Behaviorální a jedové adaptace potravně specializovaných pavouků

Mgr. Ondřej Michálek, Ph.D.

Doctoral thesis

Behavioural and venomic adaptations of prey-specialised spiders

Abstract:

Pavouci jsou nejpočetnějšími suchozemskými predátory s obrovskou diverzitou potravních nik a loveckých strategií. Ačkoliv pouze malá část pavouků může být považována za specialisty s úzkým spektrem kořisti, tito specialisté využívají řadu morfologických, behaviorálních a jedových adaptací pro lov jejich preferované kořisti. U mnoha druhů však tyto adaptace doposud nebyly detailně prozkoumány. Zejména jedovým adaptacím nebyla příliš věnována pozornost. Cílem mé disertační práce bylo prozkoumat behaviorální a jedové adaptace specializovaných pavouků společně s dalšími aspekty jejich trofické specializace. Zaměřil jsem se na termitofágní, myrmekofágní a araneofágní pavouky, jelikož se živí nebezpečnou kořistí, která se může účinně bránit. Můžeme u nich tedy očekávat silnější selekci efektivních adaptací pro lov této kořisti, včetně specifických loveckých strategií a účinného jedu. Tato práce zahrnuje pět publikovaných vědeckých studií a dodatečná nepublikovaná data. V prvních třech článcích byla prozkoumána trofická ekologie a behaviorální adaptace vybraných druhů pavouků. Laboratorní experimenty odhalily, že potravně specializovaní pavouci mají užší trofickou niku než jejich příbuzní generalisté a využívají specifickou specializovanou strategii lovu pro ulovení jejich preferované nebezpečné kořisti. Čtvrtý článek je zaměřen na dvě jedové adaptace – velikost jedových žláz a složení jedu. Srovnávací analýza 40 druhů pavouků odhalila, že jedové žlázy generalistů jsou větší než u obligátních specialistů. Také komplexita složení jedu byla rozmanitější u generalistů než u specialistů. Poslední studie prozkoumala účinnost jedu vybraných potravně specializovaných pavouků. Ukázalo se, že jed specialistů je účinnější na jejich preferovanou kořist než na kořist alternativní, zatímco jed generalistů byl středně účinný na oba typy kořisti. Tato dizertační práce ukazuje, že jed potravně specializovaných pavouků představuje fascinující směs specificky účinných látek. Jedové adaptace by však měly být studovány v kontextu dalších trofických adaptací (např. loveckých strategií), abychom plně porozuměli evolučnímu vývoji těchto znaků.

Abstract:

Spiders are the most numerous terrestrial predators with a huge diversity of trophic niches and hunting strategies. Although only a small proportion of spiders can be considered as specialists with narrow diets, they utilize a plethora of morphological, behavioural and venomic adaptations to handle their focal prey. Yet, adaptations of many specialised spider species have not been investigated in detail. In particular, venomic adaptations have been studied insufficiently so far. The aim of my Ph.D. thesis was to investigate behavioural and venomic adaptations of spider specialists, along with other aspects of their trophic specialization. I focused on termitophagous, myrmecophagous and araneophagous spiders, as they feed on dangerous prey that could retaliate the attack. Therefore, stronger selection for effective adaptations to subdue such prey can be expected, including specific hunting strategies and potent venom. The thesis comprises of five published scientific papers and additional unpublished data. The first three studies focused on trophic ecology and behavioural adaptations of selected spider species. Laboratory experiments revealed that prey-specialised spiders have narrower trophic niche than related generalist taxa and utilize specific prey-capture behaviour to subdue their preferred dangerous prey. Fourth study focused on two venomic traits – venom gland size and venom composition. Comparative analysis of 40 spider species revealed that venom glands of generalists are larger than those of obligatory specialists, and that complexity of their venom is more diverse in generalists than in specialists. The last study explored venom efficiency of selected prey-specialised spiders. The results showed that specialists have more potent venom against specific preferred prey type and less potent against alternative prey, while venoms of generalists are moderately potent against both prey types. Overall, the thesis shows that venoms of prey-specialised spiders represent intruding mixtures of specifically active compounds. However, venomic adaptations should be studied in the context of other trophic adaptations (e.g., prey-capture strategies) to fully understand the evolutionary history of these traits.

Keywords

Adaptation, Evolution, Predation, Prey-specialization, Spiders, Trophic niche, Venom, Adaptace, Evoluce, Jed, Pavouci, Predace, Potravní specializace, Trofická nika

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 2. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 17. 6. 2020
• Supervisor: prof. Mgr. Stanislav Pekár, Ph.D.
• Reader: Mgr. Radek Michalko, Ph.D., prof. Trine Bilde, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Ecology