Original article

Three substances ejected by Apis mellifera drones from everted endophallus and during natural matings with queen bees^*

Trois substances éjectées par les mâles d’Apis mellifera lors de l’éversion de l’endophallus et lors des accouplements naturels avec des reines d’abeilles

Drei Komponenten werden bei der Ausstülpung des Endophallus von Apis mellifera Drohnen im Verlauf natürlicher Paarungen mit Königinnen übertragen

Apiculture Division, University of Life Science, 166 Nowoursynowska, 02-787 Warsaw, Poland

Corresponding author: Jerzy Woyke, jerzy_woyke@sggw.pl

Received: 26 May 2009
Revised: 27 November 2009
Accepted: 5 December 2009

Abstract

Until now, all reports state that during eversion of the drone endophallus, two substances are ejected, viz. semen and mucus, and that the mating sign of a queen bee consists of the bulb of the endophallus filled with mucus. I examined substances ejected during eversion of drone endophalli, as well as substances present in the mating sign. In the fully everted endophallus, creamy semen was found near the chitinized plates, amorphous white mucus was located further distally and a transparent-whitish condensed substance appeared at the end of the everted endophallus. In mating signs, white mucus was found near the bursa copulatrix of the queens and a transparent-whitish condensed substance in the distal part of the sign. Microscopic examinations showed that the transparent-whitish substance consisted of fragments of epithelial membranes sloughed from mucus glands. Thus, not two substances, but three, viz. semen, mucus and epithelial membranes, are ejected during endophallus eversion and natural mating with queen bees.

Zusammenfassung

Weltweit werden jährlich Tausende von Königinnen künstlich besamt, und dafür muss von einer noch grösseren Anzahl an Drohnen Sperma gewonnen werden. Bisherigen Berichten zufolge werden bei der Ausstülpung des Endophallus zwei Komponenten freigesetzt, Sperma und Mucus. Königinnen, die von einem erfolgreichen Paarungsflug zurückkehren, tragen an der Spitze ihres Abdomens ein Paarungszeichen, das, laut bisherigen Annahmen, aus dem mit Mucus gefüllten Bulbus des Endophallus besteht. Weitere Komponenten, die an der Zusammensetzung des Paarungszeichens beteiligt sein könnten, wurden bisher nicht beschrieben. Ich untersuchte hier, welche Substanzen bei der Ausstülpung des Endophallus freigesetzt und bei der Paarung übertragen werden. Dazu wurden sexuell reife Drohnen durch Pressen des Thorax zur Ausstülpung des Endophallus angeregt und die freigesetzten Substanzen von unterschiedlichen Regionen des Endophallus abgesammelt. Mittels einer besonderen Einrichtung wurden rückkehrende Königinnen am Eingang der Paarungskästchen abgesammelt. Solche mit einem Paarungszeichen wurden anästhesiert, damit die Zusammensetzung der unterschiedlichen Regionen des Paarungszeichens untersucht werden konnte. Sowohl die vom Endophallus abgesammelten Komponenten, als auch die des Paarungszeichens wurden mikroskopisch untersucht. In der Nähe der Chitinplatten des evertierten Endophallus befand sich das Sperma (Abb. 7) und weiter distal der weiße Mucus. Am Ende des Endophallus befand sich jedoch außerdem eine transparente, weißliche Komponente (Abb. 7), die sich als aus Fragmenten von Epithelmembranen bestehend erwies (Abb. 9 und 10). Im Paarungszeichen befand sich der Mucus in der Stachelkammer, in der Nähe der Bursa copulatrix, während der distale Teil, der aus dem Abdomen der Königin herausragte, ebenfalls eine transparente, weißliche Komponente enthielt (Abb. 13 und 14), die aus Membranfragmenten bestand (Abb. 9 und 10). Demzufolge werden bei der Ausstülpung des Endophallus während natürlicher Paarungen mit Königinnen nicht zwei (Sperma und Mucus), sondern drei Komponenten freigesetzt (Sperma, Mucus und Fragmente von Epithelmembranen). Letztere stammen aus der Mucusdrüse (Abb. 5). Nachdem es im Abdomen des Drohns zur Kontraktion kommt, wird das Drüsenepithel von der Wand der Mucusdrüse abgelöst (Abb. 6) und zunächst in den Samenleiter und dann in den distalen Teil des Bulbus gepresst (Abb. 3). Während der Ausstülpung des Endophallus gelangen diese Epithelfragmente demzufolge als letzte Komponente ins Freie und kommen deshalb zunächst am Ende des komplett ausgestülpten Endophallus und dann am Ende des Paarungszeichens zu liegen.