Advanced

Male moth behaviour and perception in pheromone plumes

Valeur, Peter LU (1998)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Nattfjärilshannars beteenden och doftupplevelser i feromonplymer



Denna skrift avhandlar mekanismerna bakom så kallad förvirringsbekämpning av skadegörande nattfjärilar med hjälp av deras sexualferomon.



Nattfjärilar är egentligen en lite felaktig benämning på de fjärilar som inte är dagfjärilar. I Sverige finns det 116 arter dagfjärilar och mer än 2400 arter ’nattfjärilar’. Flera ‘natt-fjärils-arter’ är i själva verket dagaktiva eller flyger i skymning och gryning. Jag tycker därför att en bättre uppdelning vore den mellan prålfjärilar och parfymfjärilar. Dagfjärilar är nämligen mycket granna och synliga. Det beror på att de själva använder synen för att hitta... (More)
Popular Abstract in Swedish

Nattfjärilshannars beteenden och doftupplevelser i feromonplymer



Denna skrift avhandlar mekanismerna bakom så kallad förvirringsbekämpning av skadegörande nattfjärilar med hjälp av deras sexualferomon.



Nattfjärilar är egentligen en lite felaktig benämning på de fjärilar som inte är dagfjärilar. I Sverige finns det 116 arter dagfjärilar och mer än 2400 arter ’nattfjärilar’. Flera ‘natt-fjärils-arter’ är i själva verket dagaktiva eller flyger i skymning och gryning. Jag tycker därför att en bättre uppdelning vore den mellan prålfjärilar och parfymfjärilar. Dagfjärilar är nämligen mycket granna och synliga. Det beror på att de själva använder synen för att hitta varandra, och då tänker jag speciellt på hur hannar och honor finner varandra. Parfymfjärilar (nattfjärilar) använder däremot dofter för att locka till sig en partner av lämplig sort. Honorna avger en arttypisk doft vid en bestämd tidpunkt på dagen eller (oftast) natten. Varje art har sin helt egna doft som består av 1-7 olika komponenter i en viss blandning. När en doft används på det här viset för att skicka meddelanden mellan två individer av samma art kallas doften för feromon. Feromoner kan ha flera olika funktioner och kan tex kallas spårferomoner (myrorna till sockret), alarmferomoner (arga myror), aggregationsferomoner, osv. I den här avhandlingen har jag bara arbetat med sexual-feromoner, dvs de feromoner som används för att locka till sig eller presentera sig för en möjlig partner.



De flesta fjärilslarver lever av olika växtdelar och flera arter lägger många ägg vilket innebär att de under goda förhållande kan fortplanta sig mycket snabbt och om larverna äter sådana saker som vi människor hade tänkt oss att använda till annat kallar vi dem skadedjur. Vi stod ganska hjälplösa mot angreppen från dessa insekter tills dess att de kemiska bekämpningsmedlen togs i bruk. De har gett oss ett antal år då det varit relativt enkelt att hålla insektsangrepp stången. Dessvärre har det visat sig att insekterna utvecklar motståndskraft mot allt fler kemiska bekämpningsmedel och att pesticiderna inte är särskilt nyttiga för oss människor eller för andra djur i vår herres hage. Därför har man sett möjligheten att bekämpa insekter med hjälp av feromoner som mycket lockande. Den feromon-metod som visat sig fungera bäst kallas för-virr-ings-metoden. Förvirring av hannarnas orien-tering till honorna (hädanefter kallat förvirring) går ut på att släppa ut så mycket feromon i fältet att hannarna inte klarar av att hitta några honor, med följd att det inte blir några parningar och alltså inte heller några befruktade ägg. Den här metoden används idag med framgång för att bekämpa 3-4 arter, men för flera andra arter har det visat sig besvärligt att få pålitliga resultat. För att kunna utveckla och behärska den här metoden krävs det mycket bättre kunskap om vad som ligger bakom den så kallade förvirringen. Flera olika mekanismer har föreslagits, de viktigaste (mest debatterade) är:



Uttröttning/överbelastning av nervsystemet Konkurrera ut honorna Kamouflering av honans doftspår Förvrängning av honans signal Avskräckning



De experiment jag har gjort pekar på att de två första mekanismerna är de viktigaste.



Jag har i huvudsak använt två olika metoder för att utforska den här frågan, elektrofysiologi och beteendestudier i en vindtunnel. Elektrofysiologi innebär att man mäter de elektriska signalerna i insektens känselnerver, i det här fallet de doftkänsliga nerverna. I vindtunneln testar man oftast hur intresserade / hur bra hannarna är på att upptäcka doften från en feromonkälla (en hona eller forskarens egen kopia) och sedan flyga fram till den. Jag har använt två olika elektrofysiologiska tekniker, EAG och SSR. EAG innebär att man mäter svaret från insektens hela antenn (insektens näsa), den metoden är relativt lätt och snabb men det går inte att särskilja exakt vilket doftämne antennen reagerar på. Insektsantennen är nämligen täckt av upp till 100 000 små sinnes-hår som vart och ett innehåller en eller flera doftnervceller. Dessa celler är i regel mycket specialiserade på att känna igen ett enda ämne. Det är här SSR-tekniken kommer in. Genom att ta kontakt med ett enda av de här sinneshåren kan man direkt mäta hur enstaka celler reagerar på sitt speciella ämne. Med högre makters hjälp, en tandborste, ett bra mikroskop och en mycket vass volframnål har jag använt den här tekniken i vindtunneln. Tidigare har den här tekniken nästan bara använts i stora apparatuppställningar i laboratoriet.



Förutom det första sammanfattande kapitlet så består min avhandling av fem artiklar som har/skall publiceras i vetenskapliga tidskrifter. Här följer mycket korta sammanfattningar av dem.



Artikel 1: Jag lät hannar flyga mot två beten (feromonkällor) i vindtunneln. Det ena betet skulle föreställa en lockande hona och var laddat med den bästa feromonblandning vi idag känner till för den arten. Feromonblandningen på det andra betet (förvirringsbetet) varierade jag för att utröna vad som bäst hindrade hannarna från att hitta fram till ‘honan’. Det var bara när jag hade väldigt höga halter feromon på förvirringsbetet som jag lyckades förhindra alla hannar från att nå fram till ‘honan’. När förvirringsbetet var lika starkt som eller lite starkare än ‘honan’ lockade det till sig de flesta hannarna, men en ganska stor del hittade ändå rätt (ur deras synvinkel sett). När förvirrings-betet inte innehöll hela feromonblandningen kunde det inte förvirra hannarna lika effektivt. Dessa resultat talar för att det är uttrött-nings/överbelastningsmekanismen som bäst förklarar att hannar inte lyckas hitta honorna när man använder förvirringsbekämpning. Konkurrens-mekanismen har också en viss effekt (helt väntat) men den kan inte ensam locka alla hannar bort från honorna.



Artikel 2: I denna artikel undersökte jag om uttröttnings/överbelastningsmekanismen har en långvarig effekt. Jag utsatte hannarna för olika feromonblandningar i fyra timmar, tog sedan ut dem i friska luften och testade hur väl de klarade att hitta en ‘hona’ i vindtunneln efter detta massiva ‘parfymbad’. Det visade sig även i detta fall att hela feromonblandningen gav en större effekt än enskilda komponenter. Jag jämförde de koncentrationer jag exponerade hannarna för i laboratoriet med de koncen-trationer som uppnås i fält när man använder förvirringsmetoden i verkligheten. Det visade sig att fältkoncentrationerna var mycket lägre än de koncentrationer som hade en effekt i mina experiment. Detta tyder på att det inte har någon betydelse om hannarna exponeras för feromon innan de börjar söka efter honor. Det som har någon betydelse är det förvirringsferomon de stöter på just när de är ute och flyger för att hitta en hona.



Artikel 3: Här använde jag SSR-metoden för att mäta koncentrationer av feromon i feromonplymer i vindtunneln. Det visade sig att metoden är så känslig att den gick att använda för att mäta feromavgivningen från enstaka honor. En hona av den här arten innehåller ca 0,2 ng feromon (det är det samma som 0,000 000 000 2 gram) och detta avger hon på ca en timme. Genom att parallellt utföra flygförsök med hannar till olika koncentrationer av feromonet kunde jag direkt jämföra hur mycket honorna avger och vid vilka koncentrationer hannarna beter sig bäst. Jag undersökte också de koncentrationer som var så höga att hannarna inte klarade att flyga ända fram till betet. Det visade sig att hannens doftnervceller inte blev helt utslagna av de här feromon-koncen-trationerna, utan att de faktiskt svarade med maximal aktivitet. Detta förklarar på ett bättre sätt än tidigare hur uttröttnings/över-belastnings-mekanismen fungerar mer i detalj.



Artikel 4: Här använde jag samma teknik som i förra artikeln för att titta närmare på hur feromonavgivningen varierar med tiden. Vi sätter ofta feromonet på gummi eller papper, gummi om det skall vara en långsam avgivning och papper om den skall vara snabb. Det visade sig att avgivningen från papper var oerhört snabb, mycket snabbare än vi tidigare anat. Detta har inte kunnat undersökas på ett bra sätt tidigare eftersom det rör sig om så låga halter. Jag registrerade också avgivningen från ett antal honor och fann att den varierade oväntat mycket över korta tidsintervaller. Den här metoden att studera avgivningen från enstaka honor är ett viktigt framsteg och den kan användas för att besvara frågor vars svar man tidigare bara kunnat spekulera om.



Artikel 5: Vi samarbetade med ett engelskt forskarteam som utvecklat en radarteknik som gör det möjligt att följa enskilda insekters flykt genom natten. Jag limmade fast små radarreflektorer på mina sädesbroddflyhannar och sedan släppte vi ut dem i ett fält med några konstgjorda feromonkällor. Vi lyckades följa ett antal av hannarnas flykt över flera hundra meter. De här preliminära resultaten visade att hannarna flög tvärs mot vinden när de inte kände något feromon. När de var i områden med doft av feromon flög de långsammare och upp- eller nedvinds. Ett av de mer frustrerande problemen som nattfjärilsforskare levt med är att det är i stort sett helt omöjligt att observera insekternas naturliga beteende på natten. Därför är den här metoden mycket lovande och kan användas inte bara för att studera natuligt beteende, men också hur fjärilshannarna beter sig i ett förvirringsbehandlat fält. (Less)
Abstract
Behaviour of male moths and electrophysiological responses of male pheromone-specific olfactory receptor neurones were studied in two model species, the oriental fruit moth Grapholita molesta and the turnip moth Agrotis segetum. The studies were aimed at elucidating the relative importance of different mating disruption mechanisms.



In a wind tunnel study of G. molesta, behavioural response to a reference pheromone source was tentatively suppressed by pheromone released from a second treatment source. Manipulations of the treatment composition and concentration, revealed that the adaptation/habituation of the olfactory system had the biggest effect, followed by the false trail following mechanism, and that the complete... (More)
Behaviour of male moths and electrophysiological responses of male pheromone-specific olfactory receptor neurones were studied in two model species, the oriental fruit moth Grapholita molesta and the turnip moth Agrotis segetum. The studies were aimed at elucidating the relative importance of different mating disruption mechanisms.



In a wind tunnel study of G. molesta, behavioural response to a reference pheromone source was tentatively suppressed by pheromone released from a second treatment source. Manipulations of the treatment composition and concentration, revealed that the adaptation/habituation of the olfactory system had the biggest effect, followed by the false trail following mechanism, and that the complete blend was better than any reduced blend.



In a study where A. segetum males were preexposed to a series of blends and concentrations of pheromone, the behavioural performance was significantly more affected than electroantennographic responses. Central nervous habituation is thus the most likely explanation to most of the observed behavioural effects. A comparison with field data in the literature showed that long-term adaptation/habituation is an unlikely explanation to the mating disruption effect observed in practical field applications.



In a wind tunnel, a portable single-neurone recording unit was used to analyse pheromone plumes from female glands and different dispensers. Behavioural in-flight arrestment started occurring at concentrations that elicited maximum spiking activity in peripheral receptor neurones. Individual female pheromone release rates were measured in real time, and compared to the release rate from synthetic dispensers. A hitherto unknown degree of short-time variation in female pheromone release rate was revealed.



With the help of a novel radar technique, up to 300 m long flight tracks of individual A. segetum males were recorded. Males tended to fly straight crosswind outside of pheromone plumes and up or downwind when in an area with pheromone. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof Haynes, Kenneth F., Dept of Entomology, University of Kentucky, Lexington, USA
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Djurekologi, Animal ecology, Grapholita molesta, Noctuidae, Lepidoptera, Tortricidae, behaviour, electrophysiology, single cell, flight tunnel, sex pheromone, wind tunnel, radar, flight, pre-exposure, mechanisms of mating disruption, Agrotis segetum, choice test
pages
142 pages
publisher
Department of Ecology, Lund University
defense location
Ekologihuset, Lund, Sweden
defense date
1998-04-24 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN: SE-LUNDBDS/NBZE-98/1077+142pp
ISBN
91-7105-098-1
language
English
LU publication?
yes
id
faa4daaf-ff4e-44ad-9de2-68d423964a49 (old id 38617)
date added to LUP
2007-08-01 10:26:57
date last changed
2016-09-19 08:45:09
@misc{faa4daaf-ff4e-44ad-9de2-68d423964a49,
  abstract     = {Behaviour of male moths and electrophysiological responses of male pheromone-specific olfactory receptor neurones were studied in two model species, the oriental fruit moth Grapholita molesta and the turnip moth Agrotis segetum. The studies were aimed at elucidating the relative importance of different mating disruption mechanisms.<br/><br>
<br/><br>
In a wind tunnel study of G. molesta, behavioural response to a reference pheromone source was tentatively suppressed by pheromone released from a second treatment source. Manipulations of the treatment composition and concentration, revealed that the adaptation/habituation of the olfactory system had the biggest effect, followed by the false trail following mechanism, and that the complete blend was better than any reduced blend.<br/><br>
<br/><br>
In a study where A. segetum males were preexposed to a series of blends and concentrations of pheromone, the behavioural performance was significantly more affected than electroantennographic responses. Central nervous habituation is thus the most likely explanation to most of the observed behavioural effects. A comparison with field data in the literature showed that long-term adaptation/habituation is an unlikely explanation to the mating disruption effect observed in practical field applications.<br/><br>
<br/><br>
In a wind tunnel, a portable single-neurone recording unit was used to analyse pheromone plumes from female glands and different dispensers. Behavioural in-flight arrestment started occurring at concentrations that elicited maximum spiking activity in peripheral receptor neurones. Individual female pheromone release rates were measured in real time, and compared to the release rate from synthetic dispensers. A hitherto unknown degree of short-time variation in female pheromone release rate was revealed.<br/><br>
<br/><br>
With the help of a novel radar technique, up to 300 m long flight tracks of individual A. segetum males were recorded. Males tended to fly straight crosswind outside of pheromone plumes and up or downwind when in an area with pheromone.},
  author       = {Valeur, Peter},
  isbn         = {91-7105-098-1},
  keyword      = {Djurekologi,Animal ecology,Grapholita molesta,Noctuidae,Lepidoptera,Tortricidae,behaviour,electrophysiology,single cell,flight tunnel,sex pheromone,wind tunnel,radar,flight,pre-exposure,mechanisms of mating disruption,Agrotis segetum,choice test},
  language     = {eng},
  pages        = {142},
  publisher    = {ARRAY(0x95816f8)},
  title        = {Male moth behaviour and perception in pheromone plumes},
  year         = {1998},
}