Pânză de păianjen și peisaje performante de mătase în spațiul nutritiv
Sean J. Blamires
1 Departamentul de Științe ale Vieții, Universitatea Tunghai, Taichung 40704, Taiwan
2 Centrul de Cercetare pentru Evoluție și Ecologie, Școala de Științe Biologice, a Pământului și a Mediului, Universitatea din New South Wales, Sydney 2052, Australia
Yi-Hsuan Tseng
3 Departamentul de Științe ale Vieții, Universitatea Națională Chung-Hsing, Taichung 40227, Taiwan
Chung-Lin Wu
4 Centrul pentru standarde de măsurare, Institutul de cercetare a tehnologiei industriale, Hsinchu 30011, Taiwan
Søren Toft
5 Departamentul de Bioștiință, Clădirea 1540, Universitatea Aarhus, Ny Munkegade 116, DK-Aarhus 8000 C, Danemarca
David Raubenheimer
6 Centrul Charles Perkins, Facultatea de Științe Veterinare și Școala de Științe Biologice, Universitatea din Sydney, Sydney NSW 2006, Australia
I.-Min Tso
1 Departamentul de Științe ale Vieții, Universitatea Tunghai, Taichung 40704, Taiwan
3 Departamentul de Științe ale Vieții, Universitatea Națională Chung-Hsing, Taichung 40227, Taiwan
Date asociate
Abstract
S-a demonstrat că prădătorii își modifică hrănirea ca răspuns regulator la istoricul hrănirii recente, dar rămâne necunoscut dacă prădătorii care construiesc capcane își modulează capcanele în mod similar ca o strategie de reglementare. Aici am hrănit păianjenul orb Nephila pilipes fie greieri vii, greieri morți cu pânze stimulate de muște sau greieri morți fără stimulare a pânzei, timp de 21 de zile pentru a impune păianjenii să extragă diferențial nutrienții dintr-o singură sursă de pradă. În plus față de substanțele nutritive extrase, am măsurat arhitecturile rețelei, proprietățile de întindere a mătăsii, compozițiile de aminoacizi din mătase și tensiunea rețelei după fiecare rundă de alimentare. Am trasat apoi „peisaje performante” din mătase și mătase în spațiul nutritiv. Peisajele au avut vârfuri și jgheaburi multiple pentru fiecare parametru de performanță a pânzei și mătăsii. Descoperirile sugerează că N. pilipes ajustează plastic proprietățile chimice și fizice ale pânzei și mătăsii lor în conformitate cu istoricul său nutrițional. Studiul nostru extinde aplicarea modelului de hrănire a cadrului geometric pentru a include un tip de capcană de pradă. Dacă poate fi aplicat altor capcane prădătoare necesită teste suplimentare.
S-a demonstrat că prădătorii folosesc comportamente flexibile de hrănire pentru a-și echilibra câștigurile nutritive atunci când calitatea alimentelor variază temporar sau spațial 1, 2, 3, 4. În funcție de modalitățile sale senzoriale, un prădător poate folosi un sortiment de indicii pentru a evalua valoarea nutrițională a diferitelor pradă înainte de a implementa un răspuns comportamental adecvat 5, 6, 7 .
Modelul cadrului geometric estimează deciziile homeostatice ale animalelor în raport cu expunerea lor simultană la mai mulți nutrienți 8, 9. Modelul este construit prin construirea unui spațiu cartezian, numit spațiu nutritiv, cu axe reprezentând doi sau mai mulți nutrienți de interes 8, 9, 10, 11. În acest spațiu, alimentele sunt reprezentate ca niște șine care se proiectează de la origine la un unghi care reprezintă raportul (sau echilibrul) nutrienților pe care îi conțin. Pe măsură ce animalul mănâncă, starea sa nutrițională se schimbă de-a lungul aceleiași traiectorii reprezentând mâncarea pe care o mănâncă. Starea sa nutrițională actuală poate fi reprezentată de un punct de admisie, a cărui poziție în spațiu este determinată de care și cât de multă hrană a consumat. Acest model permite manipularea stărilor nutriționale ale animalelor în dimensiuni multiple pentru a obține o răspândire a punctelor în spațiul nutritiv 8 .
Prădătorii staționari care construiesc capcane, cum ar fi păianjeni, caddisfly, leii furnici și viermi strălucitori, întâlnesc o gamă imprevizibilă de pradă 16, 17, 18, 19, 20. Există dovezi că aportul anumitor nutrienți, în special proteine și lipide, este extrem de important pentru reglarea prădătorilor care construiesc capcane. De exemplu, creșterea, producția de ouă, producția de mătase și stoechiometria funcțională în păianjenii cu pânze de orb Argiope spp. sunt asociate cu variații ale absorbției de lipide și proteine 21, 22, 23. Mai mult, s-a constatat că consumul de proteine se corelează puternic cu variațiile arhitecturii pânzei de păianjen și cu proprietățile fizico-chimice ale mătăsurilor constitutive 24, 25, 26. Cu toate acestea, știind că prădătorii variază arhitectura și/sau proprietățile chimice și fizice ale capcanelor sau materialelor de capcană ca răspuns la diferitele tipuri de pradă întâlnite nu ne spune nimic despre strategia de foraj de bază implementată. Constatarea dacă arhitectura capcanelor este reglementată ca răspuns la istoricul nutrițional este totuși notoriu dificilă, în primul rând pentru că se știe puțin despre ecologia de hrănire a prădătorilor care construiesc capcane 27 .
Dificultățile practice cu care se confruntă atunci când se încearcă menținerea constantă a tuturor variabilelor de confuzie în timp ce aportul nutrițional variabil face ca aplicarea modelului cadrului geometric pe pânzele de păianjen și mătăsuri să fie extrem de dificilă. În trecut, cercetătorii au hrănit păianjenii cu un singur tip de pradă și au manipulat suportul pe care au fost crescute prada. De exemplu, muștele au fost crescute pe medii îmbogățite cu nutrienți comparativ cu mediile sărace în nutrienți pentru a-și modifica compoziția nutrițională 21, 25. Cu toate acestea, în acest caz, orice schimbări în strategia de hrănire a păianjenului ca o consecință a istoriei lor nutriționale sau a variației induse de dietă în comportamentul prăzii rămân necuantificate. Alți cercetători au hrănit păianjenii o sursă de hrană lichefiată cu o compoziție nutrițională predeterminată direct în piesele lor bucale, permițând astfel controlul istoriei nutriționale 26, 28, 29. Cu toate acestea, această metodă nu simulează procesul natural de hrănire a unui păianjen.
Mai multe studii au demonstrat că dimensiunea și arhitectura pânzei de păianjen diferă de istoricul nutrițional al păianjenului 24, 25, 26, 28, 30. Singur, însă, aceasta nu demonstrează o legătură între aportul de nutrienți și proprietățile rețelei, deoarece alte variabile decât aportul de nutrienți induc variații la arhitecții rețelei 7, 17, 25, 28, 31. Mai mult, mătăsile din care sunt construite pânzele sunt fabricate din proteine (denumite în mod convențional spidroine) și păianjeni sub stres nutrițional ar putea avea nevoie să-și împartă selectiv aminoacizii din dietă între diferite spidroine și funcțiile somatice 32. Expresia diferențială a spidroinelor de către păianjeni în diferite diete, care poate fi identificată printr-o schimbare a compoziției aminoacizilor din mătase, poate afecta proprietățile de întindere ale mătăsii 26, 33. Prin urmare, multe proprietăți de pânză de păianjen și mătase sunt din plastic, deci pot servi drept parametri care pot fi trasați ca „peisaje de performanță” pe spațiul nutritiv, permițându-ne astfel să stabilim dacă aceste capcane sunt reglementate ca răspuns la istoricul nutrițional al păianjenului furajer.
Rezultate
Am măsurat apoi masa acumulată de proteine brute și lipide extrase din prada de greier de către păianjeni în tratamentele CC, CD și CO și am constatat că acestea diferă semnificativ (Wilk’s λ = 0,752, F3,47 = 5,155, p = 0,004). Șinele nutriționale pentru păianjeni în fiecare tratament au fost produse prin reprezentarea grafică a masei medii acumulate de proteine brute față de lipide consumate în primele șapte runde de hrănire (Fig. 1).
Punctele de date majore reprezintă valorile medii acumulate la fiecare dintre cele șapte runde de alimentare. Punctele minore de date reprezintă valorile acumulate ale indivizilor din cele șapte runde de hrănire, pe care le-am folosit pentru a estima spațiul nutritiv pentru analize ulterioare.