UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

FFCLRP – DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA

Estudos morfométricos sobre as diferenças entre as castas na vespa social neotropical, (, , )

Luís Gustavo Taverna

Dissertação apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências

e Letras de Ribeirão Preto-USP, como parte das exigências para obtenção do Título de Mestre em Ciências - Área Entomologia

Ribeirão Preto – SP

2006 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FFCLRP – DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA

Estudos morfométricos sobre as diferenças entre as castas na vespa social neotropical, Polybia emaciata (Hymenoptera, Vespidae, Epiponini)

Luís Gustavo Taverna

Prof. Dr. Fernando Barbosa Noll

Dissertação apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências

e Letras de Ribeirão Preto-USP, como parte das exigências para obtenção do Título de Mestre em Ciências - Área Entomologia

Ribeirão Preto – SP

2006 AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Fernando Barbosa Noll, pela oportunidade em trabalhar como bolsista de capacitação técnica em seus projetos e pela confiança em me orientar na realização deste trabalho;

Ao Prof. Dr. Ronaldo Zucchi, pelo apoio, amizade e pelo consentimento no uso do ambiente laboratorial;

Ao Prof. Dr. Sidnei Mateus, Especialista em Laboratório, pelas discussões técnicas que colaboraram para a realização deste trabalho e pela amizade.

À secretária do Departamento de Biologia da FFCLRP/USP, Renata Andrade

Cavallari, por todas informações e atenção que recebi desde minha chegada a essa universidade;

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal para Nível Superior – CAPES – pela bolsa a mim concedida;

À Fapesp – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, pela concessão de bolsa de capacitação técnica (TT-III).

Às funcionárias Maria Gonçalves e Sônia Maria Mendes Ribeiro (FFCLRP) sempre tão dedicadas e atenciosas;

Aos Mestres e amigos Gesline Fernandes de Almeida e Rogério Pereira, pelo estímulo e grande ajuda na realização deste trabalho, além de uma deliciosa amizade que me ofereceram desde o meu primeiro dia no laboratório;

Ao Prof. Dr. Fabio Santos Nascimento, pela amizade e auxílio na realização dos testes estatísticos; Aos amigos que fiz no laboratório, que proporcionaram a mim tantas alegrias: Ana

Carolina Roselino, Cassiana Viccari, Cláudia Fileto, Eunice Vieira Silva-Mattos, Evandson dos Anjos, Érica Tanaka, Ivelize Tannure, Laura Teixeira, Leonardo Gioli, Lucas Mateus,

Marcelo Diniz, Mariana Silva, Maria Rita Mechi, Michelle Manfrini, Patrícia Nicolucci,

Pedro Rodrigues, Selma Bellusci, Sergio Ricardo Andena, Sérgio Fabrício Sicardi Bom

Joanni Solange Bispo dos Santos, Túlio Nunes, Valdelânia Dê Ribeiro, Walter Kato;

Michael Hrncir, Veronika Schmidt (Abstract), Stefan Jarau, Dirk Schorkopf, Kudo, Eri e

Ryo

Aos meus pais Hilton e Maderlene, pelo amor, paciência, incentivo e força, dedicados em todos os meus anos de vida, especialmente nestes dois últimos anos;

Aos meus avós paternos, José e Thereza (in memorian) sempre tão amáveis e presentes em minha vida;

Aos meus familiares, Heloísa, Sérgio, Thiago, Harlene, Luís Carlos, Augusto,

Viviane, Eduardo, Bruna, Elaine pelo apoio e carinho devotados;

A minhas tias maternas, Elsa e Neusa (in memorian) pelo carinho e incentivo recebido durante este trabalho.

E meus grandes amigos, pelos momentos difíceis e também pelos muito prazerosos:

Adriana Rosalino, Amanda Furlan, Ana Paula De Marchi, Andresa Ferreira, Elisabeth

Machado, Federico Rodriguez, Florência Terenzi, Islaine Laisner, Janaína Fernandes,

Juliana Alonso, Lídia Martins, Nívia Silva, Patrícia Graciano e Thaís Maestri.

Dedico este trabalho aos meus pais Hilton e Maderlene pela dedicação, apoio, carinho e amor.

ÍNDICE

1 INTRODUÇÃO ...... 1 OBJETIVOS ...... 8 2 MATERIAL E MÉTODOS ...... 9 3 RESULTADOS………………………………………………………..16 4 DISCUSSÃO ...... 41 5 CONCLUSÕES ...... 46 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...... 47

Resumo

Entre os insetos sociais, as vespas têm sido alvo de estudos, no aspecto evolutivo do comportamento, visto que nesse grupo encontram-se desde indivíduos solitários até os socialmente mais complexos. Em especial, nas vespas da tribo Epiponini da região

Neotropical, é possível a reunião de características marcantes como fundação por enxame e poliginia (múltiplas rainhas). A amplitude conferida a família Vespidae reporta a contrariedade existente neste grupo; enquanto em Vespinae a diferenciação morfológica entre as castas é intensamente evidente, em esta diferenciação não é tão pronunciada.

Este trabalho teve como objetivo estudar as diferenças morfológicas e fisiológicas entre as castas de Polybia emaciata (Polistinae), tendo para isso utilizado análises morfométricas aliadas à verificação do desenvolvimento ovariano das fêmeas com posterior avaliação dos dados por meio de análises estatísticas multivariadas.

Os resultados obtidos aqui mostraram que a diferenciação morfológica entre as castas de Polybia emaciata foi baixa porém, com diferenças fisiológicas encontradas, classificando as fêmeas em operárias, rainhas e intermediárias; a presença de intermediárias, no gênero Polybia confere maior complexidade nas colônias, visto que elas estariam relacionadas às fases do ciclo colonial, se destacando no período em que a dominância das rainhas possa ser menor; é sugerido que Polybia emaciata poderia apresentar determinação pré-imaginal de castas, devido a diferenciação morfológica corrente na região do apódema no quinto esternito gastral assim como o padrão de coloração corporal encontrado em rainhas, operárias e intermediárias. ABSTRACT

Among the social , the have been the goal of many studies regarding the evolutionary aspect of social behavior because this group includes the whole gradient from solitary species to highly complex social species. Particularly, in the wasps of the tribe

Epiponini which occur in the Neotropics one can find species with distinctive characteristics like swarm-founding and polygyny (multiple queens). The variety of the family Vespidae reports some contradiction in this group. While in Vespinae the morphological differentiation between castes is very evident, there is hardly any differentiation in Polistinae.

The present study sought to detect as well the morphological as the physiological differentiations between castes in Polybia emaciata (Polistinae). For that purpose morphometric analyses were used to study the development of the ovaries of the females.

The data were evaluated by means of multivariate statistical analyses.

The results of the present study demonstrated that the morphological differentiation between the castes of Polybia emaciata was low. Nevertheless, with the physiological differences found the females could be classified as workers, queens, and intermediates.

The presence of intermediate females in the genus Polybia confirms a high complexity of the colonies, because their existence is associated with periods of the colony life cycle in which the dominance of the queens is minor. Due to the fact that Polybia emaciata exhibits a morphological differentiation of both the apodema on the fifth gastral sternite and of the pattern of the body coloration between queens, workers and intermediates our work suggests, that in this species there exists a pre-imaginal caste determination. 1 Introdução

Problemas relacionados à diferenciação morfológica entre as castas rainha e

operária nos insetos sociais são de suma importância para o entendimento da diversidade

social dos grupos existentes (Sakagami et al., 1996). Dentre os insetos sociais, a família

Vespidae têm sido utilizada para estudos de modelos evolutivos por apresentarem uma

ampla diversidade de níveis de socialidade, variando desde espécies solitárias até as

altamente sociais (West-Eberhard, 1978, 1996; Wilson, 1985; Itô, 1986; Spradbery,

1991).

Um modo para se avaliar a socialidade de um táxon específico seria quanto ao grau

de especialização das castas (Richards, 1978, Jeanne, 1991). O sucesso ecológico dos

insetos sociais tem sido atribuído à habilidade com que os indivíduos desempenham suas

funções dentro da colônia, tais como forrageio, defesa e reprodução entre outras, o que

os tornam altamente especializados (Jeanne & Davidson, 1984).

A influência de fatores ambientais, tais como alimentação, têm contribuído

fortemente na diferenciação de rainhas e operárias, tanto em abelhas (Michener, 1974)

quanto em formigas (Holldobler & Wilson, 1990). Contudo, foi notado que entre os

Hymenoptera, tal dimorfismo teria se dado devido a um aumento na extensão das partes

corporais (Wheeler, 1986).

A família Vespidae, integrante da Ordem Hymenoptera, é composta por seis

subfamílias: Euparagiinae, Masarinae, Eumeninae, Stenogastrinae, Polistinae e Vespinae

(figura 1), sendo Euparagiinae, Masarinae, e Eumeninae compostas tipicamente de espécies solitárias, ao contrário das outras três (Stenogastrinae, Polistinae e Vespinae), que apresentam espécies eussociais (Carpenter, 1982; Carpenter & Rasnitsyn, 1990;

Carpenter, 1993). Em Stenogastrinae, o comportamento é primitivamente eussocial, sendo baseado apenas nas diferenças fisiológicas entre os indivíduos, o que seria a única forma de distinção entre as operárias e poedeiras (Sakagami & Yoshikawa, 1968;

Yoshikawa et al., 1969; Hansel et al., 1982), além de não serem encontrados nesta subfamília indícios da casta operária, sendo todos os indivíduos potencialmente reprodutores (Turillazzi, 1991).

Figura 1: Filogenia de Vespidae, Carpenter (1993), indicando: (A) origem da eussocialidade facultativa ou temporária; (B) origem da eussocialidade permanente com monoginia de curto período; (C) origem da eussocialidade avançada.

Enquanto a diferenciação entre as castas encontra-se ausente em Stenogastrinae, na subfamília Vespinae o dimorfismo entre rainhas e operárias é bastante pronunciado

(Vecht, 1957; Matsuura & Yamane, 1984). E intermediária entre os dois extremos está a subfamília Polistinae, que abrange condições em que não há um dimorfismo entre as castas ou até um dimorfismo distinto entre rainhas e operárias (Jeanne et al., 1995).

Entre as vespas sociais são formados dois grupos distintos, de acordo com a maneira de fundação de seus ninhos (Jeanne, 1980). No primeiro grupo, o ninho é iniciado por uma rainha inseminada, podendo uma ou mais fêmeas inseminadas unirem-se à fundadora. Este tipo de fundação é conhecido como independente. O segundo grupo é formado por uma ou várias rainhas seguido de um grupo de operárias que irão iniciar uma colônia, sendo assim chamada de fundação por enxame. Vespas enxameadoras ocorrem em Vespinae (Provespa), Ropalidiini (Ropalidia e Polybioides) e 19 gêneros

Neotropicais da tribo Epiponini (Carpenter, 2004). Tal nível de fundação está associado a uma ampla complexidade em relação às diferenças entre as suas castas (Shima et al.,

1998).

Não há evidências de subcastas de operárias especializadas morfologicamente entre vespas enxameadoras, entretanto há um polietismo etário entre elas, onde as jovens engajam-se em atividades no ninho, enquanto que as mais velhas forrageiam (Naumann,

1970, Simões, 1977, Forsyth, 1978).

A complexidade social das vespas da tribo Epiponini (Carpenter, 1997) é refletida através da divisão de trabalho, comunicação, construção e posterior defesa do ninho

(Jeanne, 1991), entretanto é notada a ausência na diferenciação morfológica das castas em várias espécies pertencentes a esse grupo, sugerindo que tal determinação de castas fosse pós-imaginal em alguns casos (West-Eberhard, 1978, 1981) e com totipotência total entre os indivíduos (Strassmann et al.,2002, Mateus, 2005). Por outro lado, a diferenciação rainha-operária pode ser determinada por aspectos nutricionais durante o período larval, implicando em determinação das castas na fase pré-imaginal (Gadagkar, et al., 1991, Hunt et al., 1996). A poliginia assim como a reprodução ocorrente através de enxames em todos os Epiponini é um sinal de alta socialidade, sofisticada e obrigatória (Noll et al., 2004).

Morfologicamente, a diferenciação de castas entre as vespas tem sido considerada como um desafio no processo de evolução da eussocialidade (Wilson, 1971). As vespas pertencentes à tribo Epiponini destacam-se pela ausência de diferenciação morfológica, sendo essa distinção feita através da condição ovariana. Em muitas espécies, é observado o seu desenvolvimento, porém não é verificada a sua inseminação. Tais indivíduos são classificados como intermediárias, por reunirem características ora próximas das rainhas, ora próximas das operárias (Richards & Richards, 1951). Porém, a função das intermediárias dentro das colônias de Epiponini ainda é assunto bastante discutido. Inicialmente, foi considerado que esse grupo possivelmente além da produção de ovos tróficos, também poderia produzir machos (Richards, 1971). Entretanto, várias interpretações a cerca das intermediárias foram atribuídas, podendo ser consideradas rainhas jovens não inseminadas (Forsyth, 1978; West-Eberhard, 1978 e Gastreich et al.,

1993); ou ainda que o desenvolvimento ovariano das intermediárias poderia estar relacionado com o número de rainhas presentes na colônia, sendo assim na presença de poucas rainhas os ovários das intermediárias apresentar-se-iam mais desenvolvidos e vice-versa (Richards, 1971; West-Eberhard, 1978). Ao contrário do exposto acima, em outros casos foram relatados a ausência de intermediárias em determinados táxons

(Simões, 1977; Noll et al., 1997 b; Baio et al., 1998), como é o caso da maioria das espécies que compõem o gênero Agelaia (exceto Agelaia lobipleura, cf. Richards, 1978). Contudo, através de análises morfométricas (Noll, 1995; Noll et al., 2004), foi revelado que as intermediárias podem estar relacionadas, de maneira mais estreita, às operárias em certas espécies, enquanto que em outras, as intermediárias estariam mais próximas às rainhas. As intermediárias podem ser encontradas em todas as fases do ciclo colonial, em algumas espécies como Protopolybia exigua (Simões, 1977; Noll et al.,

1996) ou em fases específicas do ciclo colonial (Noll, 1995; Noll & Zucchi, 2000, 2002;

Noll et al., 2004).

A complexidade ocorrente na tribo Epiponini reflete um importante estudo do comportamento dessas sociedades onde inicialmente foi documentada a presença de poliginia (Wilson, 1971; Richards, 1971, 1978). Posteriormente, (West-Eberhard 1973,

1978), observou a presença de oligoginia (uma diminuição cíclica no número de rainhas), e até monoginia, o que poderia aumentar o parentesco entre os indivíduos de uma dada população (Strassmann et al, 1998, Mateus, 2005). Tal oligoginia cíclica

(West-Eberhard, 1978) e que poderia estar relacionada com a alta manutenção do parentesco genético encontrado entre os epiponíneos (Queller et al., 1988, 1993; Hughes et al., 1993).

Inicialmente, Richards (1971, 1978) e Richards & Richards (1951), através de estudos morfométricos, muitas vezes preliminares, determinaram três estágios de diferenciação de castas nos polistíneos dentro da tribo Epiponini:

A- diferenças alométricas presentes, onde as rainhas são maiores do que as operárias, na ausência de intermediárias;

B- presença de dimorfismo, onde rainhas são menores do que operárias, na ausência de intermediárias; C- diferenças morfológicas leves ou indistintas entre rainhas e operárias, na presença de intermediárias.

Recentemente, Noll e Zucchi (2002) reconheceram cinco formas de diferenciação de castas devido à influência do ciclo colonial dentre os Epiponini:

1. diferenças morfológicas ausentes entre rainhas e operárias durante todo o ciclo colonial sugerem que as castas não sejam determinadas na fase pré-imaginal como observadas em algumas espécies analisadas (Shima et al., 1994; Jeanne et al., 1995;

Shima et al., 1996a, b; Jeanne, 1996; Hunt et al., 1996; Baio et al., 1998); baixa diferenciação entre as castas e vários tipos de desenvolvimento ovariano (Mateus et al.,

1997; Shima et al., 1998)

2. Diferenças morfológicas ausentes entre rainhas e operárias durante o ciclo colonial total, entretanto podendo desenvolver os ovários em algumas fases do ciclo colonial, como observado em Synoeca cyanea, S. surinamensis e Metapolybia aztecoides;

3. As descontinuidades morfológicas e fisiológicas entre as castas estão sujeitas à variação de acordo com o ciclo colonial. As rainhas apresentam-se com um tamanho variável na fase de pré-emergência; tendem a ser monomórficas durante a fase de produção de operárias e finalmente, são os maiores indivíduos durante a fase de produção de machos (Noll & Zucchi, 2000);

4. Ocorre um aumento nas diferenças entre as castas de acordo com o ciclo colonial onde em algumas fases desse ciclo aparecem fêmeas poedeiras não-inseminadas. Fêmeas com ovários desenvolvidos, que não sejam rainhas, poderiam indicar a perda de dominância na colônia, já que em fêmeas jovens, o desenvolvimento ovariano representaria uma fase de produção de rainha;

5. Diferenças morfológicas entre as castas ocorrem constantemente, permitindo que a distinção das operárias durante o ciclo colonial seja clara. Fêmeas poedeiras, porém não-inseminadas, encontram-se ausentes durante todo o ciclo colonial, isto indica que as operárias por não possuírem um desenvolvimento ovariano compatível não conseguem realizar a função de poedeiras.

Segundo Noda et al. (2003), estudos das diferenças morfológicas e fisiológicas das castas de Synoeca cyanea ao longo do ciclo colonial evidenciaram que tais diferenças são claramente discriminadas pela fisiologia, mas não pela morfologia. Também foi detectada, nessa espécie, a presença de intermediárias em diferentes fases de desenvolvimento colonial, que foi justificada pela diminuição na capacidade da rainha em controlar o desenvolvimento ovariano em fêmeas não-inseminadas.

Entre os Epiponini encontra-se o gênero Polybia. Jeanne (1975) e Wenzel (1991) notaram a diversidade na arquitetura dos ninhos de epiponíneos. Diferentemente de todas as outras vespas sociais que utilizam fibras de plantas ou polpas de madeira na construção de seus ninhos, Polybia emaciata emprega barro como material principal

(Schremmer, 1984), sendo esta característica compartilhada por três espécies do subgênero Pedothoeca e uma espécie no subgênero Furnariana (Jeanne, 1991; Cooper,

1993). O número de adultos por colônias maduras de P. emaciata é relativamente pequeno para o gênero, sendo registrados tanto índices inferiores a 100 como próximos a

500 adultos (Chadab, 1979, Strassmann et al., 1992). Este trabalho tem como finalidade estudar comparativamente a diferenciação morfológica e fisiológica entre as castas de Polybia emaciata, através de análises morfométricas, no intuito de se procurar outras informações que determine se tal espécie apresenta diferenciação pré-imaginal ou pós-imaginal, bem como sua variação conforme o ciclo colonial. 2 Material e Métodos

Material

Foram estudadas sete colônias de Polybia (Pedothoeca) emaciata Lucas, coletadas na Reserva Catuaba (S 10º04´ W 67º37´), a 20 Km de Rio Branco – AC, por Sidnei Mateus e Fernando B. Noll Os ninhos foram coletados utilizando sacos plásticos, com algodão embebido em éter no seu interior, para que a população pudesse ser removida. Na seqüência, todas as colônias foram fixadas em álcool 96º. Cada colônia foi identificada com numeração de I a VII.

Figura 2: Ninho de Polybia emaciata, mostrando a entrada do ninho (O`Donnell & Jeanne, 2002).

2.1 Estudos morfométricos

As sete colônias de Polybia emaciata analisadas exibiam um grande número de indivíduos, porém foram escolhidos apenas 100 de cada uma delas, exceto colônia II que apresentava um número menor (n=34). Todos os insetos escolhidos foram estocados individualmente em eppendorf com álcool.

Rainhas, operárias e intermediárias foram coletadas, sendo as rainhas previamente reconhecidas através de características como a coloração e a morfologia do primeiro tergito gastral (T1). Para detecção das diferenças morfológicas entre as castas, as imagens foram capturadas com câmera digital Leica® DFC280 acoplada em estereomicroscópio binocular de Leica® MZ75, lente 1.0x Leica®, e sua imagem foi transmitida para um programa de computador em forma de imagens. Oito partes corporais externas de cada indivíduo

(n=100) das sete colônias foram fotografadas e as imagens obtidas transportadas para o programa de medidas IM50, efetuando-se as respectivas mensurações.

Tabela 1: Descrição das variáveis morfométricas empregadas:

Estrutura Medida Efetuada Cabeça Largura máxima da cabeça (LC): passando pelas fossas antenais; Distância mínima inter-orbital (DmI) Mesossoma Largura do mesoscuto (LM) Comprimento da extremidade anterior do mesossoma até o final posterior do propódeo, excluindo o lobo marginal (CME) Metassoma Comprimento máximo do primeiro tergo gastral medido dorsalmente (CT1) Altura basal do primeiro tergo gastral medida dorsalmente (ABT1) Largura basal do segundo tergito gastral (LBT2) Asa Comprimento alar (CA): comprimento da célula cubital.

Figura. 3: Partes corporais indicando os caracteres mensurados em Polybia emaciata: (A) LC: Largura da cabeça; DmI: Distância mínima interorbital; (B) LM: Largura do mesoscuto; LBT2: Largura basal do tergito II; (C) CME: Comprimento do mesossoma; ABT1: altura basal do tergito I; CT1: comprimento do tergito I; (D) CA: Comprimento da asa.

2.2 Desenvolvimento ovariano, inseminação e idade relativa.

2.2.1 Desenvolvimento Ovariano

Uma característica de grande importância na diferenciação entre as castas nos insetos eussociais é a análise do grau de desenvolvimento ovariano. No presente trabalho, as 100 fêmeas escolhidas aleatoriamente em cada uma das sete colônias, foram dissecadas em placa de Petri contendo água, para que fosse identificado qual o tipo de ovário presente, sendo classificados em três tipos:

• Padrão A: presença de ovaríolos filamentosos, observado em operárias;

• Padrão B: exibem ovaríolos ligeiramente entumescidos, encontrados nas

intermediárias;

• Padrão C: aqueles em que os ovaríolos são muito desenvolvidos com oócitos

maturos prontos para a postura, observado em rainhas.

Tais padrões foram relacionados a operárias, intermediárias e rainhas respectivamente. Posteriormente, foi feita a análise da espermateca (estrutura próxima ao ovário onde são estocados espermatozóides) possibilitando uma classificação entre o tipo ovariano e a casta a que pertence.

A B C

Figura 4: Graus de Desenvolvimento ovariano em Polybia emaciata. (A) ovários filamentosos sem a presença de ovócitos. (B) ovários em desenvolvimento, com presença de ovócitos e (C) ovários bastante desenvolvidos com ovócitos maturos.

2.2.2 Presença de espermatozóides na espermateca

Através da análise da espermateca foi possível detectar se as fêmeas escolhidas estavam inseminadas ou não, permitindo diferenciá-las em castas.

A coloração dessa estrutura evidencia a inseminação ou não. A coloração amarelada

é um indicativo da presença de espermatozóides; nesses casos os indivíduos foram classificados como rainhas. Nos casos onde se observou a total transparência da espermateca, considerou-se a ausência de espermatozóides. Assim foram classificadas as operárias e intermediárias.Em casos onde a coloração não foi típica (amarelada ou transparente), a espermateca foi colocada em lâmina com corante fucsina ácida 4%. Com a pressão da lamínula, os espermatozóides presentes extravasavam sob a forma de emaranhado filamentoso.

2.2.3 Idade Relativa, Padrões de Coloração e Apódema transverso de rainhas e operárias

A idade relativa dos indivíduos escolhidos de cada uma das sete colônias foi determinada através da observação da pigmentação do apódema transverso localizado no 5º esternito gastral (Forsyth, 1978) em esteromicroscópio. Fêmeas mais velhas apresentam cutícula mais escura devido à maior esclerotização do que fêmeas mais jovens. Nos indivíduos observados, a classificação foi a mesma adotada por Richards (1971), West-

Eberhard (1973), Forsyth (1981) e Mateus et al (2004) que consideram: (1) sem pigmento,

(2) marrom claro, (3) marrom escuro e (4) preto. Definiu-se que, quanto mais claro, mais jovem o indivíduo era, e quanto mais escuro, mais velho.

Os padrões gerais de coloração corporal também foram observados, a fim de se verificar alguma diferença entre rainhas e operárias. Com o intuito de se encontrar diferenças morfológicas no apódema transverso

(estrutura que promove a fixação dos esternitos entre si ao abdômen) de rainhas e operárias, observou-se tal região ao estereomicroscópio binocular. A análise da região do apódema no quinto esternito gastral foi realizada em uma amostra para rainhas (n=15), operárias (n=15) e intermediárias (n=15) da colônia V. (figura 5).

2.3 Análise Estatística

Os valores obtidos a partir das 8 estruturas mensuradas, foram utilizados para calcular as médias e desvio-padrão para cada fêmea escolhida (n=100) de cada colônia

(n=7). O teste-t Bonferroni foi utilizado para as comparações entre as médias.

Outro método utilizado foi a análise discriminante usando o modo de adição sucessiva das variáveis (Stepwise Discriminant Analysis). Sua função é identificar os caracteres significantes na diferenciação das castas. Nas análises discriminantes a serem desenvolvidas, optar-se-á pelo modo de inclusão das variáveis do tipo forward stepwise. Se o procedimento forward stepwise é selecionado, então o programa STATISTICA utilizado inserirá as variáveis ao modelo em passos sucessivos; a cada passo, a variável com o maior valor F to enter será escolhida para inclusão no modelo. Os passos terminarão quando nenhuma outra variável tiver um valor de F to enter que seja maior que a opção F to enter especificada. Geralmente utiliza-se o valor padrão de F to enter especificado no software

STATISTICA, que é 1.0. Desse modo, é importante lembrar que todos os valores de F to enter superiores a 1.0 serão incluídos no modelo. Entretanto, tais variáveis somente serão efetivamente incluídas no modelo de discriminação dos grupos se os seus respectivos valores de p forem estatisticamente significantes. Os valores de Lambda de Wilk´s foram usados para inferir a contribuição individual de cada variável ao modelo. Sendo as variáveis estatisticamente significantes, os valores de

Lambda de Wilks devem ser observados a fim de se saber da contribuição conjunta da referida variável. O Lambda de Wilks é a razão dos determinantes da matriz de soma dos quadrados dos resíduos sobre a matriz de soma dos quadrados total. Valores próximos de

1,0 significam que o resíduo é muito grande e a variável não apresenta boa discriminação, enquanto um valor próximo a zero significa que o resíduo é baixo e a variável é um bom discriminante. Para checar a eficiência do teste, uma matriz de classificação foi utilizado para checar o número e porcentagem de casos corretamente classificados em cada grupo.

Este teste compara dados atuais com resultados previstos baseados no modelo de discriminação.

3 Resultados

3.1. Diferenças no apódema transverso e na coloração nas colônias de Polybia emaciata:

Nas rainhas, o apódema possui aspecto mais espesso e a área acima da região glandular mais esclerotizada (fig. 5A), quando comparada às operárias (fig. 5B), que parecem demonstrar uma morfologia menos densa da região do apódema. Nas intermediárias, o apódema foi também observado, conforme pode ser visualizado na figura

5C, parece indicar que morfologicamente esse grupo estaria mais próximo às operárias.

Quanto ao padrão de coloração, as operárias foram distinguidas das rainhas por apresentarem a coloração mais escura (tons de amarelo-claro e preto) no tórax e abdômen.

Já as rainhas, exibiam coloração amarelo-escura e marrom. Porém no abdômen de ambas as castas foi visto um padrão comum com predominância de pigmentação amarelada, variando de amarelo claro, passando por diferentes tonalidades até chegar ao amarelo escuro.

A B

C

Figura 5.: Representação do 5º esternito gastral de rainhas, operárias e intermediárias de Polybia emaciata. (A) Região do apódema nas rainhas mais espesso (setas escuras) e área da glândula de Richards, mais escurecida. (B) Região menos rígida do apódema em operárias (setas escuras) e área glandular menos escurecida. Nas intermediárias (C), a área glandular aparece mais clara e o apódema exibe um aspecto rígido (setas escuras), como encontrado nas rainhas.

3.2. Desenvolvimento ovariano e inseminação

Foram encontrados três tipos de ovários nos indivíduos escolhidos das sete colônias analisadas de Polybia emaciata. Rainhas previamente reconhecidas foram confirmadas por apresentarem ovários totalmente desenvolvidos e espermateca cheia (C). Operárias foram reconhecidas pela presença de ovários filamentosos e espermateca vazia (A). Já as intermediárias foram reconhecidas pela presença de ovário desenvolvido com espermateca vazia (B). O maior número de rainhas encontrado foi na colônia VII (55), por sua vez não foi encontrada intermediária nesta colônia (Tabela 3). Já o maior número de operárias foi encontrado na colônia IV e o maior de intermediárias na colônia I. Os resultados demonstram que as intermediárias ocorrem com grande freqüência nessa espécie. Em todas as outras colônias o número de intermediárias se mantém entre 15 e 19, exceto na colônia II porque o número populacional é pequeno. Desse modo, intermediárias acabam sendo em torno de 15 a 20 % da população total.

Tabela 2: Número total de fêmeas por colônia, presença de machos e número de indivíduos medidos por colônia em Polybia emaciata.

Colônia Nº total de Presença de Nº de indivíduos Presença de cria fêmeas machos medidos no ninho I 167 Sim 100 Sim II 34 Não 34 Sim III 237 Sim 100 Sim IV 119 Sim 100 Sim V 392 Sim 100 Sim VI 176 Sim 100 Sim VII 192 Sim 100 Sim

Tabela 3: Número de indivíduos escolhidos de cada grupo, nas sete colônias estudadas de Polybia emaciata, avaliadas através do padrão ovariano: Operária (A), Intermediária (B) e Rainha (C).

Colônias de Polybia emaciata Grupos I II III IV V VI VII Rainhas 07 05 21 03 17 08 55 Operárias 74 27 67 80 68 74 45 Intermediárias 19 02 12 17 15 18 0 Total de Indivíduos 100 34 100 100 100 100 100 3.3 Idade Relativa e Análise morfométrica das colônias de Polybia emaciata

3.3.1. Colônia I de Polybia emaciata

Quanto à Idade Relativa das castas analisadas, foi verificado que as fêmeas mais velhas eram as operárias, enquanto que as rainhas e intermediárias, as mais jovens. Isso sugere o aparecimento de algumas rainhas novas, confirmando os estudos de oligoginia cíclica (West-Eberhard, 1973). Baseado na idade relativa e padrão ovariano similar ao das outras colônias, a colônia VII apresenta o maior número de rainhas (55) conforme tabela 3 e ausência de intermediárias. O número elevado de rainhas jovens inseminadas com padrão

2 (figura 18) sugere que estas substituíram as rainhas velhas.

45 40 35 30 25 20 15

Nº de Indivíduos de Nº 10 5 0 1234 Idade Relativa

Operária Rainha Intermediária

Figura 6: Número de indivíduos quanto a Idade Relativa de operárias (A), intermediárias (B) e rainhas (C), da colônia I de Polybia emaciata analisada, quanto ao nível de esclerotização: 1-4 padrões progressivos de idade encontrado nas fêmeas.

Análise Morfométrica

Entre as relações dos oito caracteres analisados, nenhum deles mostrou-se estatisticamente significante (Tabela 4); demonstrando claramente que morfologicamente a diferenciação de castas da colônia I parece ser indistinguível. Os valores de Lambda de

Wilks foram muito altos (próximos a 1), mostrando que nenhuma medida empregada apresenta capacidade de discriminação (Tabela 5).

Tabela 4: Médias, desvio-padrão entre rainhas, operárias e intermediárias e análise One- Way ANOVA de oito caracteres para a discriminação de castas de Polybia emaciata na colônia I.

Médias ± Desvio-Padrão Teste-T Bonferroni – Teste ANOVA Caracteres Rainhas Operárias Intermediárias R/O R/I I/O (n=07) (n=74) (n=19)

Cabeça LC 2.63 ± 0.041 2.61 ± 0.099 2.59 ± 0.078 0,48 0,22 0,61 DmI 1.18 ± 0.032 1.18 ± 0.042 1.18 ± 0.046 0,69 0,97 0,59 Mesossoma LM 1.61 ± 0.039 1.62 ± 0.064 1.61 ± 0.056 0,84 0,94 0,67 CME 3.66 ± 0.086 3.60 ± 0.185 3.65 ± 0.109 0,41 0,82 0,28 Metassoma CT1 1.88 ± 0.071 1.86 ± 0.082 1.87 ± 0.083 0,58 0,63 0,97 ABT1 0.50 ± 0.101 0.51 ± 0.067 0.50 ± 0.053 0,73 0,93 0,46 LBT2 1.94 ± 0.080 1.92 ± 0.107 1.91 ± 0.079 0,66 0,41 0,67 Asa CA 4.72 ± 0.076 4.62 ± 0.190 4.69 ± 0.125 0,18 0,48 0,19 * p< 0.05 (estatisticamente significante)

Tabela 5: Variáveis discriminantes morfométricas entre rainhas, operárias e intermediárias na colônia I de Polybia emaciata, baseadas na função discriminante usando o procedimento stepwise. Dados originais são baseados em mm.

Caractere Lambda de Wilks F-remove (2,96) p-level LBT2 1,00 3,98 0,022 * ABT1 0,97 2,32 0,10 * p< 0,05 (estatisticamente significante)

A comparação entre os grupos previamente definidos e os grupos estatisticamente criados pela análise (Tabela 6), revelou que as operárias formam um grupo bem definido

(100%), enquanto que rainhas e intermediárias (0%) não (Figura 7).

Tabela 6: Classificação dos resultados para comparação entre os grupos através da análise discriminante em Polybia emaciata colônia I. Operárias (A), intermediárias (B) e rainhas (C).

Matriz de Classificação Grupos Porcentagem Operárias Rainhas Intermediárias Correta (%) (n=74) (n=07) (n=19) Operárias 100 74 0 0 Rainhas 0 07 0 0 Intermediárias 5,3 18 0 1

Foram analisados morfometricamente 100 indivíduos nesta colônia sendo que 74 foram classificadas como operárias, sendo todas elas correspondentes a tal casta, 7 rainhas, classificadas como operárias pela análise estatística e 19 intermediárias, onde 18 classificadas como operárias pela análise estatística.

1,74

1,72

1,70

1,68

1,66

1,64

1,62 MSW

1,60

1,58

1,56

1,54

1,52 Operária 1,50 Rainha 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 5,2 Intermediária WL

Figura 7: Discriminação entre rainhas, operárias e intermediárias da colônia I de Polybia emaciata. Quadrado azul refere-se às operárias, triângulo vermelho refere-se às rainhas e losangos verdes, intermediárias.

3.3.2 Colônia II de Polybia emaciata

A figura 8 mostra que a maioria das fêmeas analisadas eram novas, sendo que umas poucas operárias apresentavam padrão 3 de idade relativa.

25

20

15

10

Nº de Indivíduos de Nº 5

0 1234 Idade Relativa

Operária Rainha Intermediária

Figura 8: Número de indivíduos quanto a idade Relativa de operárias (A), intermediárias (B) e rainhas (C) da colônia II de Polybia emaciata analisada, quanto ao nível de esclerotização: 1-4 padrões progressivos de idade encontrado nas fêmeas.

Análise Morfométrica

Os dados obtidos na colônia II demonstram que a diferenciação morfológica de castas também não é tão evidente. A tabela 7 mostra que apenas LBT2 é estatisticamente significante entre rainhas e operárias. O valor de Lambda de Wilks é muito próximo a 1,0, o que significa não ser bom discriminante para esta relação (Tabela 8).

Tabela 7: Médias, desvio-padrão entre rainhas, operárias e intermediárias e análise One- Way ANOVA de oito caracteres para a discriminação de castas de Polybia emaciata na colônia II.

Médias ± Desvio-Padrão Teste-T Bonferroni – Teste ANOVA Caracteres Rainhas Operárias Intermediárias R/O R/I I/O (n=05) (n=27) (n=02) Cabeça LC 2,41 ± 0,027 2,40 ±0,065 2,40 ± 0,028 0,79 0,68 0,97 DmI 1,08 ± 0,038 1,08 ± 0,026 1,10 ± 0,021 0,90 0,59 0,42 Mesossoma LM 1,52 ± 0,051 1,51 ± 0,060 1,54 ± 0,071 0,63 0,75 0,51 CME 3,26 ± 0,118 3,25 ± 0,127 3,24 ± 0,007 0,96 0,80 0,83 Metassoma CT1 1,69 ± 0,098 1,69 ± 0,087 1,71 ± 0,064 0,92 0,85 0,86 ABT1 0,44 ± 0,037 0,46 ± 0,055 0,45 ± 0,064 0,52 0,90 0,77 LBT2 1,90 ± 0,070 1,77 ± 0,096 1,88 ± 0,035 * 0,01 0,71 0,15 Asa CA 3,96 ± 0,101 3,86 ± 0,130 3,88 ± 0,007 0,11 0,30 0,88 * p< 0.05 (estatisticamente significante)

Tabela 8: Variáveis discriminantes morfométricas entre rainhas, operárias e intermediárias na colônia II de Polybia emaciata, baseadas na função discriminante usando o procedimento stepwise. Dados originais são baseados em mm.

Caractere Lambda de Wilks F-remove (2,30) p-level LBT2 0,98 5,62 0,008 * ABT1 0,77 1,11 0,34 * p< 0,05 (estatisticamente significante)

A tabela 9 mostra a classificação dos resultados entre os grupos previstos e atuais através da análise discriminante, revelando que somente operárias (92,6%) representam um grupo bem definido (Figura 9).

Tabela 9: Classificação dos resultados por comparação dos grupos atuais com os grupos previstos através da análise discriminante em Polybia emaciata colônia II.

Matriz de Classificação Grupos Porcentagem Operárias Rainhas Intermediárias Correta (%) (n=27) (n=05) (n=02) Operárias 92,6 25 02 0 Rainhas 40 03 02 0 Intermediárias 0 01 01 0

0,58 0,56

0,54

0,52

0,50 0,48 0,46

T1AH 0,44

0,42

0,40 0,38 0,36 0,34 Operária 0,32 Rainha 1,55 1,60 1,65 1,70 1,75 1,80 1,85 1,90 1,95 2,00 Intermediária T2BW

Figura 9: Discriminação entre rainhas, operárias e intermediárias da colônia II de Polybia emaciata. Quadrado azul refere-se às operárias, triângulo vermelho refere-se às rainhas e losangos verdes, intermediárias.

3.3.3 Colônia III de Polybia emaciata

Quanto a Idade Relativa das castas analisadas, foi verificado que um grande número de operárias era bastante jovem (padrões 1 e 2) assim como rainhas e intermediárias (Figura

10). Diferente da colônia II, os três grupos de fêmeas são um pouco mais velhos.

40 35 30 25 20 15 10 Nº de Indivíduos de Nº 5 0 1234 Idade Relativa

Operária Rainha Intermediária

Figura 10: Número de indivíduos quanto a idade Relativa de operárias (A), intermediárias (B) e rainhas (C) da colônia III de Polybia emaciata analisada, quanto ao nível de esclerotização: 1-4 padrões progressivos de idade encontrado nas fêmeas.

Análise Morfométrica

Foram calculadas as médias entre rainhas, operárias e intermediárias para os oito caracteres corporais analisados da colônia III (tabela 10). Apenas um único caractere (LM), foi estatisticamente significante na relação rainha-operária, ao contrário das outras relações

(operária-intermediária e rainha-intermediária) onde não foi verificado nenhum caractere com valor estatisticamente significante. Os valores de Lambda de Wilks são próximos a 1,0

(Tabela 11), o que implica em não serem adequados para descriminação das castas.

Tabela 10: Médias, desvio-padrão entre rainhas, operárias e intermediárias e análise One- Way ANOVA de oito caracteres para a discriminação de castas de Polybia emaciata na colônia III.

Médias ± Desvio-Padrão Teste-T Bonferroni – Teste ANOVA Caracteres Rainhas Operárias Intermediárias R/O R/I I/O (n=21) (n=67) (n=12) Cabeça LC 2,18 ± 0,081 2,22 ± 0,093 2,23 ± 0,109 0,10 0,13 0,64 DmI 0,99 ± 0,033 1,01 ± 0,054 1,00 ± 0,044 0,27 0,53 0,76 Mesossoma LM 1,36 ± 0,044 1,40 ± 0,070 1,37 ± 0,065 *0,015 0,59 0,17 CME 3,01 ± 0,190 3,03 ± 0,176 3,00 ± 0,182 0,69 0,90 0,63 Metassoma CT1 1,56 ± 0,087 1,57 ± 0,090 1,56 ± 0,114 0,53 0,90 0,74 ABT1 0,38 ± 0,047 0,38 ± 0,041 0,37 ± 0,053 0,75 0,55 0,58 LBT2 1,60 ± 0,104 1,64 ± 0,128 1,68 ± 0,126 0,17 0,08 0,44 Asa CA 3,51 ± 0,103 3,58 ± 0,176 3,54 ± 0,175 0,08 0,53 0,45 * p< 0.05 (estatisticamente significante)

Tabela 11: Variáveis discriminantes morfométricas entre rainhas, operárias e intermediárias na colônia III de Polybia emaciata, baseadas na função discriminante usando o procedimento stepwise. Dados originais são baseados em mm.

Caractere Lambda de Wilks F-remove (2,94) p-level LM 0,93 4,52 * 0,013 LC 0,92 4,03 * 0,021 DmI 0,86 1,06 0,35 CME 0,86 1,05 0,35 * p< 0,05 (estatisticamente significante)

A tabela 12 traduz esse baixíssimo nível de discriminação entre operárias (97%), rainhas (9,5%) e intermediárias (0%), através da comparação entre os grupos previstos e os atuais pelo método da análise discriminante (Figura 11).

Tabela 12: Classificação dos resultados para comparação entre os grupos através da análise discriminante em Polybia emaciata colônia III.

Matriz de Classificação Grupos Porcentagem Operárias Rainhas Intermediárias Correta (%) (n=67) (n=21) (n=12) Operárias 97 65 1 1 Rainhas 9,5 19 2 0 Intermediárias 0 12 0 0

2,45

2,40

2,35

2,30

2,25 HW 2,20

2,15

2,10

2,05

Operária 2,00 Rainha 1,25 1,30 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,65 Intermediária MSW Figura 11: Discriminação entre rainhas, operárias e intermediárias da colônia III de Polybia emaciata. Quadrado azul refere-se às operárias, triângulo vermelho refere-se às rainhas e losangos verdes, intermediárias.

3.3.4 Colônia IV de Polybia emaciata

Os dados representados na figura 12 também revela que a maioria das fêmeas é

bastante jovem (padrões 1 e 2), sendo que rainhas e intermediária são um pouco mais

velhas que operárias.

50 45 40 35 30 25 20 15

Nº de Indivíduos de Nº 10 5 0 1234 Idade Relativa

Operária Rainha Intermediária

Figura 12: Número de indivíduos quanto à idade Relativa de operárias (A), intermediárias (B) e rainhas (C), da colônia IV de Polybia emaciata analisada, quanto ao nível de esclerotização: 1-4 padrões progressivos de idade encontrado nas fêmeas.

Análises Morfométricas

As médias calculadas entre rainhas, operárias e intermediárias para os oito caracteres mensurados nesta colônia (Tabela 13) demonstram que a apenas LBT2 foi estatisticamente significante nas relações rainha-operária e intermediária-operária. O valor de Lambda de Wilks obtido foi igual a 1,0 (Tabela 14), o que significa não ser representativo para discriminar estas relações. Tabela 13: Médias, desvio-padrão entre rainhas, operárias e intermediárias e análise One- Way ANOVA de oito caracteres para a discriminação de castas de Polybia emaciata na colônia IV.

Médias ± Desvio-Padrão Teste-T Bonferroni – Teste ANOVA Caracteres Rainhas Operárias Intermediárias R/O R/I I/O (n=03) (n=80) (n=17) Cabeça LC 2,38 ± 0,035 2,34 ± 0,061 2,38 ± 0,055 0,35 0,78 0,14 DmI 1,07 ± 0,006 1,04 ± 0,030 1,06 ± 0,028 0,21 0,51 0,18 Mesossoma LM 1,57 ± 0,046 1,52 ± 0,053 1,53 ± 0,044 0,10 0,14 0,51 CME 3,24 ± 0,162 3,20 ± 0,115 3,19 ± 0,115 0,59 0,58 0,86 Metassoma CT1 1,73 ± 0,056 1,68 ± 0,061 1,70 ± 0,094 0,16 0,59 0,29 ABT1 0,36 ± 0,006 0,38 ± 0,036 0,37 ± 0,036 0,28 0,49 0,43 LBT2 1,95 ± 0,026 1,81 ± 0,106 1,90 ± 0,113 * 0,022 0,47 * 0,001 Asa CA 3,94 ± 0,149 3,89 ± 0,123 3,93 ± 0,099 0,45 0,83 0,21 * p< 0.05 (estatisticamente significante)

Tabela 14: Variáveis discriminantes morfométricas entre rainhas, operárias e intermediárias na colônia IV de Polybia emaciata, baseadas na função discriminante usando o procedimento stepwise. Dados originais são baseados em mm.

Caractere Lambda de Wilks F-remove (2,97) p-level LBT2 1,00 7,51 0,0009 * * p< 0,05 (estatisticamente significante)

As operárias formam um grupo bastante diferenciado (98,8%) de rainhas (0%) e intermediárias (17,7%) que não representam grupos bem definidos (Figura 13), conforme exposto na tabela 15 que demonstra a comparação entre as castas analisadas previamente através da morfologia e fisiologia dos indivíduos. Tabela 15: Classificação dos resultados para comparação entre os grupos através da análise discriminante em Polybia emaciata colônia IV.

Matriz de Classificação Grupos Porcentagem Operárias Rainhas Intermediárias Correta (%) (n=80) (n=03) (n=17) Operárias 98,8 79 0 1 Rainhas 0 3 0 0 Intermediárias 17,7 14 0 3

3,5

3,4

3,3

3,2 AL

3,1

3,0

2,9

Operária 2,8 Rainha 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 Intermediária T2BW

Figura 13: Discriminação entre rainhas, operárias e intermediárias da colônia IV de Polybia emaciata. Quadrado azul refere-se às operárias, triângulo vermelho refere-se às rainhas e losangos verdes, intermediárias.

3.3.5 Colônia V de Polybia emaciata

A Figura 14 exibe um grande número de operárias jovens (padrões 1 e 2) e um grande número de rainhas mais velhas (3 e 4), além de intermediárias em todas as faixas etárias. Isto sugere uma colônia mais velha, provavelmente em fase de produção de operárias.

30

25

20

15

10

Nº de Indivíduos de Nº 5

0 1234 Idade Relativa

Operária Rainha Intermediária

Figura 14: Número de indivíduos quanto a idade Relativa de operárias (A) e intermediárias (B) e rainhas (C), da colônia V de Polybia emaciata analisada, quanto ao nível de esclerotização. 1-4 padrões progressivos de idade encontrado nas fêmeas.

Análise Morfométrica

Os dados obtidos desta colônia através das médias (Tabela 16) demonstram que

CME contribuiu para a diferenciação (p< 0,05) na relação intermediária-operária,

enquanto que LM, ABT1 e CT1 foram estatisticamente significantes em rainhas-

intermediárias; e apenas CT1 contribuiu significativamente entre rainhas-operárias. Sete

caracteres foram discriminantes, porém apenas CA e LM foram estatisticamente

significantes dentre os outros caracteres (Tabela 17). Entretanto, o valor de Lambda de Wilks para tais caracteres apontados é superior a 0,7, indicando baixa discriminação,

embora seja um valor mais discriminante que nas colônias de I a IV.

Tabela 16: Médias, desvio-padrão entre rainhas, operárias e intermediárias e análise One- Way ANOVA de oito caracteres para a discriminação de castas de Polybia emaciata na colônia V.

Médias ± Desvio-Padrão Teste-T Bonferroni – Teste ANOVA Caracteres Rainhas Operárias Intermediárias R/O R/I I/O (n=17) (n=68) (n=15) Cabeça LC 2,51 ± 0,054 2,51 ± 0,065 2,51 ± 0,053 0,73 0,95 0,79 DmI 1,16 ± 0,024 1,16 ± 0,030 1,16 ± 0,025 0,84 0,75 0,88 Mesossoma LM 1,57 ± 0,054 1,61 ± 0,056 1,62 ± 0,029 0,051 * 0,006 0,28 CME 3,58 ± 0,102 3,57 ± 0,126 3,64 ± 0,082 0,75 0,07 * 0,035 Metassoma CT1 1,82 ± 0,058 1,86 ± 0,077 1,89 ± 0,059 * 0,019 *0,0005 0,15 ABT1 0,42 ± 0,029 0,44 ± 0,035 0,45 ± 0,026 0,06 * 0,015 0,43 LBT2 1,91 ± 0,075 1,93 ± 0,101 1,90 ± 0,106 0,40 0,87 0,35 Asa CA 4,60 ± 0,078 4,65 ± 0,160 4,61 ± 0,133 0,22 0,71 0,15 * p< 0,05 (estatisticamente significante)

Tabela 17: Variáveis discriminantes morfométricas entre rainhas, operárias e intermediárias na colônia V de Polybia emaciata, baseadas na função discriminante usando o procedimento stepwise. Dados originais são baseados em mm.

Caractere Lambda de Wilks F-remove (2,91) p-level CT1 0,72 2,41 0,10 CA 0,77 5,61 * 0,005 LM 0,74 3,98 * 0,022 LBT2 0,71 1,95 0,15 CME 0,71 1,48 0,23 LC 0,71 1,46 0,24 ABT1 0,70 1,25 0,29 * p< 0,05 (estatisticamente significante) A matriz de classificação dos resultados para a comparação entre grupos previstos e os atuais (tabela 18) mostra que tanto rainhas (35,3%) quanto intermediárias (13,3%) não formam grupos bem definidos (Figura 15).

Tabela 18: Classificação dos resultados para comparação entre os grupos através da análise discriminante em Polybia emaciata colônia V.

Matriz de Classificação Grupos Porcentagem Operárias Rainhas Intermediárias correta (%) (n=68) (n=17) (n=15) Operárias 89,7 61 04 03 Rainhas 35,3 11 06 0 Intermediárias 13,3 13 0 02

1,75

1,70

1,65

1,60

1,55 MSW

1,50

1,45

1,40

Operária 1,35 Rainha 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 Intermediária WL

Figura 15: Discriminação entre rainhas, operárias e intermediárias da colônia V de Polybia emaciata. Quadrado azul refere-se às operárias, triângulo vermelho refere-se às rainhas e losangos verdes, intermediárias. 3.3.6 Colônia VI de Polybia emaciata

A figura 16 mostra operárias em todas as idades, do mesmo modo que intermediárias. Por outro lado, todas as rainhas são mais jovens (padrões 1 e 2).

30

25

20

15

10

Nº de Indivíduos de Nº 5

0 1234 Idade Relativa

Operária Rainha Intermediária

Figura 16: Número de indivíduos quanto a idade Relativa de operárias (A) e intermediárias (B) e rainhas (C), da colônia VI de Polybia emaciata analisada, quanto ao nível de esclerotização. 1-4 padrões progressivos de idade encontrado nas fêmeas.

Análise Morfométrica

As médias obtidas entre as castas desta colônia (tabela 19) revelaram que apenas

LBT2 contribuiu para a diferenciação na relação rainhas-operárias. Ao contrário no cálculo das variáveis discriminantes utilizando o valor de Lambda, ABT1 foi discriminado juntamente com LBT2, porém apenas este último foi estatisticamente significante. O valor de Lambda de Wilks para tais caracteres foi 0,9 (tabela 20), o que implica em baixíssima discriminação.

Tabela 19: Médias, desvio-padrão entre rainhas, operárias e intermediárias e análise One- Way ANOVA de oito caracteres para a discriminação de castas de Polybia emaciata na colônia VI.

Médias ± Desvio-Padrão Teste-T Bonferroni – Teste ANOVA Caracteres Rainhas Operárias Intermediárias R/O R/I I/O (n=08) (n=74) (n=18) Cabeça LC 2,51 ± 0,072 2,50 ± 0,055 2,49 ± 0,067 0,68 0,53 0,52 DmI 1,16 ± 0,013 1,14 ± 0,026 1,15 ± 0,036 0,26 0,51 0,81 Mesossoma LM 1,59 ± 0,047 1,57 ± 0,050 1,57 ± 0,072 0,33 0,50 0,95 CME 3,64 ± 0,087 3,58 ± 0,136 3,61 ± 0,120 0,23 0,54 0,39 Metassoma CT1 1,88 ± 0,021 1,85 ± 0,061 1,86 ± 0,056 0,13 0,33 0,41 ABT1 0,49 ± 0,032 0,49 ± 0,034 0,50 ± 0,025 0,97 0,22 0,10 LBT2 1,93 ± 0,080 1,86 ± 0,085 1,89 ± 0,100 * 0,027 0,39 0,12 Asa CA 4,51 ± 0,081 4,41 ± 0,152 4,45 ± 0,156 0,07 0,27 0,38 * p< 0,05 (estatisticamente significante)

Tabela 20: Variáveis discriminantes morfométricas entre rainhas, operárias e intermediárias na colônia VI de Polybia emaciata, baseadas na função discriminante usando o procedimento stepwise. Dados originais são baseados em mm.

Caractere Lambda de Wilks F-remove (2,96) p-level LBT2 0,97 3,32 * 0,04 ABT1 0,94 1,57 0,21 * p< 0,05 (estatisticamente significante)

A classificação dos três grupos mostrou que apenas as operárias formam um grupo definido, e rainhas e intermediárias estão morfologicamente bastante próximas das operárias, conforme observado na tabela 21 (v. também Fig. 17).

Tabela 21: Classificação dos resultados para comparação entre os grupos através da análise discriminante em Polybia emaciata colônia VI.

Matriz de Classificação Grupos Porcentagem Operárias Rainhas Intermediárias correta (%) (n=74) (n=08) (n=18) Operárias 100 74 0 0 Rainhas 0 08 0 0 Intermediárias 0 18 0 0

0,58

0,56

0,54

0,52

0,50

T1AH 0,48

0,46

0,44

0,42

Operária 0,40 Rainha 1,60 1,65 1,70 1,75 1,80 1,85 1,90 1,95 2,00 2,05 2,10 Intermediária T2BW

Figura 17: Discriminação entre rainhas, operárias e intermediárias da colônia VI de Polybia emaciata. Quadrado azul refere-se às operárias, triângulo vermelho refere-se às rainhas e losangos verdes, intermediárias. 3.3.7 Colônia VII de Polybia emaciata

Nesta colônia foram encontradas rainhas e operárias (figura 18); com a ausência de

intermediárias, sendo as rainhas distribuídas em todas as faixas de idade e operárias

restritas às fases mais jovens.

45 40 35 30 25 20 15

Nº de Indivíduos de Nº 10 5 0 1234 Idade Relativa

Operária Rainha

Figura 18: Número de indivíduos quanto a idade Relativa de operárias (A), intermediárias (B) e rainhas (C), da colônia VII de Polybia emaciata analisada, quanto ao nível de esclerotização. 1-4 padrões progressivos de idade encontrado nas fêmeas.

Análise Morfométrica

Entre as relações das médias dos oito caracteres analisados (tabela 22), sete estruturas evidenciaram diferenças estatisticamente significantes entre rainhas e operárias.

Entretanto, somente CA, LBT2 e DmI foram estatisticamente significantes no modelo de discriminação. Os valores de Lambda de Wilks (tabela 23) para tais caracteres foram inferiores a 0,5 (exceto CA= 0,54), o que significa que tais caracteres são bons discriminantes para esta relação. De fato, conforme a tabela 24, as castas formam grupos mais distintos do que em qualquer outra colônia analisada (Fig. 19).

Tabela 22: Médias, desvio-padrão entre rainhas, operárias e intermediárias e análise One- Way ANOVA de oito caracteres para a discriminação de castas de Polybia emaciata na colônia VII.

Médias ± Desvio-Padrão Teste-T Bonferroni - Teste ANOVA Caracteres Rainhas (n=55) Operárias (n=45) R/O Cabeça LC 2.33 ± 0.042 2.25 ± 0.058 < 0,001 DmI 1.04 ± 0.030 1.01 ± 0.031 < 0,001 Mesossoma LM 1.48 ± 0.044 1.44 ± 0.065 0,004 CME 3.15 ± 0.088 3.06 ± 0.092 < 0,001 Metassoma CT1 1.61 ± 0.076 1.57 ± 0.071 0,03 ABT1 0.46 ± 0.037 0.47 ± 0.043 0,44 LBT2 1.78 ± 0.083 1.65 ± 0.107 < 0,001 Asa CA 3.84 ± 0.092 3.62 ± 0.131 < 0,001

* p< 0,05 (estatisticamente significante)

Tabela 23: Variáveis discriminantes morfométricas entre rainhas, operárias e intermediárias na colônia VII de Polybia emaciata, baseadas na função discriminante usando o procedimento stepwise. Dados originais são baseados em mm.

Caracteres Lambda de Wilks F-remove (1,93) p-level CA 0,54 30,36 * 0 LBT2 0,46 12,66 * 0,000 CT1 0,43 3,65 0,06 DmI 0,43 5,49 * 0,021 ABT1 0,43 3,78 0,051 LM 0,42 1,57 0,21 * p< 0,05 (estatisticamente significante) Tabela 24: Classificação dos resultados para comparação entre os grupos através da análise discriminante em Polybia emaciata colônia VII.

Matriz de Classificação Grupos Porcentagem Operárias Rainhas correta (%) (n=45) (n=55) Operárias 77,8 35 10 Rainhas 94,6 03 52

2,0

1,9

1,8

1,7 T2BW 1,6

1,5

1,4

1,3 Operária 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 Rainha WL

Figura 19: Discriminação entre rainhas, operárias e intermediárias da colônia VII de Polybia emaciata. Quadrado azul refere-se às operárias, triângulo vermelho refere-se às rainhas e losangos verdes, intermediárias.

4 Discussão

Entre os insetos eussociais, as castas podem diferir em padrões de comportamento ou ainda, em diferenças comportamentais acompanhadas por diferenças de tamanho e especializações morfológicas (Oster & Wilson, 1978).

Diferenças morfológicas entre rainhas e operárias têm sido estudadas na busca de um valor adaptativo a esses graus de diferença. A diferenciação de castas entre as vespas sociais (Vespidae) é certamente mais conspícua em Vespinae, especialmente no gênero

Vespula (Blackith, 1958; Spradbery, 1972). Contudo, as diferenças morfológicas nem sempre são claras, visto que em Polistinae, as diferenças entre as castas são muito menos conspícuas e provavelmente muito mais complexas (Shima et al., 1994). De acordo com

Richards (1978) pelo menos três padrões de diferenciação de castas podem ser encontrados

(v. Introdução). Entretanto, em alguns grupos, as rainhas tendem a ser significativamente menores que operárias em alguns caracteres (preferencialmente os da porção anterior) e significativamente maiores em outros (preferencialmente os da porção posterior) (Jeanne et al., 1995), o que seria considerado como uma diferenciação de castas não baseada no tamanho, provavelmente devido a uma reprogramação nos parâmetros de crescimento

(Wheeler, 1991). Recentemente, Noll & Zucchi (2002) sugeriram cinco padrões de diferenciação entre as castas que podem ser encontrados em epiponíneos (v. Introdução).

Nas sete colônias estudadas de Polybia emaciata ocorreu uma baixa diferenciação entre as castas, considerando-se principalmente o tamanho entre as castas.

A ausência de diferenciação morfológica entre as castas em Polybia emaciata também foi observada em Protopolybia acutiscutis citado como P. pumila por Naumann

(1970), P. exigua exigua (Noll et al.,1996), Parachartergus smithii (Mateus et al., 1997), Pseudopolybia vespiceps (Shima et al., 1998), Polybia chrysotorax, P. jurinei,

Parachartergus fraternus, Angiopolybia spp, Chartergellus communis (Richards &

Richards, 1951; Mateus et al., 1999, 2004), Brachygastra scutellaris (Carpenter & Ross,

1984), B. lecheguana (Machado et al., 1988; Shima et al., 2000).

A ocorrência de intermediárias (Richards and Richards, 1951), adiciona uma maior complexidade ao problema da diferenciação de castas. Estas fêmeas são encontradas nas espécies de Epiponini, onde as diferenças entre rainhas e operárias são praticamente inexistentes (Richards, 1971, 1978; Noll et al., 1996; Baio 2002; Mateus et al., 1997, 1999,

2004), síndrome Chartergellus (Noll, 2000; Mateus, 2005) e ainda quando a diferenciação entre as castas é pós-imaginal, como em Parachartergus fraternus (Mateus et al., 2004).

Esse grupo, que reúne características como ovários desenvolvidos, porém não inseminados, têm sido registrados em colônias de Polybia (T.) chrysothorax, P. jurinei, Parachartegus fraternus, Angiopolybia spp., Chartergellus communis (Richards and Richards, 1951,

Richards, 1978), Brachygastra scutellaris (Carpenter and Ross, 1984), Pseudopolybia vespiceps (Shima et al.,1998), Protopolybia exigua (Noll et al., 1996), Polybia paulista

(Noll & Zucchi, 2000), Brachygastra lecheguana (Shima et al., 2000), Chartergellus communis (Mateus et al., 1999) e Parachartergus smithii (Mateus et al., 1997). Segundo

Richards (1971) e Naumann (1970) as intermediárias desempenham papel tanto na produção de ovos tróficos quanto na produção de machos, embora possam ser consideradas como rainhas jovens não-inseminadas (Forsyth, 1978; West-Eberhard, 1978; Gastreich et al., 1993 & O`Donnell, 1998). De acordo com Mateus (2005), as intermediárias de

Parachartergus fraternus competem com as rainhas por células vazias para a realização de posturas, além disso, foram observadas forrageando e também atuaram como escoteiras durante o processo de enxameio. Em Polybia emaciata, foi interessante observar que todas as colônias que apresentaram intermediárias, apresentavam baixíssima diferenciação de castas. Somente a colônia VII apresentou conspícuas diferenças, e não foram encontradas intermediárias. Nas colônias II e VI, LBT2 (largura basal do tergito II) foi significante entre rainhas-operárias

(tabelas 7 e 19 respectivamente), enquanto que apenas na colônia IV este mesmo caractere foi significativo tanto na relação rainhas-operárias quanto em intermediárias-operárias

(tabela 13). Ao contrário, na colônia III de Polybia emaciata foi registrado valor estatisticamente significante apenas para o caractere LM (largura do mesoscuto) entre rainhas e operárias.

Em oposição, na colônia V foram verificados valores estatisticamente significantes para CT1 (comprimento do tergito I) entre rainhas-operárias e para CME (comprimento do mesossoma) entre intermediárias-operárias, enquanto que na relação rainhas-intermediárias,

LM (largura do mesoscuto), CT1 (comprimento do tergito I) e ABT1 (altura basal do tergito I) também revelaram algum grau de significância estatística (tabela 16).

Comparando os valores de Lambda de Wilks encontrados nas sete colônias de

Polybia emaciata foi possível observar que os caracteres LBT2 (largura basal do tergito II) e ABT1 (altura basal do tergito I) foram os que mais se repetiram nas colônias I, II, IV, V,

VI e VII (tabelas 5, 8, 14, 17, 20 e 23 respectivamente). Isso indica que os caracteres ligados ao abdômen são os mais importantes na diferenciação das castas de P. emaciata.

Com relação à comparação entre as castas das colônias I e VI na classificação entre os grupos (rainhas, operárias e intermediárias), a casta operária aparece como a mais definida

(100%), conforme indicado nas tabelas 6 e 21. Entretanto na colônia VII, a classificação entre os grupos foi bastante satisfatória, visto que 94,6% eram rainhas e 77,8% operárias

(tabela 24). De acordo com os resultados de idade relativa em Polybia emaciata, podemos deduzir que as colônias encontravam-se simultaneamente em estágio de produção de operárias e de machos, devido ao grande número de operárias jovens encontradas com idade relativa padrões 1 e/ou 2 (figuras 6, 8, 10, 12, 14, 16 e 18). Em contrapartida, foram encontradas rainhas velhas nas colônias V e VII, o que poderia indicar uma fase de produção de machos e rainhas novas. Contudo, na colônia VI as intermediárias aparecem em número maior do que as rainhas, o que poderia ser deduzido como um desenvolvimento ovariano tolerável das intermediárias nos estágios 1 e 2 (iniciais) na presença das rainhas, enquanto que na ausência destas, as intermediárias em estágios tardios (3 e 4), conforme observado na figura 16, devido ao processo de oligoginia cíclica nas colônias (West-

Eberhard, 1973, 1978) teriam um desenvolvimento ovariano não-suprimido, o que poderia culminar com a produção de machos.

Embora a diferença entre as castas seja baixíssima na grande maioria das colônias, a análise da região do apódema do quinto esternito gastral (figura 5) indica que rainhas apresentam essa estrutura claramente distinta de intermediárias e operárias. Infelizmente, essa análise se restringiu a apenas uma colônia. A colônia V apresentava primordialmente rainhas velhas. Pode ser que essa característica esteja relacionada com a sobrevivência diferencial das rainhas, que ocorre nos epiponíneos (Noll & Zucchi, 2000). É expectativa que as demais colônias venham a ser analisadas, no futuro, para que se possa confirmar a importância desse caractere na distinção das castas de P. emaciata.

Diferente das outras Polybia anteriormente analisadas [Polybia dimidiata (Shima et al., 1996 a), Polybia occidentalis, Polybia scutellaris e Polybia paulista (Noll & Zucchi,

2000)] castas de P. emaciata foram pouco distintas. Contudo, como citado anteriormente, outras características, como coloração e apódema, indicaram distinção de castas. Além disso, a colônia VII, que não apresentou intermediárias, teve castas bem distintas, similar ao fenômeno observado em outras Polybia (Noll & Zucchi, 2000). Além disso, essa diferenciação de castas envolvendo mais forma que tamanho foi observada anteriormente para Metapolybia docilis (Baio et al., 2003a).

5 Conclusões

Pelos estudos realizados, pode-se concluir que Polybia emaciata apresenta determinação de castas pré-imaginal, mas sem uma notável influência do tamanho, pois, apesar de não se evidenciar com clareza a distinção estatisticamente significativa no tamanho das partes corporais entre as suas castas, caracteres ligados à coloração corporal e do apódema transverso, indicam diferenciação pré-imaginal. A baixa diferenciação morfológica entre as castas nesta espécie e a presença de intermediárias pode sugerir uma grande plasticidade fenotípica de operárias, mais especificamente do grupo das intermediárias, as quais podem ter a oportunidade de se tornarem rainhas, mas posteriormente seriam eliminadas pelas operárias, como sugerido por Noll &

Zucchi (2000, 2002). Seria por esse motivo, que em colônias com muitas intermediárias encontraríamos baixíssima diferenciação entre as castas e naquela sem intermediárias, uma diferenciação de castas mais evidente.

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