Original article

Patriline-level variability in olfactory learning in the honey bee^*

Variabilité de l’apprentissage olfactif chez l’abeille au niveau des lignées paternelles

Individuelle Variabilität des Duftlernens bei der Honigbiene: Abschätzung der genetischen Komponente unter Verwendung einer Patrilinienanalyse

¹ UPMC Univ Paris 06 – École Normale Supérieure – AgroParisTech – CNRS, UMR 7625, Laboratoire Écologie & Évolution, 7 quai Saint Bernard, case 237, 75005 Paris Cedex 05, France
² ParisTech – Paris Institute of Technology, 28 rue des Saints-Pères, 75343 Paris Cedex 07, France

Corresponding author: D. Laloi, david.laloi@upmc.fr

Received: 20 March 2009
Revised: 30 July 2009
Accepted: 25 August 2009

Abstract

Genetically determined differences among honeybee workers are known to contribute to task specialisation. To investigate the genetic component of olfactory learning we used proboscis extension conditioning to record individual performance, and a patriline-level analysis to separate the variance in learning performance into its different components. We found that the among-patriline within-colony component (solely genetic) explained 11.2% of the variance in acquisition performance and 6.5% of the variance in resistance to extinction. While environmental effects appeared to be the main source of variation, our results confirm that olfactory learning has a significant genetic basis. If colonies benefit from genetic differences among workers in task expression thresholds, colonies might also benefit from genetic differences in cognitive performance among workers by influencing task performance.

Zusammenfassung

Genetisch bestimmte Unterschiede zwischen Arbeiterinnen der Honigbiene tragen zur Aufgabenteilung und somit zur Anpassung des Volkes an die Umwelt bei. In der vorliegenden Studie untersuchten wir, ob sich genetisch unterschiedliche Arbeiterinnen (Arbeiterinnen verschiedener Patrilinien) in ihrem Duftlernverhalten unterscheiden. Wir untersuchten dies mit Hilfe des Rüsselreflexes, um individuelle Verhaltensäußerungen aufzuzeichnen. Hierbei untersuchten wir zwei verschiedene Verhaltenstypen: Akquisition während der Konditionierungsphase und resistance to extinction der konditionierten Reaktion während einer Extinktionsphase. Anschließend führten wir Patrilinienanalysen durch, um die verschiedenen Komponenten der Varianzen des Lernverhaltens aufzuschlüsseln: Varianzen zwischen verschiedenen Völkern, zwischen verschiedenen Patrilinien innerhalb eines Volkes und zwischen Arbeiterinnen innerhalb einer Patrilinie. Wir fanden, dass 11,2 % der Varianz der Akquisition und 6,5 % der Varianz der resistance to extinction durch Unterschiede zwischen verschiedenen Patrilinien innerhalb eines Volkes erklärt werden können. Die Erblichkeiten liegen bei 0,22, bzw. 0,13. Umwelteinflüsse scheinen die Hauptquelle der Varianzen zu sein. Doch unsere Ergebnisse bestätigen, dass auch das olfaktorische Lernen eine signifikante genetische Grundlage hat. Gleichermaßen nimmt das Schwellenmodell an, daß Völker von genetischen Unterschieden zwischen den Arbeiterinnen profitieren, die ihre Schwellen bestimmen, bestimmte Aufgaben im Volk zu übernehmen. Die Völker könnten ebenso von genetischen Unterschieden in den kognitiven Leistungen zwischen Arbeiterinnen profitieren: durch den Einfluss von Lernen und Gedächtnis auf die Aufgabenwahrnehmung.