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2 !"#$%%&'()(*+&,-./,01--+&1,23%4! Photo credit: A. Cini, D. Baracchi - Graphical design: Andrea Luchetti 2

3 The AISASP Student Meeting The AISASP - Italian Section of the IUSSI - aims to promote the knowledge and ideas exchange among researchers of the fascinating and complex universe of social insects. Within this mission, the Associates' Council proposed that, beside the national and international AISASP-IUSSI congresses, there should be a meeting completely and exclusively dedicated to students. The main aim is, in first place, to provide them an opportunity to refine the communication of their own scientific results. Moreover, this kind of occasions could represent a level of communication quite different from that of usual congresses. Indeed, albeit being an important opportunity of scientific and cultural exchange, typical congresses are forums for discussing, mainly, data interpretations and conclusions. Thus, methodological issues and practical solutions, the bases of the daily work for young researchers, are often poorly discussed of not properly addressed. Therefore, this is the mission of the AISASP Student Meeting: a meeting organized by "students" for "students", providing a workshop for undergraduates, bachelors, PhD candidates and postdocs. This should be a place where to present own data, where to ask and find suggestions/solutions and where to discuss theoretical issues. All these features will be placed in an informal framework and with an audience with a comparable level of scientific experience. 3

4 The final aim of the AISASP Student Meeting is to give support to the exchanges of ideas, projects and scientific actions since the beginning of the AISASP young scientists career, with the hope and the ambition to become a traditional event promoting a "School" for the study of social insects The A.I.S.A.S.P. Directive Board 4

5 Organizers welcome Florence - 15th February, 2013 Welcome to the 3rd AISASP Student Meeting! After the first two successful meetings, we are ready to open another day dedicated to scientific exchange among young scientists in the field of social and presocial arthropods. This year, besides the plenary lecture and the young scientist contributions, there will also be a practical workshop, which will introduce the use of molecular and bioinformatic tools to understand social insect immunity. Once again, everything has been possible thanks to you, young contributing authors of the meeting, and we hope this will be another day of good science and fruitful ideas exchange. We wish to thank also the hosting Institution, the University of Florence, for its support and facilities. We finally wish to give a special thank to our invited speaker, Fabio Manfredini, who very enthusiastically joined our initiative and accepted to introduce the day and guide the practical session. We would like to remind to everybody that this day is meant to represent an opportunity to exchange ideas, discuss methodological problems and provide possible interpretations of data in a really informal atmosphere, without the pressure that conventional meeting usually 5

6 impose. Thus, feel free to show also the most problematic parts of your researches together with your best results: science progresses more when facing problematic questions than when discussing easy answers! Enjoy the day! The organizing committee. Alessandro Cini Laboratoire Ecologie & Evolution Universite Pierre et Marie Curie Paris Cedex, France Cristina Castracani Laboratorio di Mirmecologia Dip. Bioscienze Univ. degli Studi di Parma Andrea Luchetti MoZoo Lab Dip. Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali Univ. degli Studi di Bologna andrea.luchetti@unibo.it 6

7 How to reach the venue Address: Dipartimento di Biologia Evoluzionistica - Via Romana 17, 50125, Firenze. The department is in the same building of the Museo di Storia Naturale Section: Zoologia La Specola. In case you get lost, asking for La Specola might help! By car The venue is in the town center where it is not allowed to enter without permission. We suggest to drive to Porta Romana and look for a parking nearby (payment required). As parking places are usually very few, you might opt for one of the many parking areas in Florence ( and then take a bus to the venue. By bus Several lines arrive near or in front of the venue. Regular and frequent buses depart from the train station S. Maria Novella. Have a look on By feet From Santa Maria Novella train station Via Romana is easily reachable in about 20 minutes. Have a look on the map in the next page! 7

8 S. MARIA NOVELLA TRAIN STATION VIA TORNABUONI PONTE SANTA TRINITA VIA MAGGIO VIA ROMANA 17 8

9 TIME TABLE 9

10 Registration and Welcome Invited Speaker: Fabio Manfredini Penn State University, U.S.A. IMMUNITY IN SOCIAL INSECTS: FROM INDIVIDUAL TO GROUP DEFENSE Coffe Break Federico Cappa Univerisity of Florence, Italy TESTING THE HAPLOID SUSCEPTIBILITY HYPOTHESIS IN TWO SPECIES OF SOCIAL INSECTS WITH DIFFERENT LEVEL OF SOCIAL ORGANIZATION Fiorenza A. Spotti University of Parma, Italy ANT BIG CHILL : HOW ABIOTIC FACTORS CAN INFLUENCE ANT VERTICAL DISTRIBUTION IN ALPINE ECOSYSTEMS Silvia Bedetti University of Parma, Italy ANT FIGHT CLUB : HOW BIOTIC FACTORS CAN INFLUENCE ANT VERTICAL DISTRIBUTION IN ALPINE ECOSYSTEMS Giacomo Alciatore University of Regensburg, Germany PROXIMATE DETERMINANTS OF REPRODUCTIVE DIVISION OF LABOR IN A CLONAL ANT, PLATYTHYREA PUNCTATA Gabriele Lanzi University of Parma, Italy EFFECTS OF URBANIZATION ON ANT FAUNA IN THE CITY OF PARMA (ITALY) 10

11 Gherardo Bogo CRA-API, Bologna, Italy; University of Bologna, Italy EXPERIMENTAL BOMBUS SP. REARING FROM NATURAL POPULATIONS Lunch Workshop WHAT GENE IS THIS? GENE ONTOLOGY ANALYSIS IN NON-MODEL SYSTEMS Coffe Break Elisa Rigosi University of Trento, Italy; E. Mach Foundation, Italy OLFACTORY LATERALIZATION IN BEES: DOES ALIGNMENT STAND FOR SOCIALITY? Mara Andrione University of Trento, Rovereto (TN), Italy IMAGING NEUROPLASTICITY IN THE HONEYBEE OLFACTORY SYSTEM Vito Scicchitano University of Bologna, Italy PHYLOGEOGRAPHY AND EVOLUTION OF RETICULITERMES LUCIFUGUS (ISOPTERA: RHINOTERMITIDAE) Rachele Nieri E. Mach Foundation, Italy GEOGRAPHICAL PATTERNS OF INTEGRATION OF A SOCIAL PARASITE INTO A HOST COLONY 11

12 Lucia Pizzocaro University of Florence WING MORPHOLOGY REVEALS TWO DISTINCT ETHOSPECIES OF HOVER WASPS (HYMENOPTERA: STENOGASTRINAE) Mattia Menchetti University of Florence, Italy PRELIMINARY STUDY OF PERSONALITY IN THE SOCIAL WASP POLISTES DOMINULA Final Discussion 12

13 ABSTRACTS 13

14 INVITED SPEAKER Fabio Manfredini Penn State University, U.S.A. Immunity in social insects: from individual to group defense Insects are a powerful tool for discovering and dissecting interesting new immunology. Recent insect research has made productive forays into non-classical immune areas such as immune priming, tolerance and trade-offs between immunity and other physiological compartments like nutrition and reproduction. Similarly to most invertebrate organisms, social insects are provided with canonical mechanisms of individual immune defense, generally known as innate immunity. This relies on specific molecular receptors capable to detect different pathogens and parasites and to trigger multiple signaling cascade reactions. The activation of innate immunity eventually leads to cellular and humoral responses, depending on the nature of the challenge. In addition, social insects also rely on multiple mechanisms of group defense at the behavioral level, which are known as social immunity. There are many analogies between the two types of defense: constitutive and induced immune response of the individual are called prophylactic and activated hygienic behavior, respectively, in the insect colony, and trade-offs between immunity and other physiological compartments are also visible at the level of the colony, though in this case the testing of specific hypotheses is much more difficult to perform. The understanding of the mechanisms underpinning social immunity has become an emerging field, because of its great potential to serve for both applied and theoretical research. On one hand, there is need to find new tools to protect beneficial social insects such as honeybees and native pollinators or to stop invasive ant and termite pests. On the other hand, there is increasing evidence that the evolution of antiparasitic defense in insect societies might have been primarily involved in the 14

15 evolution of sociality itself: therefore, the transition from individual to social immunity may be used as a proxy to better characterize the evolution from solitary life to advanced eusociality. L immunita negli insetti sociali: dalla difesa individuale alla difesa di gruppo Gli insetti sono uno strumento esemplare per la scoperta e la caratterizzazione di nuove tematiche nel campo dell immunologia. Negli ultimi anni, la ricerca sugli insetti ha fornito interessanti sviluppi in settori di ricerca immunologica non canonici, come il priming immunitario e i meccanismi di tolleranza e di trade-off tra il sistema immunitario e gli altri compartimenti fisiologici come l alimentazione e la riproduzione. In modo analogo alla maggior parte degli organismi invertebrati, gli insetti sociali possiedono tutti i meccanismi canonici di difesa immunitaria individuale, che vanno complessivamente sotto il nome di immunità innata. Questa si basa su specifici recettori molecolari in grado di riconoscere molteplici parassiti e patogeni e di scatenare cascate di reazioni molecolari. L attivazione dell immunità innata produce come risultato finale una risposta che può essere di natura cellulare o umorale (o entrambe) a seconda del tipo di insulto arrecato all organismo. In aggiunta all immunità innata, gli insetti sociali possiedono anche tutta una serie di difese di gruppo, per lo più comportamentali, che vanno sotto il nome di immunità sociale. Le analogie tra i due sistemi di difesa sono innumerevoli: le risposte costitutive o indotte a livello dell individuo, prendono il nome di comportamento igienico di tipo profilattico oppure attivato, rispettivamente, nelle colonie di insetti sociali; inoltre, i trade-off tra il sistema immunitario e gli altri compartimenti fisiologici sono ben visibili anche a livello della colonia nel suo complesso, benché in questo caso testare specifiche ipotesi sia un compito decisamente più arduo. La comprensione dei meccanismi che sono alla base dell immunità sociale è divenuta un importante settore d indagine, per via dei benefici che questo tipo di studio può apportare alla ricerca sia di base che applicata. Infatti, da una parte vi è un crescente bisogno di individuare nuovi strumenti non-invasivi per tutelare la salute degli insetti sociali benefici come le api da miele e gli impollinatori nativi oppure per contrastare l espansione di pesti invasive come numerose specie di formiche e termiti. Dall altra, è sempre più evidente che l evoluzione della difesa dai parassiti nelle società degli insetti ha giocato un ruolo fondamentale nell evoluzione della socialità tout-court: quindi, il passaggio da immunità individuale a immunità sociale può essere utilizzato come un modello di analisi per meglio caratterizzare l evoluzione degli organismi da solitari ad altamente sociali. 15

16 Federico Cappa 1, Laura Beani 1, Rita Cervo 1, Christina Grozinger 2 & Fabio Manfredini 2 1 University of Florence, Italy 2 Penn State University, U.S.A. Testing the haploid susceptibility hypothesis in two species of social insects with different level of social organization When it comes to immunity, males usually represent the sicker sex. Male s susceptibility might be the result of different selective pressures acting on males and females resulting in differences in the physiology of the two sexes in order to maximize their fitness. In Social Hymenoptera males are also haploid and therefore lack allelic variation at the individual level. As a consequence they should suffer reduced disease resistance because of their genetic condition compared to diploid females. Over the last decade several studies provided evidence for a higher susceptibility of male social Hymenoptera. Nonetheless, it was not always clear if this susceptibility was a direct consequence of their haploid condition or the result of a live hard, die young overall evolutionary strategy. Here, we use an experimental protocol of bacterial challenge to test the immune response of males and females in two model species of social Hymenoptera, the wasp Polistes dominula and the honeybee Apis mellifera, with a different level of social organization and with considerable differences in the life history of their males. The opposite trend in the two model species fits with their different life history. Honeybee drones, which benefit of the protection of the colony for most of their life, had a higher susceptibility compared to workers, whereas males of P. dominula, who early leave their colonies and have to survive for weeks on their own at leks showed a higher immunocompetence than workers. 16

17 Verifica dell'ipotesi della suscettibilità dell'aploide in due specie di imenotteri con differente livello di organizzazione sociale Quando si parla di difese immunitarie, I maschi tipicamente rappresentano il sesso più debole. La maggiore suscettibilità maschile potrebbe essere il risultato di differenti pressioni selettive agenti su maschi e femmine, il cui effetto sarebbe quello di produrre differenze nella fisiologia tra i due sessi con lo scopo mi massimizzare il loro rispettivo successo riproduttivo. Negli Imenotteri sociali I maschi sono aploidi e, pertanto, non possiedono variabilità allelica a livello individuale; come conseguenza, tali maschi, a causa della loro condizione genetica, dovrebbero presentare una ridotta resistenza alle malattie rispetto alle femmine diploidi. Tuttavia, non sempre è semplice stabilire se tale suscettibilità sia una diretta conseguenza di una condizione maschile aploide o il risultato di una strategia evolutiva live hard, die young. In tale studio abbiamo utilizzato un protocollo sperimentale di infezione batterica per testare la risposta immunitaria maschile e femminile in due specie modello di Imenotteri sociali, la vespa Polistes dominula e l ape da miele Apis mellifera, caratterizzate da un diverso livello di organizzazione sociale e con notevoli differenze nella life history maschile. L opposto trend ottenuto dai risultati nelle due specie sembra essere in accordo con le differenze nello stile di vita dei maschi. I fuchi di ape, I quali beneficiano della protezione della colonia per gran parte della loro vita, hanno mostrato una maggiore suscettibilità rispetto ad operaie della stessa specie, al contrario, i maschi di P. dominula, costretti a lasciare la colonia ed a sopravvivere per settimane sui leks potendo contare soltanto sulle proprie risorse, hanno mostrato un sistema immunitario migliore rispetto ad operaie conspecifiche. 17

18 Fiorenza A. Spotti, Silvia Bedetti, Cristina Castracani, Donato A. Grasso & Alessandra Mori University of Parma, Italy Ant Big Chill : how abiotic factors can influence ant vertical distribution in Alpine ecosystems Abiotic environment often varies in predictable ways along elevational gradients, which typically exhibit a continuous change in climate (i.e. temperature often decays monotonically with increasing elevation; McCain, Ecology 86: ). In particular, variation in temperature can influence both the community structure and the rates of activity of a wide range of taxa (Niemela et al., Ecography 19: ); moreover, it can modify species interactions (Cerdà et al., Journal of Animal Ecology 66: ) and the degree to which food resources are accessible (Sanders et al., Global Ecology and Biogeography 16: ). Montane systems are, therefore, ideal to study geographic variation in the determinants of community structure; on the other hand, ants represent an excellent model to analyse beta-diversity along altitudinal gradients because they are one of the most ecologically significant components of an ecosystem (Folgarait, Biodiversity and Conservation 7: ). Information on biogeographical composition and vertical patterns of local ant fauna in the Alps is relatively scarce; hence, our study focused on ant fauna distribution of the Gran Paradiso National Park (north-western Italian Alps). In 2006 and 2012, we led samplings in the five valleys of the Park, using pitfall traps in order to get data about species richness and relative abundances. Results along the altitudinal gradient underlined that differences in ant community structure reflected different environmental conditions. Le formiche e il Grande freddo : influenza dei fattori abiotici sulla distribuzione altitudinale della mirmecofauna in ecosistemi alpini I fattori ambientali abiotici variano prevedibilmente, lungo un gradiente altitudinale, in modo continuo (per esempio, la temperatura decresce spesso 18

19 linearmente all aumentare dell altitudine; McCain, Ecology 86: ). In particolare, la variazione di temperatura può influenzare sia la struttura di comunità che il tasso di attività di un ampia gamma di taxa (Niemela et al., Ecography 19: ); inoltre, può avere un impatto notevole sulle interazioni interspecifiche (Cerdà et al., Journal of Animal Ecology 66: ) e sul grado di accessibilità alle risorse alimentari (Sanders et al., Global Ecology and Biogeography 16: ). Gli ecosistemi montani si dimostrano, perciò, ideali per studiare la variabilità geografica dei parametri che descrivono una struttura di comunità; d altra parte, le formiche rappresentano un ottimo modello per l analisi della beta-diversità, poiché costituiscono uno dei più significativi componenti dell ecosistema (Folgarait, Biodiversity and Conservation 7: ). Vi sono poche informazioni disponibili sulla composizione biogeografica e sulla distribuzione altitudinale della mirmecofauna alpina; pertanto, il nostro studio si è focalizzato sulla distribuzione della mirmecofauna all interno del Parco Nazionale del Gran Paradiso (nelle Alpi nord-occidentali). Nel corso del 2006 e del 2012, sono stati condotti campionamenti in tutte e cinque le valli del Parco, impiegando trappole a caduta per ottenere dati sulla ricchezza in specie e sulle abbondanze relative. I risultati lungo il gradiente altitudinale hanno evidenziato una corrispondenza tra strutture di comunità diverse e differenti condizioni ambientali. 19

20 Silvia Bedetti, Fiorenza A. Spotti, Cristina Castracani, Donato A. Grasso & Alessandra Mori University of Parma, Italy Ant Fight Club : how biotic factors can influence ant vertical distribution in Alpine ecosystems The research project about ant fauna in Gran Paradiso National Park, developed from 2009, underlined the importance of ants in montane and alpine ecosystems, both in terms of numerical abundance and of roles in ecosystems. For these reasons, we analysed biodiversity and community structure to understand if and how they are conditioned by behavioral dominance hierarchies. During summer 2011 and summer 2012 we analyzed the community structure in the Piemonte side of the Park (Orco and Soana valleys), in order to study behavioural dominances at different elevations (1200, 1400, 1600, 2000 m a.s.l.) and to observe variations along the elevational gradient. Results show that some species have a higher behavioral dominance index; instead, for other species behavioral dominance has a lower value and it depends from community structure. Le formiche del Fight Club : influenza dei fattori biotici sulla distribuzione altitudinale della mirmecofauna in ecosistemi alpini Il progetto di ricerca sulla mirmecofauna del Parco Nazionale del Gran Paradiso, in fase di sviluppo dal 2009, ha evidenziato l'importanza delle formiche negli ecosistemi montani e alpini, sia in termini di abbondanze, sia in termini di ruolo negli ecosistemi. Per questi motivi, si è voluto studiare in modo approfondito la biodiversità e la struttura delle comunità di formiche, per capire se e come queste siano influenzate dalle gerarchie di dominanza comportamentale. Durante le estati 2011 e 2012 sono stati condotti i campionamenti sulla struttura di comunità nelle valli piemontesi del Parco (Valle Orco e Val Soana), con l obiettivo di studiare le dominanze comportamentali a diverse quote (1200, 1400, 1600, 2000 m s.l.m.) e di osservarne le variazioni lungo il gradiente altitudinale. Ne è risultato che alcune specie, dove presenti, hanno sempre un indice di dominanza comportamentale massimo; per altre specie, invece, la dominanza comportamentale è inferiore e dipendente dalla struttura di comunità. 20

21 Giacomo Alciatore, Abel Bernadou & Jürgen Heinze University of Regensburg, Germany Proximate determinants of reproductive division of labor in a clonal ant, Platythyrea punctata Division of labor is considered to be one of the main causes of the ecological success of ants, bees, wasps and termites. Individuals can be morphologically or functionally specialized for different tasks, e.g. the queens ensure the reproduction while workers take over all non-reproductive tasks in the nest. Several factors - genetics, morphology, age, and individual experience - have been put forward to explain division of labor in insect societies. For example, the probability of individuals to perform a specific task may depend on their genetic background. As a consequence, the co-occurrence of workers with different genetic backgrounds in a colony could improve the efficiency with which tasks are carried out and therefore increase colony fitness. Nevertheless, a division of labor exists also among individuals that lack genetic and morphological differences, such as clonal ants. Workers of the tropical ant Platythyrea punctata are capable of producing female offspring from unfertilized eggs; thus, most colonies of this species are clones. However, data from the field suggest that colonies may fuse and form genetically heterogeneous colonies. In this study, we investigated if different clones show different propensities to take over certain tasks, such as becoming a reproductive individual or a non-reproductive worker. Through behavioral observations, we followed the formation of hierarchies in groups of two callows with different genetic background. Preliminary results show that individuals form a hierarchy in a few days but until now we failed to document a clear clone genetic effect in division of labor. Fattori determinanti la divisione riproduttiva del lavoro in una formica clonale, Platythyrea punctata La divisione del lavoro è considerata una delle cause principali del successo ecologico di formiche, api, vespe e termiti. Gli individui possono essere 21

22 morfologicamente e funzionalmente specializzati per compiti diversi, ad esempio le regine garantiscono la riproduzione, mentre le operaie svolgono tutte le attività non-riproduttive di cui necessita la colonia. Diversi fattori - la genetica, la morfologia, l'età e l'esperienza individuale - sono stati proposti per spiegare la divisione del lavoro nelle società di insetti. Ad esempio la probabilità di alcuni individui nell'eseguire un compito specifico può dipendere dal background genetico. Di conseguenza, la co-presenza di operaie con differenti background genetici in una colonia potrebbe migliorare l'efficienza con cui le attività vengono svolte e quindi aumentare la fitness della colonia stessa. Tuttavia una divisione del lavoro esiste anche tra gli individui che non hanno differenze genetiche e morfologiche, come le formiche clonali. Tutte le operaie della formica tropicale Platythyrea punctata sono in grado di produrre prole femminile da uova non fecondate, quindi la maggior parte delle colonie di questa specie sono cloni. Nonostante ció, i dati del campo suggeriscono che più colonie possono fondersi e formarne una geneticamente eterogenea. In questo esperimento, abbiamo studiato se diversi cloni mostrano propensioni diverse ad assumere alcuni compiti, come ad esempio diventare un individuo riproduttore o un operaia non riproduttiva. Attraverso osservazioni comportamentali abbiamo seguito la formazione di una gerarchia in gruppi di due giovani individui con differente background genetico. I risultati preliminari mostrano che gli individui formano una gerarchia in pochi giorni, ma fino ad ora non siamo riusciti a documentare un chiaro effetto genetico nella divisione del lavoro. 22

23 Gabriele Lanzi, Cristina Castracani, Fiorenza A. Spotti, Donato A. Grasso & Alessandra Mori University of Parma, Italy Effects of urbanization on ant fauna in the city of Parma (Italy) The research for my Master s Degree began in summer 2012 and it is part of a project for the analysis of urban ecosystems through the study of ant biodiversity. The aim of my research is to gather information about the presence and distribution of ant species according to the different kinds of human exploitation. First, 90 transects were selected according to the following classification: 1. Industrial (areas characterized by strictly industrial buildings), 2. Residential (residential areas closely engaged with the aim), 3. Business (areas with shops or services), Agriculture (agricultural areas used for the cultivation), 4. Parks (green areas located within the city), 5. Greenpath (areas dedicated to alternative circulation to motorized traffic), 6. Forest (out of town and natural control areas). 5 pitfalls for each transect were used. The traps were collected 5 days after their placement. Samples were processing separating ants from other insects and conserving them in alcohol. The second phase was the separation according to morphotype and pinning in order to achieve the systematic identification. Once this stage will be completed, a quantitative analysis will be performed, counting the specimen in the traps and collecting data on frequency and abundance. In my talk, I will explain the objectives, methods and results obtained in the first part of my research. Effetti della urbanizzazione sulla mirmecofauna della città di Parma (Italia) La ricerca a cui sto lavorando per la mia tesi di laurea è iniziata nell estate del 2012 ed è parte di un progetto di analisi dell ecosistema urbano attraverso lo studio della biodiversità delle formiche. L obiettivo della mia ricerca è quello di avere un quadro sulla presenza e distribuzione delle specie di formiche urbane in funzione del diverso sfruttamento antropico. A tale scopo, sono stati selezionati circa 90 transetti in altrettante aree urbane 23

24 divise in: 1. Aree industriali (caratterizzate da capannoni industriali), 2. Aree Residenziali (adibite al scopo abitativo), 3. Aree Commerciali (caratterizzate da siti commerciali o servizi), 4. Aree Agricole (adibite alla coltivazione agricola), 5. Parchi (aree verdi situate all interno della città), 6. Percorsi verdi (aree dedicate per la circolazione alternativa al traffico motorizzato), 7. Aree forestali (aree di controllo extraurbane e naturali). I campionamenti effettuati hanno previsto l uso di 5 trappole a caduta per ogni transetto. Queste venivano prelevate 5 giorni dopo il piazzamento nel terreno. Il processo di analisi dei dati è iniziato con il processamento dei campioni, fase che comprende la separazione delle formiche dagli altri insetti e la loro conservazione in alcool. La seconda fase è la separazione per morfotipo ed il montaggio per procedere poi al riconoscimento sistematico. Una volta che questa fase sarà completata, si procederà poi con l analisi quantitativa attraverso il conteggio degli individui presenti nelle trappole per raccogliere dati di frequenza ed abbondanza. Nella presentazione illustrerò gli obbiettivi, le metodologie e i risultati a cui sono pervenuto nella prima parte della mia ricerca. 24

25 Gherardo Bogo 1,2, Laura Bortolotti 1 & Marta Galloni 2 1 CRA-API, Bologna, Italy 2 University of Bologna, Italy Experimental Bombus sp. rearing from natural populations Below are reported the first results of a study within PP-ICON project (Integrated Plant Pollinator Conservation approach: a demonstrative proposal) LIFE09/NAT/IT/212 on the conservation of a locally rare plant (dittany, Dictamnus albus L.) and the community of its pollinators. The action site is located inside a protected area (Parco Regionale dei Gessi Bolognesi e Calanchi dell'abbadessa), SIC-ZPS IT Rete Natura Pollinators are solitary bees (Andrena sp., Xylocopa violacea, Megachile sp., Osmia sp., Anthidium sp., Habropoda tarsata) and social bees (Bombus terrestris, B. pascuorum and B. lapidarius). To increase solitary bees population trap nests for solitary bees nesting in cavities were installed in situ. Nests have the dual function of attracting solitary bees for identification and to ensure the presence of nesting sites for repopulation. In addition, spontaneous flora necessary to provide nectar and pollen was increased, chosing plant species already present in the area and with a scalar flowering period, to ensure food sources throughout the development period of insects. Moreover 10 artificial nests were placed, to increment bumblebees nesting sites.bombus sp. queens were captured in autumn and spring in nearby park areas (to not deplete the target area). Queens were brought to laboratory and reared to obtain colonies to re-enter in nature, during dittany flowering. Insects captured in autumn were hibernated to induce diapause, while those caught in spring were anesthetized and then placed in individual boxes for the colony start. In both cases collected queens were not able to complete the colony foundation, so in the first year B. terrestris commercial colonies were placed near the dittany population, making sure 25

26 to remove them immediately after the plant withering, to avoid genetic pollution through males and queens dispersion. Allevamento sperimentale di Bombus sp. provenienti da popolazioni naturali Vengono di seguito riportati i risultati del primo anno di uno studio nell'ambito del progetto PP-ICON (Plant Pollinator Integrated CONservation approach: a demonstrative proposal) LIFE09/NAT/IT/212 riguardante la conservazione di una pianta localmente rara (il dittamo, Dictamnus albus L.) e della comunità dei suoi impollinatori. Il sito di intervento si trova all'interno di un'area protetta (Parco Regionale dei Gessi Bolognesi e Calanchi dell'abbadessa), SIC-ZPS IT Rete Natura2000. Gli impollinatori di questa pianta sono apoidei solitari (Andrena sp., Xylocopa violacea, Megachile sp., Osmia sp., Anthidium sp., Habropoda tarsata) e sociali (Bombus terrestris, B. pascuorum e B. lapidarius).per incrementare la popolazione degli apoidei solitari sono stati installati in situ alcuni nidi trappola per apoidei solitari nidificanti in cavità. Questi nidi hanno la duplice funzione di attirare gli apoidei solitari per l'eventuale identificazione e di garantire la presenza di siti di nidificazione per questi insetti a scopo di ripopolamento. Sono state incrementate anche le fonti mellifere, ossia della flora spontanea necessaria a fornire loro nettare e polline. A tale scopo sono state scelte specie già presenti nell'area e con una fioritura scalare, per garantire la presenza di fonti alimentari per tutto il periodo di sviluppo degli insetti. Per l'incremento dei siti di nidificazione di bombi invece, sono stati posizionati 10 nidi artificiali. Si è anche proceduto a catturare regine di Bombus sp. nelle zone del parco limitrofe all'area in cui è presente il dittamo (per non depauperare l'area stessa), in autunno e in primavera. Queste regine sono state poi portate in laboratorio per essere allevate in modo da reimmettere in natura le colonie avviate, in concomitanza con la fioritura del dittamo. Gli insetti catturati in autunno sono stati ibernati per indurre la diapausa, mentre quelli catturati in primavera sono stati anestetizzati e poi sistemati in scatole individuali per l'avvio della colonia. In entrambi i casi le regine raccolte non sono state in grado di portare a termine la fondazione di una nuova colonia per cui nelle vicinanze della popolazione di dittamo sono state collocate colonie commerciali di B. terrestris, assicurandosi di toglierle subito dopo la sfioritura della pianta in questione, per evitare la dispersione di maschi e nuove regine e il conseguente inquinamento del patrimonio genetico delle specie autoctone. 26

27 Elisa Rigosi 1,2, Elisa Frasnelli 3, Gianfranco Anfora 2, Federica Trona 2,4 & Giorgio Vallortigara 1 1 University of Trento, Rovereto (TN), Italy 2 E. Mach Foundation, San Michele all Adige (TN), Italy 3 Konrad Lorenz Institute for Evolution and Cognition Research, Altenberg, Austria 4 Max Planck Institute for Chemical Ecology, Jena, Germany Olfactory lateralization in bees: does alignment stand for sociality? The evolution of brain and behavioural lateralization at the population-level has been hypothesized to have arisen in social groups as a strategy to optimize coordination among asymmetrical individuals. Evidence for asymmetries in eusocial honey bees has been revealed as population-level lateralization both in the recall task of odour memories and in the electrophysiological responses to odours at peripheral level. By contrast a solitary species of the Superfam Apoidea has been shown to exhibit only asymmetry at the individual level in odour retention and detection. Here we present findings of olfactory lateralization in a primitive social species of bee, Bombus terrestris. By training bumble bees with only one antenna in use, we found asymmetrical performance favouring the right antenna in the short-term recall of trained odours. Electroantennographic responses did not reveal significant asymmetries in odour detection, whereas morphological counting of olfactory sensilla, the structures on the antennae that house olfactory neurons, showed a right predominance in only one type of sensilla. The olfactory sensilla trichodea A are more abundant on the right antenna while the most common olfactory sensilla in bees, sensilla placodea, do not show any lateralization. These data provide further support to the strict link between social organization and direction of asymmetries in a population, also showing that asymmetries in the detection of odours at peripheral level 27

28 cannot account per se for the functional asymmetries shown at the behavioural level. Lateralizzazione olfattiva nelle api: direzionalità e organizzazione sociale Le asimmetrie cerebrali si definiscono direzionali (o a livello della popolazione) quando la maggior parte degli individui di un gruppo è lateralizzata e mostra la stessa direzione di asimmetria. Recentemente è stato dimostrato a livello teorico come l evoluzione di queste asimmetrie sia legata al tasso di cooperazione all interno di una popolazione. L asimmetria direzionale, infatti, potrebbe essersi evoluta come strategia stabile in contesti sociali nei quali individui asimmetrici devono cooperare tra loro. Lo studio di alcune specie di api della superfamiglia Apoidea ha fornito i primi risultati che corroborano tale modello. La specie eusociale Apis mellifera, ha mostrato una lateralizzazione direzionale sia nella memoria olfattiva che nella percezione degli odori a livello periferico (antennale). La specie solitaria Osmia cornuta, invece, non ha mostrato nessuna lateralizzazione olfattiva a livello della popolazione, e un asimmetria individuale a livello della risposta elettroantennografica. Abbiamo condotto esperimenti simili a quelli effettuati sulle due specie di Apoidea, sulla specie primitivamente eusociale, Bombus terrestris. In particolare abbiamo indagato se gli individui mostrassero un asimmetria olfattiva nel ricordare un compito di apprendimento associativo classico e se ci fosse una differenza di sensibilità olfattiva tra le antenne. I nostri risultati mostrano che bombi che hanno solo l antenna destra libera ricordano significativamente meglio dei soggetti che hanno la sola antenna sinistra in uso. Non c è, tuttavia, una differenza nel segnale nervoso tra l antenna destra e sinistra. Tuttavia, il numero di sensilli olfattivi tra le antenne differisce in una classe di sensilli. In particolare, i sensilli trichodea A sono più abbondanti nell antenna destra mentre i sensilli più generalmente coinvolti nella percezione olfattiva, sensilli placodea, sono equamente presenti nelle due antenne. Questi dati apportano una nuova evidenza sperimentale alla teoria sull evoluzione delle asimmetrie a livello della popolazione. Inoltre, indicano che l asimmetria della memoria olfattiva nelle api non può essere correlata solamente a una differenza sensoriale periferica sottolineando l urgenza di studi a livello centrale. 28

29 Mara Andrione 1, Marco Paoli 3, Elisa Rigosi 1,2, Gianfranco Anfora 2, Giorgio Vallortigara 1, Renzo Antolini 1,3 & Albrecht Haase 1,3 1 University of Trento, Rovereto (TN), Italy 2 E. Mach Foundation, San Michele all Adige (TN), Italy 3 University of Trento, Trento, Italy Imaging neuroplasticity in the honeybee olfactory system The olfactory system of the honeybee, Apis mellifera, is a wellestablished model for the study of learning and memory and their neural correlates. Several conditioning protocols based on the proboscis extension reflex (PER) have been developed, in which bees learn to associate an odor to sucrose reward. Long-term memory (LTM) of this type of association has been demonstrated to induce a volume increase in subsets of glomeruli of the bee antennal lobe (AL) specific for each odor. Other studies show that the honeybee displays a clear lateralization in responding to learned odors. Aim of this study will be: 1) To extend a previous analysis of LTM-induced glomerular volume increases following conditioning with specific odors, by using two-photon imaging of the AL, which allows greater depth in vivo tissue investigations compared to conventional fluorescence microscopy and will make it possible to trace overall morphological changes in glomeruli positioned at all depths within the AL. 2) To verify whether conditioning of PER may cause differences in glomerular volume between the two brain sides, evident at different time points after training. 3) To compare the results of these morphological studies with functional data of calcium activity in the ALs during simultaneous stimulation with learned odors. We will take advantage of the platform developed by Haase et al that combines the two-photon microscope with a synchronized odor stimulus generator. In vivo measurements of the glomerular size should be more reliable compared to 29

30 previous data obtained from fixed and dehydrated samples. A more complete map of the glomerular pattern of activation and volume increase, subsequent to olfactory LTM, should be obtained. Volume changes also in the more profound subsets of glomeruli should be visible and a higher spatial and temporal resolution in activity data should be reached. Imaging della neuroplasticità nel sistema olfattivo dell ape Il sistema olfattivo dell ape, Apis mellifera, è un modello ormai consolidato per lo studio di apprendimento e memoria e dei loro correlati neurali. Sono stati sviluppati nel tempo vari protocolli di condizionamento basati sul riflesso di estensione della proboscide (REP), nei quali le api imparano ad associare un odore a una ricompensa. Si è così visto che la memoria a lungo termine (MLT) di questo tipo di apprendimento associativo può indurre aumenti di volume in sottoinsiemi di glomeruli del lobo antennale (LA) specifici per ogni odore. Altri studi hanno altresì mostrato che nell ape la risposta ad odori appresi può essere fortemente lateralizzata. Lo scopo di questo studio sarà: 1) Estendere un analisi precedente degli aumenti di volume glomerulare indotti da MLT in seguito a condizionamento con diversi odori, impiegando metodi di imaging ottico del LA con microscopia a due fotoni, tecnica che permette di indagare tessuti in vivo più in profondità rispetto alla microscopia a fluorescenza tradizionale e quindi renderà possibile tracciare i cambiamenti morfologici anche dei glomeruli situati più in profondità nel LA. 2) Verificare se il condizionamento del REP possa causare differenze in volume glomerulare tra i due LA, evidenti in diversi momenti dopo l apprendimento. 3) Confrontare i risultati di queste analisi morfologiche con i dati funzionali dell attività del calcio nei LA durante la contemporanea stimolazione con gli odori appresi. Utilizzeremo a questo scopo la piattaforma sviluppata da Haase et al, che combina il microscopio a due fotoni con un generatore di stimoli odorosi sincronizzato. Le misure in vivo delle dimensioni glomerulari così ottenute dovrebbero essere più affidabili rispetto a dati precedenti ricavati da sezioni fissate e deidratate. L obiettivo finale sarà quello di tracciare una mappa più completa del pattern di attivazione e di aumenti volumetrici, che si sono visti essere legati alla MLT, dei glomeruli. Anche i cambiamenti volumetrici nei gruppi più profondi di glomeruli dovrebbero essere visibili e si dovrebbe complessivamente raggiungere una maggiore risoluzione spaziale e temporale nei dati di attività. 30

31 Vito Scicchitano & Andrea Luchetti University of Bologna, Italy Phylogeography and evolution of Reticulitermes lucifugus (Isoptera: Rhinotermitidae) The holarctic genus Reticulitermes comprises eight species and subspecies, partitioned into three different lineages within the Mediterranean Basin. Few studies focus on the Italian peninsula, where three subspecies of Reticulitermes lucifugus are distributed: R. lucifugus lucifugus, on the mainland, R. lucifugus corsicus, on Corse, Sardinia and Tuscany, and a mitochondrial lineage, possibly a new subspecies, in Sicily. This work provides a wider analysis on the origin and evolution of R. lucifugus Italian populations. New samples have been examined, through the mitochondrial gene COII sequencing, then integrated with all previously obtained sequences from Italian and Spanish taxa (R. grassei and R. banyulensis). On the whole, 119 colonies have been studied, for a total of 45 haplotypes. Data have been analyzed by means of Maximum Likelihood tree, Median Joining and Statistical parsimony networks. Moreover, haplotype and nucleotide diversities have been calculated. Results evidenced two main clades: one with R. banyulensis and R. grassei, the other embodying R. lucifugus haplotypes. This latter clade is partitioned into three clusters, representing the three known subspecies. The R. l. lucifugus cluster is further partitioned into three lineages, identifiable on geographic basis: the first lineage is represented by colonies sampled from the Tyrrhenian coasts of Calabria to the Adriatic side, up to Tremiti Islands (lineage A ); the second one, comprising colonies distributed on the central-southern Tyrrhenian coasts (lineage B ); finally, the third lineage is represented by colonies collected along the central-northern Tyrrhenian coasts (lineage C ). From the analyses, a close relationship emerges between R. grassei, R. l. corsicus, the Sicilian taxon and the R. l. lucifugus A lineage. This suggests an alternative hypothesis of the origin and differentiation of 31

32 these taxa. Following the paleogeographic events leading to the separation of the Sardo-Corsican microplate from the Iberian block (30-25 Myr ago), the ancestral Reticulitermes taxon splits into two entities: the ancestral R. grassei (left on the Iberian peninsula) and the ancestral R. lucifugus (trapped onto the microplate). After the microplate collided with the Apulian block (~18 Myr ago), and the detachment of the Calabran fragment that remained connected to the mainland, R. lucifugus ancestral forms colonized the peninsula from the southern side (~5.3 Myr ago), accordingly to the close relationship between Sardo-Corsican subspecies and the Sicilian and A lineages. The timing of these cladogenetic events is in line with previous estimates. As for the three peninsular lineages is concerned, genetic diversity resulted higher in the A lineage than in the B and C ones. This is compatible with the southern richness, northern purity emerged after populations contractions/ expansions caused by Quartenary climatic oscillations. This led to i) a high variability in the southern regions, being refugial areas, and ii) a northern diversity loss, due to genetic bottlenecks upon recolonization. It is to be noted, furthermore, that haplotypes of the A or B lineages have been found in northern localities, as well as C lineage sequences samples in the vey south of Italy: this could be the result of secondary, antropo-mediated introductions. Filogeografia ed evoluzione di Reticulitermes lucifugus (Isoptera: Rhinotermitidae) Il genere olartico Reticulitermes conta otto specie e sotto-specie, divise in tre linee evolutive distinte, nel bacino del Mediterraneo. Pochi sono gli studi che si focalizzano in particolare sullo scenario italiano, composto da tre sottospecie di R. lucifugus: la peninsulare R. lucifugus lucifugus, la Sardo-Corsa/ Toscana R. lucifugus corsicus e una linea mitocondriale distinta, possibile nuova sottospecie, in Sicilia. Questo lavoro fornisce un analisi più ampia sulle origini e l evoluzione delle popolazioni italiane di R. lucifugus. A tal scopo, nuovi campioni sono stati esaminati, mediante sequenziamento del gene mitocondriale COII, e quindi integrati con sequenze ottenute in precedenza dalle forme italiane e spagnole (R. grassei e R. banyulensis), per un totale di 119 colonie campionate e 45 aplotipi. I dati sono stati 32

33 analizzati mediante la costruzione di un albero filogenetico di Maximum Likelihood e di reti con algoritmi Median Joinig e Statistical parsimony. Inoltre, sono stati calcolati anche i valori di diversità aplotipica e nucleotidica. I risultati evidenziano due cladi principali: uno contenente R. bayulensis e R. grassei, e l altro contenente le sequenze di R. lucifugus, a loro volta suddivise in tre cluster rappresentanti le tre note sotto-specie. Il cluster di R. l. lucifugus è ulteriormente strutturato in tre linee, identificabili su base geografica: una prima linea basale è rappresentata dalle colonie campionate dalla costa Tirrenica calabrese fino alle isole Tremiti (linea A ); una seconda linea è composta dalle colonie collezionate sulla costa centro-meridionale Tirrenica e Ionica (linea B ); infine, una terza linea comprende le colonie della costa Tirrenica centro-settentrionale (linea C ). Dai dati emerge una stretta relazione tra R. grassei, R. l. corsicus, la forma siciliana e la linea A di R. l. lucifugus. Ciò suggerisce un ipotesi alternativa sull origine e il differenziamento di tali taxa. In seguito agli eventi paleogeografici che portarono al distacco, con slittamento verso sud-est, della microplacca Sardo-Corsa da quella Iberica (30-25 Milioni di anni fa), un taxon ancestrale di Reticulitermes si sia diviso in due entità: le forme ancestrali di R. grassei (sulla penisola Iberica) e le forme ancestrali di R. lucifugus (rimaste intrappolate sulla microplacca). In seguito alla collisione della microplacca Sardo-Corsica con il blocco Pugliese (~18 Milioni di anni fa), e conseguente distacco di un frammento che si connesse al continente (l attuale Calabria), le forme ancestrali di R. lucifugus colonizzarono la penisola Italiana a partire dal versante meridionale (~5.3 Milioni di anni fa), in accordo con la stretta relazione emersa tra le sottospecie Sardo-Corse e le linee siciliane e A di R. lucifugus. Le datazioni di tali eventi cladogenetici si riconciliano con quelle stimate in studi precedenti. Per quanto riguarda le tre linee peninsulari di R. l. lucifugus, le analisi sulla diversità genetica mostrano una maggior variabilità all interno della linea A rispetto alle linee B e C. Questo è compatibile con il modello southern richness and northern purity emerso in seguito a contrazioni/espansioni delle popolazioni, a causa delle oscillazioni climatiche del Quaternario: ciò ha portato i) a una maggiore diversità nella fascia meridionale, essendo una zona di rifugio, e ii) a una perdita di diversità genetica causata da diversi colli di bottiglia avvenuti durante la ricolonizzazione verso nord. E da tenere in considerazione, inoltre, la presenza di aplotipi appartenenti alla linea A e B in località settentrionali, così come alcuni aplotipi della linea C campionati nel sud d Italia: questo potrebbe essere il frutto di eventi d introduzione antropo-mediati. 33

34 Rachele Nieri 1, Claudia Bruschini 2, Alessandro Cini 3, Leonardo Dapporto 2 & Rita Cervo 2 1 E. Mach Foundation, San Michele all Adige (TN), Italy 2 Univeristy of Florence, Italy 3 Université Pierre et Marie Curie, Paris, France Geographical patterns of integration of a social parasite into a host colony The arms race between the host and the parasite species often lead to complex coevolutionary dynamics. The geographical mosaic theory of coevolution (Thompson, The American Naturalist 153 Suppl.: S1-S14) predicts that in spatially structured environments the parasite-host arms race could follow different trajectories, leading to spatial localized patterns of phenotypes. The parasite, or the host, is locally adapted to the other species if it s more successful on host/ parasite coming from a population of its own geographic area (sympatry) with respect to the success on individuals coming from a population far from its own area (allopatry). Social parasitism is a particular kind of parasitism present in several social insects species, in which the parasite usurps a host colony and exploits the host social structure. We choose the paper wasp model Polistes sulcifer (the parasite) P. dominula (the host) which is very suitable one to observe coevolutionary process (Cervo, Annales Zoologici Fennici 43: ; Ortolani, Tesi di Dottorato, Università degli Studi di Firenze). If local adaptation process is present, this study will be a new empirical evidence supporting the geographical mosaic theory. In contrast, the absence of local adaptation will suggest a uniform pattern of coevolution. We performed usurpation trials in laboratory, obtaining colonies usurped by sympatric parasites and others by allopatric ones. After the usurpation, the parasite is able to integrate itself into the host colony thanks to two strategies: an aggressive behavior, during the usurpation and in the next 34

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