Polistes dorsalis est une espèce de guêpes sociales que l'on trouve dans diverses régions de l'Amérique du Nord. Il est classé dans les Vespidae au sein du genre Polistes. Les guêpes Polistes dorsales mâles se distinguent des autres espèces de Polistes par leur tubercule médian nettement proéminent du sternum 7. Les deux sexes peuvent également être reconnus en raison de leurs marques jaunes en forme de v sur la tête. Ils sont largement répartis à travers l'Amérique du Nord et peuvent être trouvés dans des nids abrités, généralement plus près du sol. Ces guêpes vivent dans une hiérarchie de dominance dans laquelle le rôle de la reine diffère de celui des ouvrières ordinaires. Lorsqu'elles sont menacées, ces guêpes peuvent provoquer des piqûres modérément douloureuses. Leur venin pourrait également présenter un intérêt humain pour leurs utilisations antimicrobiennes.

Un membre de la famille des Vespidae, Polistes dorsalis est classé au sein des Polistinae, l'une des plus grandes sous-familles comprenant un groupe diversifié de guêpes sociales. Sous cette sous-famille, il existe deux groupes comportementaux qui diffèrent par leurs méthodes de formation de colonies et la présence d'une dominance reproductive. Le premier de ces groupes forme des colonies par essaimage, car plusieurs fondatrices initient un nid. Au contraire, les guêpes Polistes sont indépendantes et un nid est construit par un individu ou par un nombre restreint de guêpes femelles. Les polistes dorsaux sont apparentés à P. fuscatus, P. metrics et P. carolina. P. dorsalis était autrefois connu sous le nom de P. hunteri.

Taxonomie et phylogénie

Les polistes dorsalis sont l'une des espèces les plus petites que certaines des autres guêpes Polistes. Les guêpes peuvent avoir deux ensembles d'ailes: les ailes antérieures et postérieures. Cette espèce de guêpe a tendance à avoir une longueur d'aile antérieure d'environ 11-17 mm. La plaque exosquelettique a la forme d'un bouclier et est située sous ses frons, généralement de couleur noire ou brun foncé avec une bande de jaune. Ses côtés sont également principalement de couleur noire avec des marques jaunes distinctes. Les segments allongés de son antenne, ou flagellomères qui proviennent de la base, ont tendance à être moins effilés et de couleur orange terne. L'abdomen de la femelle Polistes dorsalis peut être composé d'une alternance de sections orange terne, jaune, marron et noire. Les Polistes dorsalis femelles ont des colorations similaires à celles de P. fuscatus, P. apachus et P. bellicosus, mais peuvent être distinguées des deux en observant les marques fémorales et les différences de coloration. P. dorsalis a tendance à avoir une coloration plus noire et brune qui forme un anneau autour du fémur.

Description et identification

Les polistes dorsaux sont communs à la région sud-est des États-Unis, car ils ont été enregistrés dans divers États comme MA, NY et FL. Cette espèce de guêpe réside également dans toute l'Amérique du Nord et centrale, par exemple au large des côtes des Bahamas. Des groupes ont également été signalés au large des côtes de Mexico.It est caractéristique que leurs nids soient construits dans des zones très abritées et peu visibles, ce qui les rend plus difficiles à trouver pour les prédateurs. Pour cette raison, les amas de roches et les rondins évidés ainsi que d'autres abris trouvés près du sol constituent de bons sites de construction pour les nids de P. dorsalis. Cependant, ils peuvent également être couramment trouvés dans des zones de terrain plus ouvertes. Dans les zones urbaines, P. dorsalis a également choisi de construire des nids dans les arbustes et sur la bordure inférieure des toits. Les nids sont généralement petits et ouverts, sans enveloppe entourant la structure. Ils sont généralement à 1 étage et peuvent héberger jusqu'à 75 guêpes adultes.

Répartition et habitat

Initiation à la colonie
L'initiation des colonies chez les guêpes Polistes a généralement lieu au printemps. Parfois, une poignée de guêpes femelles, autrement appelées fondatrices, qui se sont accouplées commencent la colonie. Ensemble, ces femelles s'occuperont de leurs petits de manière coopérative. Dans d'autres cas, une seule fondatrice qui s'occupe d'une couvée composée uniquement de ses propres œufs initie un nid. Même au sein d'une colonie de plusieurs fondatrices, la plus grande des femelles a tendance à assumer rapidement le rôle de reine. Cette fondatrice devient alors la seule couche d'œufs de la colonie. Les autres fondatrices deviendront alors des subordonnées auxiliaires et ne contribueront plus aux tâches de reproduction.

Croissance et déclin des colonies
Début mai, les premières guêpes commencent à émerger. Dès le départ, ils remplissent leur rôle d'ouvriers de la colonie. Ces guêpes féminines jouent le rôle de subordonnées. Ils servent en prenant soin de la couvée, jeunes et vieux, aidant tout le monde dans le nid. Ils le font tout en cherchant de la nourriture pour maintenir le bien-être de la colonie. Ces travailleurs assumeront ce devoir d'aide toute leur vie, mais dans le cas où la reine disparaîtrait ou mourrait, un travailleur assumera facilement le rôle de reine. À ce moment-là, la reine aura également fait un effort pour chasser toutes les fondatrices restantes qui ont aidé à initier la colonie, le cas échéant. Cela fera de la place, permettant aux guêpes nouvellement émergées de contribuer à la colonie. La colonie commencera à décliner lorsque les travailleurs commenceront à mourir de vieillesse ou en raison d'une baisse des soins aux couvées. Lorsque les remplacements n'apparaissent plus, le nombre de colonies diminue jusqu'à la prochaine phase de reproduction.

Cycle des colonies

Hiérarchie de dominance
Bien qu'il n'y ait pas de caste morphologique distincte au sein des colonies de Polistes dorsalis, une hiérarchie de dominance est établie qui reflète des comportements différents en fonction du rôle joué par une guêpe au sein de la colonie. Physiquement, la plupart des femelles de la colonie sont capables de produire et de pondre des œufs, cependant, la reine a monopolisé ce rôle. Une division reproductive du travail s'est développée, car les ouvrières sont stériles ou partiellement stériles. En plus des différences de reproduction, les rôles de travail peuvent également être établis. Les rôles de P. dorsalis sont quelque peu fixes car les femelles ouvrières savent s'occuper de la couvée et entretenir la colonie au lieu de pondre leurs propres œufs. Parfois, les subordonnés s'engagent également dans des tâches plus à risque, comme quitter le nid pour se nourrir dans des environnements dangereux. Ils se nourrissent également davantage pour le nectar et la chasse aux proies, tandis que la guêpe dominante peut collecter des nutriments plus riches en fibres. La reine elle-même remplit le rôle de réguler l'activité de travail de ses guêpes subordonnées. Cette division du travail peut sembler être un système bénéfique à suivre car elle augmente l'efficacité de la ruche.

Altruisme
Chez de nombreuses guêpes sociales, dans ce cas Polistes dorsalis, la parenté génétique semble être un facteur principal qui contribue aux comportements altruistes. D'autres insectes eusociaux ont également tendance à présenter ces comportements. La règle de Hamilton s'applique une fois de plus: le comportement altruiste sera favorisé lorsque le bénéfice pour son parent par rapport au coût de son aptitude à être altruiste sera plus grand. Il y a aussi la nécessité de prendre en compte leur degré de parenté. Par conséquent, si la parenté est élevée, les avantages d'un comportement altruiste pour l'individu le sont également. Si la parenté est faible, le coût d'être altruiste pourrait être supérieur au bénéfice, diminuant la probabilité de comportements altruistes. Il est proposé que même la variation des niveaux d'altruisme différera d'une espèce à l'autre et sera peut-être plus élevée lorsque les individus ont une parenté plus élevée. Cependant, une hypothèse prédite selon laquelle la fréquence des subordonnés et la parenté seraient positivement corrélées reste à prouver. Cela peut être dû à des variations dans l'analyse coûts / avantages qui est prise en compte lors de la décision d'aider ou non. Il y a aussi d'autres facteurs qui jouent dans le comportement altruiste des guêpes, non pas en raison de la parenté, mais peut-être en raison de l'altruisme réciproque ou d'autres récompenses intrinsèques.

Comportement

Parenté génétique au sein des colonies
La règle de Hamilton est un élément clé de l'étude de la parenté en ce sens qu'elle note l'importance relative de la reproduction directe par rapport à une alternative de reproduction indirecte. Au sein des sociétés eusociales, l'haplodiploïdie joue un rôle lorsqu'on considère la parenté. Pour les guêpes, la reine est liée à 1⁄2 aux guêpes ouvrières. Les sœurs à part entière ont une parenté encore plus élevée que celle-ci, avec 3⁄4 gènes partagés. Cela explique pourquoi il pourrait être souhaitable pour les guêpes de vouloir la production de sœurs plutôt que d'avoir leurs propres filles. D'un point de vue génétique, il serait plus avantageux d'avoir plus de gènes transmis par une guêpe sœur que par une guêpe fille. De plus, si les fondatrices subordonnées commençaient à se reproduire, la parenté moyenne au sein de la colonie serait abaissée. Pour calculer la relation, le coefficient de relation, ou "r", peut être résolu en utilisant la formule: r = Σ (0,5) ^ L, où L = nombre de liens de génération. Cela mettra sous forme numérique la valeur de toutes les voies possibles. La parenté génétique entre les individus peut ensuite être comparée à travers ces valeurs.

Reconnaissance et discrimination des parents
L'étude de la reconnaissance du partenaire de nid chez les hyménoptères a été d'un intérêt scientifique, non seulement pour mieux comprendre les interactions au sein de diverses espèces, mais aussi pour contrôler potentiellement les insectes sociaux qui ont un impact économique. Chez les guêpes sociales, les guêpes polistes ont été utilisées comme modèle d'étude pour comprendre les mécanismes de reconnaissance des parents. La reconnaissance de la parenté peut être codée en observant divers traitements de certaines guêpes à d'autres à partir de leur nid d'origine par rapport à un traitement à des guêpes étrangères non apparentées. Il a été démontré chez des espèces de polistes que les fondatrices d'une certaine colonie étaient plus tolérantes à la présence de fondatrices sœurs qui ne vivaient pas dans la colonie que l'introduction de fondatrices non apparentées. Les guêpes ont tendance à apprendre certains indices de reconnaissance lorsqu'elles naissent dans un nid. Ces signaux de reconnaissance ont tendance à ne pas être sous forme de visuels ou de sons. Habituellement, c'est la présence d'indices chimiques partagés entre les partenaires du nid qui permet d'identifier les parents.

Systèmes sensoriels
Il existe également une hypothèse selon laquelle les systèmes sensoriels peuvent évoluer au fil du temps en raison de la mise en forme par les signaux. Le diamètre des facettes de l'œil d'une guêpe est lié à la surface de l'œil, qui est une partie importante du processus de signalisation visuelle. Il semble également y avoir une interaction entre la surface de l'œil et les espèces ayant des yeux plus petits, montrant une plus grande augmentation du diamètre maximal des facettes pour les petits yeux par rapport aux espèces ayant des yeux plus grands. La signalisation visuelle a en fait influencé la morphologie des yeux chez les espèces Polistes. On s'attend généralement à ce que les facettes plus grandes améliorent la détection du signal grâce à une résolution visuelle améliorée. La sélection pourrait avoir un rôle dans l'amélioration des entrées sensorielles. Les polistes vivent dans des zones ouvertes et s'appuient sur des indicateurs visuels de danger. Par conséquent, il est important de savoir comment la communication et la détection des signaux sont effectuées et évoluent dans le temps. Les systèmes sensoriels peuvent être des entités dynamiques car ils sont importants pour les fonctions de guêpe.

Conflit ouvrier-reine

Sélection des parents

Piqûre
De nombreuses guêpes sont connues pour utiliser leurs capacités urticantes comme moyen de défense tactique contre divers prédateurs. Le dard physique se distingue comme la partie de la guêpe qui injecte physiquement du venin aux délinquants. La piqûre, en revanche, fait référence à l'événement réel. L'efficacité des piqûres tend à dépendre du niveau de douleur infligé sur la toxicité ou la capacité paralysante de certains types de venin. Sur une échelle de douleur développée par Christopher K. Starr dans cet article cité, Polistes dorsalis se classe dans la gamme 2 sur une échelle de 5 points (de l'absence de douleur à la douleur traumatique), ce qui est assez cohérent par rapport aux autres espèces de Polistes. Un certain nombre de facteurs jouent dans l'intensité de la piqûre de chaque guêpe individuelle. La taille de la colonie, ou la taille de l'agrégation, affecte la facilité avec laquelle ils peuvent attaquer lorsqu'ils sont dérangés ou se sentent menacés. Il semble qu'avec de plus grands groupes de guêpes, moins de provocation est nécessaire pour qu'elles attaquent. De plus, la taille du prédateur et sa tolérance à la douleur affecteraient également cette échelle de douleur relative. Les plus petits animaux ont généralement des seuils de douleur plus petits que les plus grands. La toxicité, bien qu'elle ne soit pas le déterminant clé de l'efficacité, joue également un rôle, en ce sens que le venin de toxicité plus élevée a tendance à être plus douloureux.

Parasitisme
Elasmus polistis Burks est un ectoparasite, un parasite qui vit à l'extérieur de ses hôtes. Les larves de guêpes Polistes ont été la proie de ce parasite de la couvée. Elasmus polistis Burk est même classé comme un parasite primaire de divers types de polistes, en particulier aux États-Unis. Les femelles adultes d'E. polistis profitent des pupes Polistes dorsales au stade précoce, lorsqu'elles sont encore dans les cellules coiffées du nid, en pondant leurs propres œufs au-dessus de ces pupes Polistes immobiles. Dans un cas, jusqu'à 103 nymphes d'E. polistis ont été découvertes sur un hôte de Polistes. Lorsque ces pupes parasites émergent de l'œuf sous forme de larves, elles se nourrissent des pupes de P. dorsalis jusqu'à ce qu'il ne reste que des matières non comestibles. Leur matière fécale excrétée est ensuite utilisée pour construire un mur de défense à l'extrémité fermée de la cellule afin de se protéger contre les guêpes polistes potentielles qui voudraient les attaquer.

Interaction avec d'autres espèces

Peptides antimicrobiens du venin
La capacité des agents pathogènes bactériens à développer une résistance aux antibiotiques conventionnels est un problème croissant au sein de la société d'aujourd'hui. De plus, cette croissance se produit à un rythme considérablement rapide, ce qui pousse les scientifiques à se tourner vers d'autres méthodes de contrôle de ce problème. Les peptides antimicrobiens (AMP) proviennent de sources naturelles et semblent être un objectif majeur pour les scientifiques. L'expérimentation des mécanismes uniques de ces peptides a donné aux scientifiques la possibilité de développer de nouveaux médicaments dans la lutte contre les bactéries. Les AMP ont le potentiel de tuer une variété de micro-organismes et font partie de la défense du corps en participant à la réparation de l'hôte et en gérant les réponses immunitaires adaptatives. Ils sont également résistants aux antimicrobiens ce qui leur donne un avantage lors de la formation d'un traitement. De plus, en raison de la composition de leurs membranes, la plupart des peptides antimicrobiens ne sont toxiques que pour les bactéries, mais pas pour les cellules eucaryotes. C'est la base de l'intérêt pour le venin des Polistes dorsalis. Les membres de la famille des Vespidae ont été étudiés et ont montré qu'ils contenaient des peptides avec des conformations α-hélicoïdales dans le venin. Cette conformation et ses propriétés amphipathiques permettent à ces peptides de percer la membrane des bactéries et de s'assembler, ce qui entraîne l'effondrement de la membrane et la mort des bactéries. Les scientifiques travaillent à modifier la structure de ces AMP pour les rendre plus amphipathiques, ce qui contribuera à l'activité antimicrobienne. Le venin de Polistes dorsalis présente donc un intérêt pharmacologique.

Pollinisation
L'ergot est un type de champignon qui a tendance à pousser sur les céréales et les herbes, y compris le seigle. Le champignon Claviceps spp. infecte la tête fleurie et remplace le grain du seigle par un ergot de seigle qui est un mycélium fongique dur et compact, de couleur violet foncé. De plus, le miellat d'ergot suinte de ces têtes fleuries. Les insectes se nourrissent souvent de cet exsudat et servent de vecteurs qui le transportent de source en source. L'examen des Polistes dorsaux pendant leur comportement de recherche de nourriture a révélé la présence de conidies fongiques sur diverses parties de leur corps, y compris les antennes, les pièces buccales et dans leur intestin. Par conséquent, cette espèce de guêpe a été identifiée comme l'un de ces insectes, transmettant potentiellement ce champignon causal de l'ergot. Cela fait partie du comportement de recherche de nourriture de la guêpe, car elle se concentre exclusivement sur la localisation des herbes infectées par des champignons et la collecte de ce miellat d'ergot. P. dorsalis transporte les gouttelettes dans ses pièces buccales de l'herbe infectée comme Paspalum dilatatum Pior, puis rampe ou se déplace en sautillant vers d'autres fleurons de la région. Les polistes peuvent également différencier les têtes d'herbe infectées des têtes non infectées et se posent généralement sur des herbes non infectées uniquement à des fins de toilettage. S'arrêter sur ces sites de toilettage augmente la probabilité qu'ils servent de vecteurs à la propagation de l'infection fongique, en plus de visiter diverses espèces d'herbes pendant la recherche de nourriture.

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