Original article

New characteristics of the male reproductive system in the Meliponini bee, Friesella schrottkyi (Hymenoptera: Apidae): histological and physiological development during sexual maturation^*

Nouvelles caractéristiques de l’organe reproducteur mâle chez l’abeille mélipone Friesella schrottkyi (Hymenoptera : Apidae) : développement histologique et physiologique au cours de la maturation sexuelle

Neue Merkmale des männlichen Reproduktiossystems der stachellosen Biene Friesella schrottkyi Friese (Hymenoptera: Apidae): Histologische und physiologische Differenzierung im Verlauf der sexuellen Reifung

¹ Departamento de Anatomia, Biologia Celular e Fisiologia, Instituto de Biologia, UNICAMP, PO Box 6109, Campinas, São Paulo, CEP 13083-863, Brazil
² Departamento de Ciências Biológicas, UFOP, Ouro Preto, Minas Gerais, CEP 35400-000, Brazil
³ Departamento de Biologia Geral, UFV, Viçosa, Minas Gerais, CEP 36570-000, Brazil

Corresponding author: J. Lino-Neto, linoneto@ufv.br

Received: 24 April 2009
Revised: 28 August 2009
Accepted: 5 September 2009

Abstract

Despite the biological importance of Meliponini bees, there are still many doubts about their reproductive physiology and phylogeny. When compared with other bee species studied up to now, the reproductive system of Friesella schrottkyi (Friese) has very different characteristics during sexual maturation, which includes: (1) the release of individualized testicular spermatozoa, rather than spermatozoa in bundles, (2) spermatozoa reaching the seminal vesicles only nine days after emersion of the adult bees, (3) holocrine secretion carried out by the seminal vesicle epithelium, (4) big lipid droplets abundant in the seminal vesicle epithelium and (5) membranous inclusions found in the seminal vesicle epithelium during the period of sexual maturation. These characteristics may represent important physiological characteristics as well as evolutionary differences in relation to other Meliponini studied and may be useful in studies of this bee group, as soon as similar descriptions are obtained for other closely related species.

Zusammenfassung

Diese Studie beschreibt mittels Licht- und Elekronenmikroskopie die morphologischen Veränderungen im Verlauf der sexuellen Reifung des männlichen Reproduktionssystems der stachellosen Biene Friesella schrottkyi und kann damit wichtige Anhaltspunkte zum Verständnis der Reproduktionsphysiologie dieser Bienen liefern.Bezeichnend für das männliche Reproduktionssystem von F. schrottkyi ist das Fehlen akzessorischer Drüsen und die Tatsache, dass die Spermiogenese bereits mit dem Schlüpfen der Imagines abgeschlossen ist (Abb. 1). Spermien erreichen die Samenblasen jedoch erst neun Tage nach dem Schlupf. Die Spermien verlassen die Hoden dabei bereits als Einzelspermien und nicht in Bündeln, wie bei anderen Bienen, und demenstprechend findet man in den Samenblasen auch keine Bündel und nur selten Bündelfragmente (Abb. 2).

Die Samenblasen weisen im Verlauf der sexuellen Reifung starke Veränderungen auf. Bei frischgeschlüpften Männchen ist das Lumen noch stark reduziert und das Epithel ist 50 μm hoch (Abb. 3). Ab dem dritten Imaginaltag weisen die Epithelzellen große apikale Ausläufer auf, in denen die Zellkerne und eine grosse Menge an Cytoplasma zu finden sind. Die apikalen Ausläufer öffnen sich und die Zellfragmente, die durch diese kolokrine Sekretion produziert werden, füllen das Lumen der Samenblase. Beim Vergleich der Zellkerne und des Cytoplasmas im Sekret mit den entsprechenden Bestandteilen der Epithelzellen konnten wir keine Unterschiede erkennen. Solche Zellfragmente sind auch in den postvesikulären Abschnitten des Reproduktionsstrakts zu finden (Abb. 4). In den Samenblasen sind die Zellfragmente noch bis zum neunten Tag zu sehen, d.h. bis zur Ankunft der Spermien. Ab etwa 14 Tagen sind die Samenblasen mit Spermien gefüllt und keine Zellfragmente mehr nachweisbar. Das Epithel der Samenblase ist in dieser Phase normal strukturiert und etwa 25 μm hoch (Abb. 5).

Während dieser ganzen Phase enthalten die Epithelzellen Lipidtropfen und Membraneinschlüsse. Die Komplexität dieser Membraneinschlüsse variiert im Verlauf der sexuellen Reifung (Abb. 6 und 7). Lipidtropfen und Membraneinschlüsse sind auch in den Zellfragmenten im Lumen zu finden und bilden einen Teil der holokrinen Sekretion.

Obwohl bei F. schrottkyi die Spermien die Samenblasen erst relativ spät erreichen, ist die sexuelle Reifung zum gleichen Zeitpunkt abgeschlossen, wie bei anderen Bienen. Die Individualisierung der Spermien bereits in den Hoden ist ein Merkmal, in dem sich diese Art von anderen Aculeaten unterscheidet (Moreira et al. , 2004). Auch eine holokrine Sekretionsbildung durch das Epithel der Samenblasen ist bisher bei keiner anderen stachellosen Biene beschrieben (Dallacqua and Cruz-Landim, 2003; Araújo et al. , 2005). Weitere vergleichende Untersuchungen an stachellosen Bienen sind erforderlich, um diese bei F. schrottkyi erhobenen neuen Befunde vergleichend verstehen zu können.