Biomechanical constraints in the structure and function of the noctuid genitalia  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
73597
Type K
Principal investigator Varga, Zoltán Sándor
Title in Hungarian Biomechanikai alapelvek a bagolylepkék genitáliáinak struktúrájában és működésében, mint a reproduktív siker, illetve izoláció kényszerfeltételei
Title in English Biomechanical constraints in the structure and function of the noctuid genitalia
Keywords in Hungarian homológ korrelatív-koevolúciós jellegek, zár-kulcs struktúrák, spermatofor-átvitel, spermium-kompetíció, speciáció, faj-sokféleség
Keywords in English homologous correlative-co-evolutive structures, lock-and-key structures, spermatophore transfer, sperm competition, speciation, species diversity
Discipline
Phylogenetics, systematics, taxonomy, comparative biology, ecophysiology (Council of Complex Environmental Sciences)50 %
Animal behaviour, behavioural ecology (Council of Complex Environmental Sciences)50 %
Ortelius classification: Entomology
Panel Ecology and evolution 1
Department or equivalent Department of Evolutionary Zoology and Human Biology (University of Debrecen)
Participants Ronkay, László
Starting date 2008-09-01
Closing date 2010-12-31
Funding (in million HUF) 5.382
FTE (full time equivalent) 0.51
state closed project
Summary in Hungarian
Jelen pályázatban két kérdéscsoporttal foglalkozunk: (i) a reproduktív izoláció kialakulásában, ezáltal a fajkeletkezésben szerepet játszó genitális különbségek funkcionális jelentőségével, illetve (ii) a filogenetikailag eltérő csoportokban megállapítható parallel vagy konvergens „megoldásokkal”, mint hasonló evolúciós kihívásokra adott válaszokkal. A fenti kérdések vizsgálata számos új eredményt hozhat a faj-taxonómiából kiinduló, felfelé-építkező („bottom-up”) filogenetikában és a funkcionális szemléletű evolúciókutatásban.
Pályázatunk szintetizáló jellegű, mintegy két évtizedes személyes együttműködés eredményeit kívánja összegezni, minimális idő- és anyagi befektetéssel, maximális eredményre, a már megállapított részletekre alapozott elvileg új megállapításokra törekedve.
Eddigi revíziós munkáink során (l. irodalom) számos fajgazdag, több fajcsoportra tagolódó nagyobb monofiletikus egységben találtunk olyan szünapomorfiákat, amelyek a hím és a nőstény genitális apparátusban korrelatív és koevolutív módon alakulhattak ki. Ezek létrejötte feltételezésünk szerint olyan evolúciós folyamat, amely szorosan kapcsolódik a hím és nőstény genitáliák összehangolt működésével. Kimutattuk, hogy bizonyos, nagy fajszámú poliandrikus csoportokban a „zár-kulcs” alapforma minimális változásokkal ismétlődik fajok és fajcsoportok egész sorában. Ez a jelenség indokolttá teszi annak vizsgálatát: (i) valóban összefügg-e a nagy fajszám kialakulása a poliandriával, illetve a spermium-kompetíció jelenségével, illetve (ii) érvényesül-e a genitális apparátus evolúciójában valamilyen „takarékossági elv”? Ezen kívül, számos filogenetikailag nem közel rokon genusban találtunk morfológiailag-biomechanikailag hasonló „zár-kulcs megoldásokat”, amelyeknek a kialakulásában feltételezhetően közös alapmechanizmusok „érhetők tetten”.
Vizsgálataink anyaga alapvetően mindaz a taxonómiai rész-eredménysorozat, amelyet az első nagyobb közös monografikus munkánk (Varga & Ronkay 1987) óta eltelt 20 év alatt értünk el. Emögött ott van Európa egyik legjelentősebb bagolylepke-gyűjteménye a Magyar Természettudományi Múzeumban és több további jelentős gyűjteményben, a több mint 20 000 általunk elkészített és/vagy vizsgált ivarszervi preparátum, a több ezerre rúgó fénykép- és rajzanyag, amelynek jelentős része elektronikusan is hozzáférhető. A vizsgálati módszer tehát döntően klasszikus taxonómiai, de amelynek eszköztárát sikerült finomítani és korszerűsíteni.
Summary
Major aims of the project: 1) discussion of the functional significance of the genital morphological characters relevant to the evolution of the reproductive isolation and in speciation; 2) analysis of the parallel vs convergent responses on similar evolutionary challenges within phylogenetically different noctuid lineages. The achievements of the surveys can result in several new insights in the „bottom-up” phylogenetics of the trifine Noctuidae groups.
Our former revisional works demonstrate the presence of several synapomorphies within large and diverse phylogenetic units, indicating the possible or supposed correlative and co-evolutive changes in the corresponding structures of the male and female genitalia. The emergence of such structures is the consequence of process(es) directed by the constraints of coordinated functions of the adequate parts of the genitalia of the two sexes. Detailed survey of the following questions is planned:
(i) Can we support the direct connection between the increase of the species numbers and the polyandry, and with the sperm competition; and
(ii) Can we detect the principle of parsimony in the morphological evolution of the copulatory organs?
(iii) Whether the similar functional constraints can lead to similar morphological solutions in the „lock-and-key” structures in phylogenetically distant groups in which processes one can discover some basic biomechanical principles.
The material of surveys is supplied mostly by our own former taxonomical revisions based on the collection of the Hungarian Natural History Museum Budapest and several other large museum and private collections, the more than 20,000 genital slides made or studied by the authors, thousands of drawings and photos documenting the genitalia of the specimens; most of them available in electronical form. The method of survey is basically classical taxonomic, but using all modern facilities.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Vizsgáltuk és értelmeztük (i) a külső genitáliák homológ részeinek korrelatív változásait, (ii) a „három-pontos-rögzítés” alapstruktúráit és (iii) azokat a folyamatokat és funkciókat, amelyek a disszimmetrizációért felelősek lehetnek. Igazoltuk a homológ bilaterális képződmények helyzet- és struktúraváltozásainak, és a „három-pontos-rögzítés” megváltozásainak szerepét a (döntően allopatrikus) fajkeletkezésben. A genitális struktúrákat filogenetikailag rögzült alapfelépítés (“bauplan”) korrelatív elemeinek tekintjük, melynek változásai a reproduktív siker optimalizációja alapján értelmezhetők. A változások irányait és mértékét azonban olyan filogenetikai kényszerek korlátozzák, amelyek mint nagyobb monofiletikus egység, a “trifid” Noctuidae különböző filogenetikai vonalain párhuzamosan jelennek meg. Az egyik tendencia az önálló izomzattal rendelkező részek szimmetriájának stabilizálódása. Az önálló izomzat nélküli merev részek viszont gyorsabban változhatnak divergens módon, amennyiben a rögzítő és érzékelő funkciók differenciálódása szelekciós előnyökkel és a fajképződési potenciál növekedésével jár. Ezeknek a részeknek a disszimmetrizációja azonban nem lépi túl a filogenetikailag meghatározott “bauplan” kereteit. A szimmetrikus alapfelépítés tehát megmarad, mint filetikus “örökség”, a disszimmetrizáció viszont mint “habitus” számos homopláziás változatban kialakul.
Results in English
(i) correlative modifications of homologous parts of genital capsula, (ii) architecture of „three-point fixation” and (iii) processes and functions responsible for dyssymmetrisation of these structures were analysed. Changes of geometric structure in “three-pont-fixation” mechanism is shown as component of speciation. We discussed the genital structures as correlated elements of a phylogenetically inherited “bauplan” in which changes can be explained by selection for reproductive success. Pathways of change are delimited by phyletic constraints which paralelly appear in different phyletic lines. One of theseis the stabilisation of symmetry in structures with own musculature. Some rigid parts without own musculature can more rapidly and divergently evolve. The allocation of functions result in selective advantages due to more effective stimulation, on one side, and fixation of genital parts, on the other. Dyssymmetrisation can effectively enhance the variations of the spatial geometry of these “spandrels” but without the change of the “bauplan” which can be parallelly preserved in different taxonomical groups. It means that the originally symmetric “bauplan” can be considered as phyletic “heritage” while the functional dyssymmetrisation driven by selective optimalisation is the “habitus” in which numerous homoplasies can occur.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73597
Decision
Yes





 

List of publications

  
RONKAY, G., RONKAY, L., GYULAI, P. & HACKER, H.: New Psaphidinae and Oncocnemidinae (Lepidoptera, Noctuidae) species and genera from the wide sense Himalayan region., Esperiana 14: 127-221., 2010
RONKAY, G., RONKAY, L., GYULAI, P. & HACKER, H.: New Orthosiini (Lepidoptera, Noctuidae, Hadeninae) species and genera from the wide sense Himalayan region. –, Esperiana 14: 223-244., 2010
RONKAY, G., RONKAY, L., GYULAI, P. & HACKER, H.: New Xylenini (Lepidoptera, Noctuidae, Xyleninae) species and genera from the wide sense Himalayan region, Esperiana 14: 245-359., 2010
VARGA, Z.: Revision of the genus Xenophysa (Noctuidae, Noctuinae)., Abstracts IX. European Congress of Entomology, Budapest, 22-27. August 2010., 2010
FIBIGER, M., RONKAY, L., YELA, J.L. & ZILLI, A.: Rivulinae-Euteliinae and Micronoctuidae, and Supplement to Noctuidae Europaeae, Volume 1-11. In FIBIGER, M. (ed.): Noctuidae Europaeae, Volume 12., Entomological Press, Soroe, 445 pp. (megjelenik: 2010. december), 2010
VARGA, Z.: Biogeography of West Palaearctic Noctuidae., In: Fibiger, M., Ronkay, L., Yela, J.L. & Zilli, A.: Noctuidae Europaeae 12 (incl. Suppl. 1-12), pp. 265-274. Entomological Press, Sorø, 2010
VARGA, Z.: Revision of the genus Xenophysa Boursin, 1969 (Lepidoptera, Noctuidae), Submitted to Zootaxa, 2011
VARGA, Z. & RONKAY, L.: Architecture, simple physical principles, functional differentiation and dyssymmetry in male external genitalia in Noctuidae (Lepidoptera), Submitted to European Journal of Entomology, 2011
MIKKOLA, K., RONKAY, G., RONKAY, L., VARGA, Z. & ZILLI, A. –: The revision of the Apamea generic complex (Noctuidae). I. The ancient groups of the Himalayan-Sino-Pacific Apamea s.l., 16th European Congress of Lepidopterology, Cluj-Napoca/ Kolozsvár, 25-28. May 2009., 2009
RONKAY, G. & RONKAY, L.: New results in the taxonomy of the genus Cucullia sensu lato (Noctuidae)., 16th European Congress of Lepidopterology, Cluj-Napoca/ Kolozsvár, 25-28. May 2009., 2009
VARGA, Z.: Trends and biomechanical constraints in the structure and function of genitalia: contribution to the „lock-and-key principle (Noctuidae: Noctuinae, Hadeninae)., 16th European Congress of Lepidopterology, Cluj-Napoca/Kolozsvár, 25-28. May 2009., 2009
RONKAY, L.: The taxonomic atlas – lessons and perspectives., IX. European Congress of Entomology, Budapest, 22-27. August 2010., 2010
RONKAY, G. & RONKAY, L.: A Taxonomic Atlas of the Eurasian and North African Noctuoidea. Volume III. Apameini I. – 350 pp, 57 colour plates and 156 genitalia plate, Heterocera Press, Budapest, 2009



Back »