain in elongation factor-1 alpha of colletid bees (Hymenoptera : Colletidae). Molecular Biology and Evolution 21: 691-696. Bremer K. 1994: Branch support and tree stability. Cladistics 10: 295-304. Broom M., Luther R. M. & Ruxton G. D. 2004: Resistance is useless? – Extensions to the game theory of kleptoparasitism. Bulletin of Mathematical Biology 66: 1645-1658. Brothers D. J. 1998: Phylogeny and evolution of wasps, ants and bees (Hymenoptera, Chrysidoidea, Vespoidea and Apoidea). Zoologica Scripta 28: 233-249. Bull N. J., Schwarz M. P. & Cooper S. J. 2003: Phylogenetic divergence of the australian allodapine bees (Hymenoptera: Apidae). Molecular Phylogenetics and Evolution 27: 212-222. Cameron S. 1993: Multiple origins of advanced eusociality in bees inferred from mitochondrial DNA sequences. Proceedings of the National Academy of Science of the USA 90: 8687-8691.
90
Cameron S. A. & Mardulyn P. 2001: Multiple molecular data sets suggest independent origins of highly eusocial behavior in bees (Hymenoptera: Apinae). Systematic Biology 50: 194-214. Cane J. H. 1981: Dufour’s gland secretions in the cell linings of bees. Journal of Chemical Ecology 7: 403410. Cane J. H. 1983a: Chemical evolution and chemosystematics of the Dufour’s gland secretions of the lactoneproducing bees (Hymenoptera: Colletidae, Halictidae, and Oxaeidae). Evolution 37: 657-674. Cane J. H. 1983b: Preliminary chemosystematics of the Andrenidae and exocrine lipid evolution of the shorttongued bees. Systematic Zoology 32: 417-430. Cane J. H., Eickwort G. C., Wesley F. R. & Spielholz J. 1983: Foraging, grooming and mate-seeking behaviours of Macropis nuda (Hymenoptera, Melittidae) and use of Lysimachia ciliata (Primulacae) oils in larval provisions and cell linings. American Midland Naturalist 110: 257-264. Charnov E. L. 1978: Evolution of eusocial behavior: Offspring choice or parental parasitism? Journal of Theoretical Biology 75: 451-465. Chavarría G. & Carpenter J. M. 1994: „Total evidence“ and the evolution of highly social bees. Cladistics 10: 229-258. Coelho B. W. T. 2002: The biology of the primitively eusocial Augochloropsis iris (Schrottky, 1902) (Hymenoptera, Halictidae). Insectes Sociaux 49: 181-190. Craig R. 1979: Parental manipulation, kin selection and the evolution of altruism. Evolution 33: 319-334. Crespi B. J. & Ragsdale J. E. 2000: A skew model for the evolution of sociality via manipulation: why it is better to be feared than love. Proceedings of the Royal Society of London B, Biological Sciences 267: 821-828. Cronin A. L. & Schwarz M. P. 1999: Life cycle and social behavior in heathland population of Exoneura robusta (Hymenoptera: Apidae): Habitat influences opportunities for sib rearing in a primitively social bee. Annals of the Entomological Society of America 92: 707-716. Crozier R. H. & Crozier Y. C. 1993: The mitochondrial genome of honeybee Apis mellifera: Complete sequence and genom organization. Genetics 133: 97-117.
91
Crozier R. H. & Pamilo P. 1996: Evolution of social insect colonies. Sex allocation and kin selection. Oxford University Press, Oxford, New York, Tokyo. Danforth B. N. 1991: Female foraging and intranest behaviour of a communal bee, Perdita portalis (Hymenoptera: Andrenidae). Annals of the Entomological Society of America 84: 537-548. Danforth B. N. 2002: Evolution of sociality in a primitively eusocial lineage of bees. Proceedings of the National Academy of Science of the USA 99: 286-290. Danforth B. N. & Eickwort G. C. 1997: The evolution of social behavior in the augochlorine sweat bees (Hymenoptera: Halictidae) based on a phylogenetic analysis of the genera. Pp 270-291. In: Choe J. C. & Crespi B. J. (eds.): The evolution of social behavior in insects and arachnids. Cambridge University Press, Cambridge. Danforth B. N., Brady S. G., Sipes S. D. & Pearson A. 2004: Single-copy nuclear genes recover cretaceousage divergences in bees. Systematic Biology 53: 309-326. Danforth B. N., Conway L. & Ji. S. 2003: Phylogeny of eusocial Lasioglossum rebeals multiple losses of eusociality within a primitively eusocial clade of bees (Hymenoptera: Halictidae). Systematic Biology 52: 23-36. Danforth B. N., Neff J. L. & Baretto-Ko P. 1996: Nestmate relatedness in communal bee, Perdita texana (Hymenoptera: Andrenidae), based on DNA fingerprinting. Evolution 50: 276-284. Danks H. V. 1971: Biology of some stem-nesting aculeate Hymenoptera nesting in Rubus. Journal of Animal Ecology 40: 63-77. Dawkins R. 1998: Sobecký gen. Mladá Fronta, Olomouc. Eberhard W. G. 1972: Altruistic behavior in a sphecid wesp: support for the kin-selection theory. Science 175: 1390-1391. Eickwort G. C. 1975: Gregarious nesting of the mason bee Hoplitis anthocopoides and the evolution of parasitism and sociality among megachilid bees. Evolution 29: 142-150. Eickwort G. C., Eickwort J. M., Gordon J. & Eickwort M. A. 1996: Solitary behavior in a high-altitude population of the social sweet bee Halictus rubicundus (Hymenoptera: Halictidae). Behavior Ecology and Sociobiology 38: 227-233.
92
Emery C. 1909: Über den Ursprung der duloitschen, parasitischen und myrmekophilen Ameisen. Biologisches Centralblatt 29: 352-362. Engel M. S. 2001: A monograph of the Baltic amber bees and evolution of the Apoidea (Hymenoptera). Bulletin of the American Museum of Natural History 259: 1-192. Erixon P., Svennblad B., Britton T. & Oxelman B. 2003: Reliability of bayesian posterior probabilities and bootstrap frequencies in phylogenetics. Systematic Biology 52: 665-673. Evans H. E. 1958: The evolution of social life in wasps. Proceedings of the International Congress of Entomology 10th, Montreal, 1956 2: 449-457. Evans H. E. & Eberhard W. M. J. 1970: The Wesps. University of Michigan Press, Ann Arbor. Farris J. S., Kallersjo M, Kluge A. G. & Bult C. 1994: Testing significance of incongruence. Cladistics 10: 315-319. Field J. 1992: Intraspecific parasitism as an alternative reproductive tactic in nest-building wasps and bees. Biological Reviews 67: 79-126. Field J. & Brace S. 2004: Pre-social benefits of extended parental care. Nature 428: 650-652. Gadagkar R. 1990: Evolution of eusociality: the advantage of assured fitness returns. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Biological Sciences 329: 17-25. Gamboa G. J. 2004: Kin recognition in eusocial wasps. Annales Zoologici Fennici 41: 798-808. Garófalo C. A. & Rozen J. G. Jr. 2001: Parasitic behavior of Exaerete smaragdina with descriptions of its mature oocyte and larval instars (Hymenoptera: Apidae: Euglossini). American Museum Novitates 3349: 1-26. Geyer C. J. 1991: Markov chain Monte Carlo maximum likelihood. In: Karamidas E. M. (ed.): Computing Science and Statistics: Proceedings of the 23rd Symposium on the Interface. Interface Foundation, Fairax Station. Gobbi N., Sakagami S. F. & Zucchi R. 1991: Nesting biology of a quasisocial sphecid wesp, Trypoxylon fabricator. II. Life history of nests and adult behaviors on nests. Japanese Journal of Entomology 59: 3751.
93
Goloboff P. A. 1994: NONA: A tree searching program. Program and documentation. ftp.unt.eduar/pub/parsimony. Greenberg L. & Buckle G. R. 1981: Inhibition of worker mating by queens in a sweat bee, Lasioglossum zephyrum. Insectes Sociaux 28: 347-352. Grütte E. 1935: Zur Abstammung der Kuckucksbienen. Archiv für Naturgeschichte (N. F.) 4: 449-534. Hall, T. A. 1999: BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symposium, Series 41: 95 – 98. Hamilton W. D. 1964: The genetical evolution of social behavior, I and II. Journal of Theoretical Biology 7: 1-52. Hamilton W. D. 1972: Altruism and related phenomena, mainly in social insects. Annual Review of Ecology and Systematics 3: 193-232. Huelsenbeck J. P. 2000: MrBayes: Bayesian inference of phylogeny. Distributed by the autor. Department of Biology, University of Rochester. ICZN (Mezinárodní komise pro zoologickou nomenklaturu) 2003: Mezinárodní pravidla zoologické nomenklatury, Čtvrté vydání účinné od 1. ledna 2000. Česká společnost entomologická, Praha. Iwata K. & Sakagami S. F. 1966: Gigantism and dwarfism in bee eggs in relation to the modes of life, with notes on the number of ovarioles. Japanese Journal of Ecology 16: 4-16. Kawakita A., Sota T., Ascher J. S., Ito M., Tanaka H. & Kato M. 2003: Evolution and phylogenetic utility of alignment gaps within intron sequences of three nuclear genes in bumble bees (Bombus). Molecular Biology and Evolution 20: 87-92. Kimsey L. S. 1984: A re-evaluation of the phylogenetic relationships in the Apidae (Hymenoptera). Systematic Entomology 9: 435-441. Kimura M. 1981: Estimation of evolutionary distances between homologous nucleotide sequences. Proceedings of the National Academi of Sciences USA 78: 454-458. Kirby W. 1802: Monographia apum Angliae, Vol. 1, Vol. 2. Ipswich. Kleisner K. & Markoš A. 2005: Semetic rings: tovards the new concept of mimetic resemblances. Theory in Biosciences 123: 209-222.
94
Koulianos S., Schmid-Hempel R., Roubik D. W. & Schmid-Hempel P. 1999: Phylogenetic relationships within the corbiculate Apinae (Hymenoptera) and the evolution of eusociality. Journal of Evolutionary Biology 12: 380-384. Krebs J. R. & Davis N. B. 1993: An introduction to behavioural ecology. Third edition. Blackwell Publishing, Alden Press, Oxford. Kukuk P. F. & Sage G. K. 1994: Reproductivity and relatedness in a communal halictine bee, Lasioglossum (Chilalictus) hemichalceum. Insectes Sociaux 41: 443-455. Kukuk P. F., Ward S. A. & Jozwiak A. 1998: Mutualistic benefits generate an unequal distribution of risky activities among unrelated group members. Naturwissenschaften 85: 445-449. Larget B. & Simon D. L. 1999: Markov chain Monte Carlo algoritms for the Bayesian analysis of phylogenetic trees. Molecular Biology and Evolution 16: 750-759. Laroca S., Michener C. D. & Hofmeister R. M. 1989: Long mouthparts among „short-tongued“ bees and the fine structure of the labium in Niltonia (Hymenoptera, Colletidae). Jornal of the Kansas Entomological Society 62: 400-410. Latreille P. A. 1802: Historie Naturelle Générale et Particulière des crustacés et des Insectes. Vol. 3. Paris. Lepeletier de Saint-Fargeau A. L. M. 1835: Historie Naturelle des Insectes – Hyménoptères. Vol. 1. Roret, Paris. Lepeletier de Saint-Fargeau A. L. M. 1841: Historie Naturelle des Insectes – Hyménoptères. Vol. 2. Roret, Paris. Lieftinck M. A. 1968: A review of old world species of Thyreus Panzer (= Crocisa Jurine) (Hym., Apoidea, Anthophoridae): Part 4, palearctic species. Zoologische Verhandelingen 98: 1-139. Lin N. 1964: Increased parasitic pressure as a major factor in the evolution of social behaviour in halictine bees. Insectes Sociaux 11: 187-192. Lin N. & Michener C. D. 1972: Evolution of sociality in Insects. Quarterly Review of Biology 47: 131-159. Litte M. 1977: Some aspects of the social biology of Halictus ligatus in New York State (Hymenoptera: Halictidae). Insectes Socialux 24: 9-36.
95
Lopez-Vaamonde C., Koning J. W., Brown R. M., Jordan W. C. & Bourke A. F. G. 2004: Social parasitism by male-producing reproductive workers in a eusocial insect. Nature 430: 557-560. Mardulyn P. & Cameron S. A. 1999: The major opsin in bees (Insecta: Hymenoptera): A promissing nuclear gene for higher level phylogenetics. Molecular Phylogenetics and Evolution 12: 168-176. Matthews R. W. 1965: The biology of Heriades carinata Cresson (Hymenoptera: Megachilidae). Contributions of the American Entomological Institute 1: 1-33. Maynard-Smith J. 1964: Group selection and kin selection: A rejoinder. Nature 201: 1145-1147. McCorqudale D. B. 1989a: Nest defense in single- and multiple nests of Cerceris antipodes (Hymenoptera: Sphecidae). Journal of Insect Behaviour 2: 267-276. McCorqudale D. B. 1989b: Soil softness, nest initiation and nest sharing in wasp, Cerceris antipodes (Hymenoptera: Sphecidae). Ecological Entomology 14: 191-196. McGinley R.J. 1980: Glossal morphology of the Colletidae and recognition of the Stenotritidae at the family level (Hymenoptera: Apoidea). Journal of the Kansas Entomological Society 53: 539-552. McGinley R. J. 1981: Systematics of the Colletidae based on mature larvae with phenetic analysis of apoid larvae. University of California Publications in Entomology 91: i-xvi, 1-307. McGinley R. J., Rozen J.G. Jr. 1987: Nesting biology, immature stages, and phylogenetic placement of the Palaerctic bee Pararhophites (Hymenoptera: Apoidea). American Museum Novitates 2903: 1-21. Melna P. A. & Schwarz M. P. 1994: Behavioral specialization in pre-reproductive colonies of the Allodapini bee Exoneura-bicolor (Hymenoptera, Anthophoridae). Insectes Sociaux 41: 1-18. Metropolis N., Rosenbluth A. W., Rosenbluth M. N., Teller A. H. & Teller E. 1953: Equations of state calculations by fast computing machines. Journal of Chemical Physics 21: 1087-1091. Michel-Salzat A., Cameron S. A. & Oliveira M. L. 2004: Phylogeny of the orchid bees (Hymenoptera: Apinae: Euglossini): DNA and morphology yield equivalent patterns. Molecular Phylogenetics and Evolution 32: 309-323. Michener C. D. 1944: Comparative external morphology, phylogeny, and a classification of the bees (Hymenoptera). Bulletin of the American Museum of Natural History 82: 151-326.
96
Michener C. D. 1958: The evolution of social behavior in bees. Proceedings of the International Congress of Entomology 10th, Montreal, 1956 2: 441-447. Michener C. D. 1964: Reproductive efficiency in relation to colony size in hymenopterous societies. Insectes Sociaux 11: 317-342. Michener C. D. 1965: A classification of the bees of the Australian and South Pacific regions. Bulletin of the American Museum of Natural History 130: 1-362. Michener C. D. 1966: The bionomics of primitively social bee, Lasioglossum versatum. Journal of the Kansas Entomological Society 39: 193-217. Michener C. D. 1969: Comparative social behavior of bees. Annual Review of Entomology 14: 299-342. Michener C. D. 1971: Biologies of African allodapine bees. Bulletin of the American Museum of Natural History 145: 219-302. Michener C. D. 1974: The social behaviour of the bees. Harvard University Press, Cambridge. Michener C. D. 1978: The parasitic groups of Halictidae. University of Kansas Science Bulletin 51: 291-339. Michener C. D. 2000: The bees of the world. The Johns Hopkins University Press, Baltimore and London. Michener C. D. & Greenberg L. 1980: Ctenoplectridae and the origin of long-tongued bees. Zoological Journal of the Linnean Society 69: 183-203. Michener C. D. & Greenberg L. 1985: The fate of the lacinia in the Halictidae and Oxaeidae. Journal of the Kansas Entomological Society 58: 137-141. Michener C. D. & Lange R. B. 1958: Distinctive type of primitive social behavior among bees. Science 127: 1046-1047. Mordechai B. Y, Cohen R., Gerling D. & Moscowitz E. 1978: The biology of Xylocopa pubescens Spinola (Hymenoptera: Anthophoridae) in Israel. Israel Journal of Entomology 12: 107-121. Neff J. L. & Danforth B. N. 1992: The nesting and foraging behaviour of Perdita texana Cresson (Hymenoptera: Andrenidae). Journal of the Kansas Entomological Society 64: 394-405.
97
Neville T., Schwarz M. P. & Tierney S. M. 1998: Biology of a weakly social bee, Exoneura (Exoneurella) setosa (Hymenoptera: Apidae) and implications for social evolution in Australian allodapine bees. Australian Journal of Zoology 46: 221-234. Nieh J. C. 2004: Recruitment communication in stingless bees (Hymenoptera, Apidae, Meliponini). Apidologie 35: 159-182. Norden B., Batra S. W. T., Fales H. M., Hefetz A. & Shaw G. J. 1980: Anthophora bees: unusual glicerides from maternal dufour’s glands serve as larval food and cell lining. Science 207: 1095-1097. Page R. D. 1996: TreeView: an application to display phylogenetic trees on personal computers. Computer Applications in the Biosciences. 12: 357-358. Paxton R. J., Thoren P. A., Tengo J., Estoup A. & Pamilo P. 1996: Mating structure and nest mate relatedness in a communal bee, Andrena jacobi (Hymenoptera, Andrenidae), using microsatellites. Molecular Ecology 5: 511-519. Pedersen B. W. 1996: A phylogenetic analysis of cockoo bumblebees (Psithyrus, Lepeletier) and bumblebees (Bombus, Latreille) inferred from sequences of the mitochondrial gene Cytochrome Oxidase I. Molecular Phylogenetics and Evolution 5: 289-297. Pedersen B. V. 2002: European bumblebees (Hymenoptera : Bombini) - phylogenetic relationships inferred from DNA sequences. Insect Systematics and Evolution 33: 361-386. Petanidou T., Ellis W. N. & Ellis-Adam A. C. 1995: Ecogeographical patterns in the incidence of brood parasitism in bees. Biological Journal of the Linnean Society 55: 261-272. Prentice M. 1991: Morphological analysis of the tribes of Apidae. Pp. 51-69. In: Smith D. R. (ed.): Diversity in the genus Apis. Westview Press, Boulder, Colorado. Pickett K. M. & Randle Ch. P. 2005: Strange bayes indeed: uniform topological priors imply non-uniform clade priors. Molecular Phylogenetics and Evolution 34: 203-211. Popov V. V. 1949: [Tribe Pararhophitini (Hymenoptera, Anthophorinae) as an early Tertiary element of the contemporary fauna of the desert in Central Asia and Egypt.] Doklady Akademii Nauk SSSR 66: 507-510 (in Russian). Popov V. B. 1955: [Generic grupings of the palearctic Melectinae.] Trudy Zoologicheskovo Instituta, Akademii Nauk SSSR 21: 321-334 (in Russian).
98
Posada D. & Crandall C. A. 1998: MODELTEST: testing the model of DNA substitution. Bioinformatics 14: 817 – 818. Queller D. C. 1989: The evolution of eusociality: reproductive head starts of workers. Proceedings of the Nacional Academy of Sciences of the USA 86: 3224-3226. Queller D. C. 1994: Extended parental care and the origin of eusociality. Proceedings of the Royal Society of London B, Biological Sciences 256: 105-111. Queller D. C., Zacchi F., Cervo R., Turillazzi S., Henshaw M. T., Santorelli L. A. & Strassmann J. E. 2000: Unrelated helpers in social insect. Nature 405: 784-787. Raw A. 1972: The biology of the solitary bee Osmia rufa (L.) (Megachilidae). Transactions of the Royal Society, London 124: 213-229. Richards M. H. 2000: Evidence for geographic variation in colony social organization in an obligately social sweat bee, Lasioglossum malachurum Kirby (Hymenoptera; Halictidae). Canadian Journal of Zoology 78: 1259-1266. Richards M. H., Packer L. & Seger J. 1995: Unexpected patterns of parentage and relatedness in primitively eusocial bee. Nature 373: 239-241. Robertson C. 1904: Synopsis of Anthophila. Canadian Entomologist 36: 37-43. Rodríguez F., Oliver J. F., Marín A. & Medina J. R. 1990: The general stochastic model of nucleotide substitution. Journal of Theoretical Biology 142: 485-501. Roig-Alsina A. 1989: The tribe Osirini, its scope, classification, and revisions of the genera Parepeolus and Osirinus. University of Kansas Science Bulletin 54: 1-23. Roig-Alsina A. 1990: Coelioxoides Cresson, a parasitic genus of Tetrapediini. Journal of the Kansas Entomological Society 63: 279-287. Roig-Alsina A. 1991: Revision of the cleptoparasitic bee tribe Isepeolini. University of Kansas Science Bulletin 54: 257-288. Roig-Alsina A. & Michener C. D. 1993: Studies of the phylogeny and classification of long-tongued bees (Hymenoptera: Apoidea). University of Kansas Science Bulletin 55: 124-162.
99
Roig-Alsina A. & Rozen J. G. Jr. 1994: Revision of the cleptoparasitic bee tribe Protepeolini, including biologies and immature stages. American Museum Novitates 3099: 1-27. Rozen J. G. Jr. 1978: The relationships of the bee subfamily Ctenoplectrinae as revealed by its biology and mature larva. Journal of the Kansas Entomological Society 51: 637-652. Rozen J. G. Jr. 1991: Evolution of cleptoparasitism in Anthophorid bees as revealed by their mode of parasitism and first instars (Hymenoptera: Apoidea). American Museum Novitates 3029: 1-36. Rozen J. G. Jr. 1992: Biology of the bee Ancylandrna larrae (Andrenidae: Andreninae) and its cleptoparasite Hexepeolus rhodogyne (Anthophoridae: Nomadinae) with a Review of egg deposition in the Nomadinae (Hymenoptera: Apoidea). American Museum Novitates 3038: 1-15. Rozen J. G. Jr. 1993: Phylogenetic relationships of Euherbstia with other short-tongued bees (Hymenoptera: Apoidea). American Museum Novitates 3060: 1-17. Rozen J. G. Jr. 1996: Phylogenetic analysis of the cleptoparasitic bees belonging to the Nomadinae based on mature larvae (Apoidea: Apidae). American Museum Novitates 3180: 1-39. Rozen J. G. Jr. 2000: Systematic and geographic distribution of neotropical cleptoparasitic bees, with notes on their modes of parasitism. Anais do IV Encontro sobre Abelhas: 204-210. Rozen J. G. Jr. 2001a: Ovarioles and oocytes of the old world cleptoparasitic bees with biological notes on Ammobatoides (Hymenoptera: Apidae). American Museum Novitates 3326: 1-9. Rozen J. G. Jr. 2001b: A taxonomic key to mature larvae of cleptoparasitic bees (Hymenoptera: Apoidea). American Museum Novitates 3309: 1-27. Rozen J. G. Jr. 2003: Eggs, ovariole number, and modes of parasitism of cleptoparasitic bees, with emphasis on neotropical species (Hymenoptera: Apoidea). American Museum Novitates 3413: 1-36. Rozen J. G. Jr. & McGinley R. J. 1974: Phylogeny and systematics of Melittidae based on mature larvae. American Museum Novitates 2545: 1-31. Rozen J. G. Jr. & Özbek H. 2003: Oocytes, egg, and ovarioles of some long-tongued bees (Hymenoptera: Apoidea). American Museum Novitates 3393: 1-35. Rozen J. G. Jr., Roig-Alsina A. & Alexander B. A. 1997: The cleptoparasitic bee genus Rhopalolemma, with reference to other Nomadinae (Apidae), and biology of its host Protodufourea (Halictidae: Rophotinae). American Museum Novitates 3194: 1-28.
100
Rozen S. & Skaletsky H. J. 2000: Primer3 on the WWW for general users and for biologist programmers. In: Krawetz S. & Misener S. (eds): Bioinformatics Methods and Protocols: Methods in Molecular Biology. Humana Press, Totowa, NJ. Source code available at http://fokker.wi.mit.edu/primer3/. Sakagami S. F. 1976: Specific differences in the bionomic characters of bumblebees. A comparative review. Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University, Series VI, Zoology 20: 390-447. Sakagami S. F. & Munakata M. 1972: Distribution and bionomics of a transpalearctic eusocial halictine bee, Lasioglossum (Evylaeus) calceatum, in northern Japan, with references to its solitary life cycle at high altitude. Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University, Series VI, Zoology 18: 411-439. Schenck A. 1869: Beschreibung der nassauischen Bienen, Zweiter Nachtrag. Jahrbücher des Nassauischen Vereins für Naturkunde 21-22: 269-382. Schmiedeknecht H. L. O. 1882-1884: Die Bienen Europa’s. Vol. 1. Gumperdae und Berolini, Berlin. Schmiedeknecht H. L. O. 1930: Die Hymenopteren Nord- und Mitteleuropas. 2. Auflage. Fischer, Jena. Schwarz M. P., Bull N. J. & Cooper S. J. B. 2003: Molecular phylogenetics of allodapine bees, with implications for the evolution of sociality and progressive rearing. Systematic Biology 52: 1-14. Schwarz M. P., Tierney S. M., Cooper S. J. & Bull N. J. 2004: Molecular phylogenetics of the allodapine bee genus Braunsapis: A-T bias and heterogeneous substitution parameters. Molecular Phylogenetics and Evolution 32:110-122. Sheppard W. S. & McPheron B. A. 1991: Ribosomal DNA diversity in Apidae. Pp 87-102. In: Smith D.R. (ed.): Diversity in the genus Apis. Westview Press, Boulder, Colorado. Shimodaira H. 2002: An approximately unbiased test of phylogenetic tree selection. Systematic Biology 51: 492–508. Shimodaira H. & Hasegawa M. 2001: CONSEL: for assessing the confidence of phylogenetic tree selection. Bioinformatics 17: 1246–1247. Silveira F. A. 1993a: The mouthparts of Ancyla and the reduction of the labiomaxillary complex among long-tongued bees. Entomologica Scandinavica 24: 293-300. Silveira F. A. 1993b: Phylogenetic relationships of Exomalopsini and Ancylini (Hymenoptera: Apoidea). University of Kansas Science Bulletin 55: 163-173.
101
Silveira F. A. 1995: Phylogenetic relationships and classification of Exomalopsini with a new tribe Teratognathini. University of Kansas Science Bulletin 55: 425-454. Simon Ch., Frati F., Beckenbach A., Crespi B., Liu H. & Flook P. 1994: Evolution, weighting, phylogenetic utility of mitochondrial gene sequences and a compilation of conserved Polymerase chain reaction primers. Annals of the Entomological Society of America 87: 651–701. Starr C. K. 1979: Origin and evolution of insect sociality: A review of modern theory. Pp. 35-79. In: Hermann H. R. (ed.): Social Insects Vol.1. New York, Academic Press. Straka J. 2003: Fylogeneze včel (Hymenoptera: Apoidea) literární přehled. Seminární práce, Katedra zoologie PřF UK, Praha. Strickler K., Scott V. L. & Fischer R. L. 1996: Comparative nesting ecology of two sympatric leafcutting bees that differ in body size (Hymenoptera: Megachilidae). Journal of the Kansas Entomological Society 69: 26-44. Strimmer K. & Haeseler A. von 1996: Quartet puzzling: a quartet maximum likelihood method for reconstructing tree topologies. Molecular Biology and Evolution. 13: 964-969. Stubblefield J. W. & Charnov E. L. 1986: Some conceptual issues in the origin of eusociality. Heredity 57: 181-187. Sumner S., Aanen D. K., Delabie J. & Boomsma J. J. 2004: The evolution of social parasitism in Acromyrmex leaf-cutting ants: a test of Emery’s rule. Insectes Sociaux 51: 37-42. Swofford D. L. 1999: PAUP* Phylogenetic analysis using parsimony; Version 4. Sinauer Associates, Sunderland, Massachusetts. Šustera O. 1958: Übersicht des Systems der Paläarktischen und Mitteleuropäischen Gattungen der Superfamilie Apoidea (Hymenoptera). Acta Entomologica Musei Nationalis Pragae 32: 443-463. Tamura K. & Nei M. 1993: Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Molecular Biology and Evolution 10: 512-526. Tanaka H., Roubik D. W., Kato M., Liew F. & Gunsalam G. 2001: Phylogenetic position of Apis nuluensis of northern Borneo and phylogeography of A. cerana as inferred from mitochondrial DNA sequences. Insectes Sociaux 48: 44-51.
102
Tepedino V. J. & Torchio P. F. 1994: Founding and usurping: Equally efficient paths to nesting success in Osmia lignaria propinqua (Hymenoptera: Megachilidae). Annals of the Entomological Society of America 87: 946-953. Thompson D.J., Gibson T.J., Plewniak F., Jeanmougin F. & Higgins D.G. (1997): The CLUSTALX windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignments aided by quality analysis tool. Nucleic Acids Research 24: 4876-4882. Thomson C. G. 1872: Skandinaviens Hymenoptera, Vol. 2. Berling, Lund. Thorp R. W. & Briggs D. L. 1980: Bees collecting polen from other bees (Hymenoptera. Apoidea). Journal of the Kansas Entomologial Society 53: 166-170. Tkalců B. 1972: Arguments contre l’interprétation traditionnelle de la phylogénie des abeilles. Bulletin de la Société Entomologique de Mulhouse 1972: 17-28. Tkalců B. 1974: Arguments contre l’interprétation traditionnelle de la phylogénie des abeilles. Bulletin de la Société Entomologique de Mulhouse 1974: 17-40. Valen L. van 1973: A new evolutionary law. Evolutionary Theory 1: 1-30. Vinson S. B. & Frankie G. W. 2000: Nest selection, usurpation, and a function for the nest entrance plug of Centris bicornuta (Hymenoptera: Apidae). Annals of the Entomological Society of America 93: 254-260. Ward S. A. & Kukuk P. F. 1998: Context-dependent behavior and the benefits of communal nesting. The American Naturalist 152: 249-263. Warncke K. 1977: Ideen zum natürlichen System der Bienen (Hymenoptera, Apoidea). Mitteilungen Münchener Entomologischen Gesellschaft 67: 39-63. Warncke K. 1982: Zur Systematic der Bienen – Die Unterfamilie Nomadinae. Entomofauna 3: 97-126. Wcislo W. T. 1987: The roles of seasonality, host synchrony, and behaviour in the evolutions and distributions of nest parasites in Hymenoptera (Insecta), with special reference to bees (Apoidea). Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society 62: 515-543. Wcislo W. T. 1997: Are behavioral classifications blinders to studying natural variation? Pp 8-13. In: Choe J. C. & Crespi B. J. (eds.): The evolution of social behavior in insects and arachnids. Cambridge University Press, Cambridge.
103
Wcislo W. T. & Danforth B. N. 1997: Secondarily solitery: the evolutionary loss of social behavior. Trends in Ecology and Evolution 12: 468-474. Wcislo W. T., West-Eberhard M. J. & Eberhard W. G. 1988: Natural history and behavior of a primitively social wesp, Auplopus semialatus, and its parasite, Irenangelus eberhardi (Hymenoptera, Pompilidae). Journal of Insect Behavior 1: 247-260. West-Eberhard M. J. 1975: The evolution of social behaviour by kin selection. Quarterly Review of Biology 50: 1-34. Westrich P. 1989: Die Wildbienen Baden-Würtembergs. Eugene Ulmer, Stutgart. Wheeler W. M. 1926: Les sociétés d’Insectes – leur Origine, leur Evolution. Doin, Paris. Whitfield J. B. & Cameron S. A. 1998: Hierarchical analysis of variation in the mitochondrial 16S r RNA gene among Hymenoptera. Molecular Biology and Evolution 15: 1728-1743. Williams P. H. 1994: Phylogenetic relationships among bumble-bees (Bombus Latr.): A reappraisal of morphological evidece. Systematic Entomology 19: 327-344. Wilson E. O. 1971: The Insect Societies. The Belknap Press of Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts. Wilson E. O. 2000: Sociobiology. The new synthesis. 25th Anniversary Edition. The Belknap Press of Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts and London. Winston M. L. & Michener C. D. 1977: Dual origin of highly social behaviour among bees. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 74: 1135-1137. Yanega D. 1997: Demography and sociality in halictine bees (Hymenoptera: Halictidae). Pp 293-355. In: Choe J. C. & Crespi B. J. (eds.): The evolution of social behavior in insects and arachnids. Cambridge University Press, Cambridge. Yang Z. & Rannala B. 1997: Bayesian phylogenetic inference using DNA sequences: A Markov chain Monte Carlo method. Molecular Biology and Evolution 14: 717-724.
104
8. Přílohy Příloha 1. Seznam latinských názvů živočichů použitých v textu s autorem a rokem popisu.
Afrostelis Cockerell, 1931 Aglae Lepeletier et Serville, 1825 Allodape Lepeletier et Serville, 1825 Allodapula Cockerell, 1934 Amegilla Friese, 1897 quadrifasciata (Villers, 1789) quadrifasciata maderae (Sichel, 1867) Ammobates Latreille, 1809 punctatus (Fabricius, 1804) Ammobatoides Radoszkowski, 1867 abdominalis (Eversmann, 1852) luctuosus (Friese, 1911) Ancyla Lepeletier, 1841 anatolica Warncke, 1979 Ancyloscelis Latreille, 1829 Anthidium Fabricius, 1804 oblongatum (Illiger, 1806) Anthidiellum Cockerell, 1904 Anthophora Latreille, 1803 pubescens (Fabricius, 1781) urbana Cresson, 1878 Anthophora sgen. Clisodon Patton, 1879 furcata (Panzer, 1798) Anthophorula Cockerell, 1897 completa (Cockerell, 1935) rufiventris (Timberlake, 1947) Apis Linnaeus 1758 mellifera Linnaeus, 1758 mellifera ligustrica Spinola, 1806 Biastes Panzer, 1806 truncatus (Nylander, 1848) Bombus Latreille, 1802 inexpectatus Tkalců, 1963 polaris Curtis, 1835 = arcticus (Quenzel, 1802) terrestris (Linnaeus, 1758) Bombus sgen. Alpinobombus Skorikov, 1914 Bombus sgen. Psithyrus Lepeletier, 1833 bohemicus Seidl, 1838 vestalis (Geoffroy, 1785) Braunsapis Michener, 1969 Centris Fabricius, 1804 inermis Friese, 1899 bicornuta Mocsary, 1899 Ceratina Latreille, 1802
calcarata Robertson, 1900 cyanea (Kirby, 1802) Chaeturginus Lucas de Oliveira et Moure, 1963 Chalicodoma Lepeletier, 1841 ericetorum (Lepeletier, 1841) Coelioxoides Cresson, 1879 waltheriae Ducke, 1908 Coelioxys Latreille, 1809 alternata Say, 1837 mandibularis Nylander, 1848 Creightonella Cockerell, 1908 Ctenocolletes Cockerell, 1929 Ctenoplectra Kirby, 1826 Dasypoda Latreille, 1802 hirtipes (Fabricius, 1793) Diadasia Patton, 1879 diminuta (Cresson, 1878) Effractapis Michener, 1977 Epeoloides Giraud, 1863 coecutiens (Fabricius, 1775) Epeolus Latreille, 1802 scutellaris Say, 1824 variegatus (Linnaeus, 1758) Epicharis Klug, 1807 Euaspis Gerstäcker, 1857 Eucera Scopoli, 1770 Eucondylops Brauns, 1902 Eufriesea Cockerell, 1908 Euglossa Latreille, 1802 intersecta Latreille, 1837 Eulaema Lepeletier, 1841 Euherbstia Friese, 1925 Eupetersia Blüthgen, 1928 Euryglossina Cockerell, 1910 Euryglossina sgen. Euryglossella Cockerell, 1910 Exaerete Hoffmannsegg, 1817 Exomalopsis Spinola, 1853 Exoneura Smith, 1854 Glossurocolletes Michener, 1965 Halictus Latreille, 1804 ligatus Say, 1835 Halictus sgen. Paraseladonia Pauly, 1997
105
Příloha 1. Pokračování
Heriades Spinola, 1808 carinata Cresson, 1864 Hesperapis Cockerell, 1898 larrae (Cockerell, 1907) Hesperocolletes Michener, 1965 Holcopasites Ashmead, 1899 calliopsidis (Linsley, 1943) ruthae Cooper, 1993 Hoplitis Klug, 1807 albifrons (Kirby, 1837) anthocopoides (Schenck, 1853) Hoplitis sgen. Bytinskia Mavromustakis, 1954 Hoplostelis Dominique, 1898 Hylaeus Fabricius, 1793 Hylaeus sgen. Nesoprosopis Perkins, 1899 Inquilina Michener, 1961 Isepeolus Cockerell, 1907 vachali Jörgensen, 1912 Larinostelis Michener et Griswold, 1994 Lasioglossum Curtis, 1833 malachurum (Kirby, 1802) Lasioglossum sgen. Dialictus Roberson, 1902 versatum (Robertson, 1902 zephyrum (Smith, 1853) Lasioglossum sgen. Homalictus Cockerell, 1919 Lasioglossum sgen. Paradialictus Pauly, 1984 Leiopodus Smith, 1854 trochantericus Ducke, 1907 singularis (Linsley et Michener, 1937) Lithurgus Berthold, 1825 chrysurus Fonscolombe, 1834 Macropis Panzer, 1809 europaea Warncke, 1973 Manuelia Vachal, 1905 scaevolae Brooks et Pauly 2001 Megachile Latreille, 1802 pugnata Say, 1837 Megalopta Smith, 1853 Megalopta sgen. Noctoraptor Engel, Brooks et Yanega, 1997 Megommation Moure, 1943 Megommation sgen. Cleptommation Engel, Brooks et Yanega, 1997 Melecta Latreille, 1802
albifrons (Forster, 1771) Melectoides Taschenberg, 1883 bellus (Jörgensen, 1909) Melipona Illiger, 1806 bicolor Lepeletier, 1836 Melitta Kirby, 1802 eickworti Snelling et Stage, 1995 leporina (Panzer, 1799) Microsphecodes Eickwort et Stage, 1972 Nasutapis Michener, 1970 Neopasites Ashmead, 1898 Nomada Scopoli, 1770 fucata Panzer, 1798 imbricata Smith, 1854 maculata Cresson, 1863 Oreopasites Cockerell, 1906 barbarae Rozen, 1992 Paranomada Linsley et Michener, 1937 velutina Linsley, 1939 Pararhophites Friese, 1898 Paratetrapedia Moure, 1941 Parathrincostoma Blüthgen, 1933 Parepeolus Ducke, 1912 aterrimus (Friese, 1906) Pasites Jurine, 1807 maculatus Jurine, 1807 Peponapis Robertson, 1902 Polistes Latreille, 1802 Protandrena Cockerell, 1896 Protandrena sgen. Heterosarus Robertson, 1918 Ptilocleptis Michener, 1978 Radoszkowskiana Popov, 1955 Rophites Spinola, 1808 Scaptotrigona Moure, 1942 depilis (Moure, 1942) Sphecodes Latreille, 1804 monilicornis (Kirby, 1802) Stelis Panzer, 1806 Stelis sgen. Dolichostelis Parker et Bohart, 1979 Stenotritus Smith, 1853 Svastra Holmberg, 1884 machaeranthera (Cockerell, 1904) Tarsalia Morawitz, 1859 ancyliformis Popov, 1935 ancyliformis mediterranea Pittioni, 1950 Temnosoma Smith, 1853
106
Příloha 1. Pokračování
Tetraloniella Ashmead, 1899 glauca (Fabricius, 1775) Tetrapedia Klug, 1810 Thyreus Panzer, 1806 Triepeolus Robertson, 1901 verbesinae (Cockerell, 1897) Triopasites Linsley, 1939 penniger (Cockerell, 1894) Vespa Linnaeus, 1758 Vespula Thomson, 1869 Xeromelecta Linsley, 1939
californica (Cresson, 1878) Xylocopa Latreille, 1802 dejeani Lepeletier, 1841 = collaris Lepeletier, 1841 violacea (Linnaeus, 1758) virginica (Linnaeus, 1771) Xylocopa sgen. Proxylocopa Hedicke, 1938 Zacosmia Ashmead, 1898 maculata (Cresson, 1878)
107
Příloha 2. Seznam sekvenovaných druhů s lokalitou, datem sběru a sběratelem.
Rod druh Melittidae-outgroup Dasypoda Macropis Melitta
hirtipes europaea leporina
Země
Lokalita
datum sběratel
ČR ČR ČR
Trojská, Praha-Troja Běstvina, Chrudim env. Trojská, Praha-Troja
5.9.2000 26.7.2000 5.9.2000
J.Straka J.Straka J.Straka
ČR ČR ČR ČR Bulharsko
Kaňk, Kutná Hora env. Kuchyňka, Nový Brázdim env. Kaňk, Kutná Hora env. Kaňk, Kutná Hora env. Sandanski env.
23.7.2000 17.6.2000 23.7.2000 23.7.2000 29.6.2000
J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka
Austrálie ČR Madagaskar Turecko
Queensland, Moreton Island 23.8.2004 J.Růžička Běstvina, Chrudim env. 26.7.2000 J.Straka Mahavelona prov., Toamasina 55 km N 18.12.2001 I.Pljushtch Adana prov., Boztahta 10 km W 26.6.2001 J.Straka
Maďarsko Turecko Turecko Mongolsko ČR ČR ČR Rumunsko
Pest prov., Örkeny env. Adana prov., Karaömerli env. Erzurum prov., Ilica 1 km S Arkhangay prov., Tsetserleg 90 km NE Zvolská Homole, Zvole env. Cihelna v Bažantnici, Praha-Hloubětín Kaňk, Kutná Hora env. Constanta prov., Histria env.
Portugalsko Turecko Argentina ČR Argentina ČR Argentina Argentina ČR Argentina Argentina Argentina Argentina ČR Argentina Argentina Argentina Argentina Turecko Turecko Argentina Bulharsko
Madeira isl., Caniçal env. Adana prov., Karaömerli env. Missiones prov., Puerto Iguazú env. Praha-Horní Počernice La Rioja prov. Pagancillo env. Kaňk, Kutná Hora env. Missiones prov., Puerto Iguazú env. Chaco prov., Capitan Solari env. Běstvina, Chrudim env. Missiones prov., Puerto Iguazú env. Salta prov., Cachi env. Salta prov., Cachi env. Chaco prov., Capitan Solari env. Trojská, Praha-Troja Salta prov., Cachi env. Missiones prov., Puerto Iguazú env. Salta prov., Cachi env. Chaco prov., Capitan Solari env. Adana prov., Karaömerli env. Antalya prov., Serik env. Missiones prov., Puerto Iguazú env. Sandanski env.
Megachilidae-outgroup Anthidium Chalicodoma Coelioxys
oblongatum ericetorum mandibularis
Hoplitis
sp.
Lithurgus
chrysurus
Apidae-Xylocopinae Braunsapis Ceratina Macrogalea Xylocopa
sp. cyanea scaevolae violacea
Apidae-Nomadinae Ammobates Ammobates Ammobatoides Ammobatoides Biastes Epeolus Nomada Pasites
punctatus punctatus abdominalis luctuosus truncatus variegatus fucata maculatus
16.8.2000 21.6.2001 30.6.2001 24.7.2004 29.7.2001 20.8.2000 23.7.2000 6.8.2000
J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka
11.5.2004 21.6.2001 1.2.2004 2000 17.2.2004 23.7.2000 1.2.2004 3.-7.2.2004 26.7.2000 1.2.2004 12.2.2004 12.2.2004 3.-7.2.2004 2000 12.2.2004 1.2.2004 12.2.2004 3.-7.2.2004 22.6.2001 20.6.2001 1.2.2004 29.6.2000
J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka J.Straka
Apidae-Apinae Amegilla Ancyla Ancyloscelis Anthophora Anthophorula Bombus Centris Emphorin Epeoloides Euglossa Exomalopsis Isepeolus Leiopodus Melecta Melectoides Paratetrapedia Parepeolus Scaptotrigona Tarsalia Tetraloniella Tetrapedia Thyreus
quadrifasciata anatolica sp. pubescens sp. vestalis sp. gen. sp. coecutiens sp. sp. vachali trochantericus albifrons bellus sp. aterrimus sp. ancyliformis glauca sp. sp.
108
Příloha 3. Přehled tribů čeledi Apidae, které nebyly zařazeny do analýz z důvodů absence materiálu. * Tento tribus je pouze v jediné analýze – sekvence jsou získané z genové banky.
Podčeleď
Tribus
Xylocopinae Manuelini Nomadinae Brachynomadini* Caenoprosopidini Hexepeolini Neolarrini Townsendiellini Teratognathini Apinae Ctenoplectrini Rhathymini Ericrocidini
Způsob života
Výskyt
hnízdí ve dřevě kleptoparazité kleptoparazité kleptoparazité kleptoparazité kleptoparazité hnízdí v zemi hnízdí ve dřevě kleptoparazité kleptoparazité
výhradně Patagonie J. a S. Amerika J. Amerika S. Amerika S. Amerika S. Amerika J. Amerika tropy starého světa J. Amerika J. a S. Amerika
109
9. Seznam zkratek použitých v textu au test – aproximately unbiased test BA – Bayesovská analýza COI – podjednotka I cytochrom oxydázy DNA – deoxyribonukleová kyselina (deoxyribonucleic acid) dNTP – deoxyribonukleotidy GTR – general time reversible (model nukleotidové substituce) +G+I – model s gamma korekcí na různou rychlost substitucí v různých pozicích a s vypočítaným procentem neměnných pozic I – morfologické znaky dospělců ICZN – International code of zoological nomenclature L – morfologické znaky larvální LWRh – gen Long Wavelength Rhodopsin MCMC – Markov chain Monte Carlo MLH – metoda maximální věrohodnosti (maximum likelihood) s heuristickým vyhledáváním stromů MP – maximální parsimonie (maximum parsimony) NaAc – octan sodný OTU – operační taxonomická jednotka (operational taxonomic unite) p – pravděpodobnost PCR – polymerázová řetězcová reakce (polymerase chain reaction) sgen. – podrod (subgenus) s. l. – v širším smyslu (sensu lato) s. s. – v užším smyslu (sensu stricto) Taq polymeráza – DNA polymeráza z Thermus aquaticus TBR – tree bisection reconnection (algoritmus pro "swapping") Wg – gen Wingless
110
