Effetto della miscelazione dello sperma di fuchi sulle caratteristiche qualitative dello sperma: uno studio preliminare

PREMESSA:

Dopo la copulazione, lo sperma di più fuchi di Apis mellifera spp. si miscela all'interno della spermateca di una regina e il comportamento dello sperma in questo ambiente è importante per la sopravvivenza dello sperma stesso e per una fecondazione di successo. Il sistema di accoppiamento poliandro delle api da miele può inoltre consentire la “scelta femminile criptica” (capacità di espellere proporzionalmente l'eiaculato dei maschi in relazione al grado di preferenza che hanno per l'individuo con cui si sono accoppiate) e la competizione spermatica per selezionare specifici tratti dello sperma per consentire una riproduzione di successo.

Questo studio preliminare ha esaminato molteplici parametri di qualità nello sperma misto di fuchi. Trentuno eiaculati di fuchi sono stati raccolti e divisi per essere mescolati con uno e due altri semi di fuchi. Un sistema computerizzato è stato utilizzato per analizzare i parametri di funzionalità dello sperma, al basale e a 60 minuti. Dopo tale periodo i campioni misti di sperma hanno mostrato cambiamenti in termini di funzionalità. La percentuale di motilità è diminuita significativamente nei campioni di due fuchi (p= 0,004). Al contrario, i campioni di tre fuchi avevano una motilità e parametri cinematici costantemente inferiori al basale, ma dopo un'ora è stato l'unico gruppo a mostrare un miglioramento della motilità progressiva dello sperma, della velocità di nuoto e della cinematica. La concentrazione dello sperma era correlata alla maggior parte dei parametri di funzionalità, mentre le misurazioni morfologiche no. I cambiamenti della funzionalità dello sperma osservato in questo studio, possono essere attribuiti a una combinazione di fattori, tra cui la miscelazione dello sperma dei fuchi, la concentrazione di sperma e il tempo che consente una potenziale interazione dello sperma.

INTRODUZIONE:

Spermatozoi vivi e morti

Nelle specie di insetti poliandri, una femmina si accoppia con più maschi e quindi riceve sperma da diversi maschi. In particolare nell'ordine degli imenotteri, l'accoppiamento poliandrico aumenta la diversità genetica e successivamente la salute e la forma fisica della colonia. L'ape da miele (Apis mellifera spp.) è un esempio di iperpoliandria, dove in alcune sottospecie una regina può accoppiarsi con ben 77 fuchi (Withrow e Tarpy 2018; Delaplane et al. 2021). L'effetto benefico della poliandria delle api da miele sulla salute e sulla forma fisica della colonia è evidenziato dalla migliore produttività e dalle prestazioni dei compiti da parte delle operaie (Delaplane et al. 2021), come il bottinamento, l’efficienza e la maggiore sopravvivenza della covata (Mattila e Seeley, 2007; Delaplane et al. 2021). Le colonie poliandre sembrano inoltre essere più popolose con un incremento della produzione di covata (Mattila e Seeley 2007). Un altro caratteristica del sistema di accoppiamento poliandro nell'ape da miele è quella di prevenire l'esaurimento dello sperma (Delaplane et al. 2021), per evitare che le spermateche delle regine esauriscano lo sperma. Di conseguenza, la copulazione con più partner potrebbe garantire un apporto sufficiente di spermatozoi in possesso di tratti specifici per migliorare il successo della fecondazione a lungo termine. Ad esempio, la sottospecie sudafricana, A.m. capensis, è una specie con fuchi più piccoli, che producono un numero di spermatozoi più basso e ha regine che possiedono una spermateca più grande, e quindi potenzialmente richiede un numero di accoppiamenti più elevato rispetto alle sottospecie europee, ad esempio A.m. carnica, per fornire una quantità sufficiente di spermatozoi per tutta la vita (Kraus et al. 2004).

Si può ben spiegare che il gran numero di spermatozoi ricevuti dopo l'accoppiamento multiplo può servire come meccanismo di tamponamento per garantire ulteriormente che ci sia un numero sufficiente di spermatozoi con qualità ottimale e capacità potenzialmente fertile (competizione di sperma all'interno della spermateca). Contrariamente alle regine, i fuchi delle api da miele si accoppiano solo una volta e dopo la copulazione il destino e la sopravvivenza dello sperma dipendono dalla regina (Den Boer et al. 2010). È risaputo che da 4 a 6 milioni di spermatozoi (3-5% di tutto lo sperma dei fuchi e 5-10% per ogni singolo sperma di fuco) raggiunge e viene immagazzinato nella spermateca, mentre il resto viene espulso (Baer 2005; Gençer e Kahya 2020; Liu et al. 2020) attraverso la borsa copulatrix (Gençer et al. 2014). Infine, solo da 1 a 1,6 milioni di spermatozoi vengono utilizzati per fecondare gli ovuli negli anni a venire (Baer 2005). Considerando la quantità di sperma immagazzinato e utilizzato, e che lo sperma deve essere vitale per anni, è ovvio che anche la qualità dello sperma è importante (Baer 2003; Stürup et al. 2013). Pertanto, i ricercatori hanno ulteriormente suggerito e studiato la presenza di competizione nello sperma (Moritz 1986; Woyciechowski e Król 1996; Shafir et al. 2009). La competizione spermatica di per sé può essere guidata da fattori pre e post-accoppiamento, tra cui la competizione maschio-maschio e la scelta femminile criptica.

Nel caso del post-accoppiamento, sia la competizione intra-oviduttale che intra-spermatecale è stata suggerita nell'ape (Gençer e Kahya 2020). La competizione spermatica può verificarsi ulteriormente quando lo sperma lascia la spermateca, entrando e uscendo dal dotto spermatecale per raggiungere, penetrare e infine fertilizzare l'uovo (Harbo 1990). Inoltre, la competizione degli spermatozoi nel caso dell'accoppiamento poliandro, spesso si traduce nel miglioramento degli spermatozoi che possiedono tratti specifici vantaggiosi per la fecondazione (Pearcy et al. 2014). I tratti di qualità dello sperma da considerare in termini di capacità di fertilizzazione includono motilità progressiva, velocità di nuoto, vitalità, morfologia dello sperma e/o dimensioni specifiche dei componenti dello sperma (ad esempio lunghezza della testa e della coda dello sperma e lunghezza totale dello sperma) (Fitzpatric e Lüpold 2014; Pearcy et al. 2014). La comprensione approfondita della cinematica dello sperma degli insetti è tuttavia limitata. I parametri cinematici o di movimento dello sperma di solito includono parametri di velocità dello sperma, ad esempio velocità curva (VCL), velocità della linea retta (VSL) e velocità media del percorso (VAP); parametri del rapporto di velocità, ad esempio linearità (LIN), rettilineità (STR) e oscillazione (WOB); parametri caratteristici dell'oscillazione dello sperma, cioè ampiezza dello spostamento laterale della testa (ALH) e frequenza della catena del battito (BCF) (Lu et al. 2014; OMS 2021). La cinematica degli spermatozoi è ampiamente utilizzata per valutare le prestazioni degli spermatozoi dei mammiferi con l'aiuto di tecnologie avanzate come i sistemi di analisi degli spermatozoi assistiti da computer (CASA), che tracciano la testa dello sperma per determinarne il movimento (Hook and Fisher 2020; OMS 2021). Applicare tali tecnologie per valutare lo sperma degli insetti, tuttavia, è piuttosto difficile considerando la loro testa molto più piccola e i loro lunghi flagelli; spiegando la mancanza di tali analisi dettagliate.

Sopra i modelli di nuoto elicoidale singoli e combinati. Sotto il nuoto più progressivo dello sperma (microscopia di contrasto a fase negativa).

Dopo la copulazione, gli spermi delle api da miele vengono mescolati (Borsuk et al. 2018) e formano densi fasci di spermatozoi nella spermateca (Wegener et al. 2014), e il loro comportamento cambia dopo diverse ore, per formare gruppi di spermatozoi nuotatori circolari (Tofilski et al. 2018). Tali cambiamenti comportamentali possono essere indicativi di interazioni sperma-sperma o di cooperazione tra spermatozoi, fattori che possono anche svolgere un ruolo molto importante nel successo della fecondazione negli insetti (Lüpold et al. 2012; Pearcy et al. 2014). Ad esempio, la cooperazione degli spermatozoi in alcuni insetti può comportare cambiamenti nella motilità e nella velocità di nuoto per migliorare la migrazione attraverso il tratto riproduttivo (Pizzari e Foster 2008; Lüpold et al. 2012; Pearcy et al. 2014; Liberti et al. 2018). Tuttavia, l'aumento della motilità e della velocità potrebbe eventualmente compromettere la vitalità, il che è importante per lo stoccaggio dello sperma a lungo termine.

Il movimento dello sperma è associato ad un aumento del metabolismo e richiede una produzione di energia sufficiente. I mitocondri producono adenosina trifosfato (ATP), ma anche specie reattive dell'ossigeno (ROS), che sono importanti per la regolazione del movimento dello sperma. Tuttavia, la sovrapproduzione di ROS, che può verificarsi a causa dell'aumento della motilità, può eventualmente portare allo stress ossidativo (Reinhardt 2007) se supera la capacità antiossidante delle cellule (Abdelkader et al. 2018). Lo stress ossidativo a sua volta può causare danni alle cellule spermatiche, e alla fine portare al deterioramento della struttura e della funzione dello sperma, e infine alla morte cellulare (Reinhardt 2007; Abdelkader et al. 2018). Ad esempio, in due studi, l'esposizione in vivo dei fuchi delle api da miele adulte (Abdelkader et al. 2018), così come l'esposizione in vitro dello sperma delle api da miele agli insetticidi (Abdelkader et al. 2015), ha portato a sperma con una maggiore attività metabolica come dimostrato dall'aumento della produzione di ATP. Tuttavia, in entrambi gli studi, l'attività metabolica sovraregolata ha aumentato la mortalità degli spermatozoi e quindi ha diminuito la vitalità degli spermatozoi (Abdelkader et al. 2015, 2018).

Nella maggior parte degli studi, la miscelazione in vitro dello sperma del fuco delle api da miele non sembra avere alcun effetto sulla vitalità dello sperma (Shafir et al. 2009; Tofilski et al. 2012; Gençer et al. 2014). Anche la vitalità dello sperma non sembra differire tra gli ovidotti laterali e la spermateca e all'interno della spermateca stessa dopo quattro ore, periodo di tempo durante il quale la migrazione dello sperma dagli ovidotti alla spermateca è più alta nei casi di regine inseminate artificialmente (Gençer e Kahya 2011). Il comportamento e/o la qualità dello sperma a seguito della miscelazione con lo sperma di più fuchi durante e dopo la copulazione nelle api da miele rimane limitata alla ricerca che indaga sui cambiamenti nei modelli di nuoto e nella vitalità. Inoltre, non è nemmeno chiaro quali tratti dello sperma (strutturali e funzionali) siano più vantaggiosi per partecipare alla fecondazione degli ovuli.

Nelle specie monandre di imenotteri (cioè il maschio è poliandro e non la regina) come la maggior parte delle specie di bombi e le api solitarie (Baer 2003), i tappi di sperma sono formati dai maschi dopo l'accoppiamento che limitano le possibilità di un accoppiamento aggiuntivo da parte delle femmine. Successivamente solo lo sperma di un maschio raggiungerà la spermateca senza l'esposizione allo sperma di altri maschi. Con questo comportamento di accoppiamento, è meno probabile che la competizione spermatozoi all'interno del tratto riproduttivo femminile si verifichi in queste specie (Baer et al. 2006; Strobl et al. 2019).

In questo studio preliminare, abbiamo mirato a fornire maggiore chiarezza sui tratti di qualità dello sperma dei fuchi di A.m. capensis e su come la miscelazione dello sperma di più fuchi possa influenzare il comportamento e/o la qualità complessiva dello sperma. Abbiamo analizzato una vasta gamma di parametri di qualità dello sperma dei singoli fuchi e sperma misto in vitro. Il primo obiettivo ha determinato se la miscelazione dello sperma di diversi fuchi altera le caratteristiche funzionali dello sperma (parametri di motilità e parametri cinematici) e il secondo obiettivo ha determinato se le caratteristiche strutturali (componenti dello sperma) influenzano la funzionalità o il comportamento osservato dello sperma.

MATERIALI E METODI: vedi articolo originale

RISULTATI:

Spermateca di ape regina piena di seme

Questo studio fornisce nuove informazioni sui cambiamenti nei parametri funzionali e strutturali dello sperma del fuco delle api da miele a seguito della miscelazione in vitro. Tofilski et al. (2018) hanno riportato cambiamenti nel movimento degli spermatozoi nel tempo nelle spermateche delle regine artificialmente e naturalmente inseminate; le osservazioni non hanno rivelato alcun movimento visibile in avanti dello sperma per le prime 8 ore, con solo una piccola frazione che ha mostrato un movimento in avanti veloce. Dopo 16 ore, tuttavia, sono stati osservati movimenti circolari coordinati e gruppi molto lenti di spermatozoi circolari che nuotano. Sebbene le nostre osservazioni siano state interrotte dopo 60 minuti dopo la miscelazione dello sperma, i nostri risultati sono in gran parte in accordo con le osservazioni fatte da Tofilski et al. (2018) che mostrano che nei gruppi di sperma misti di fuchi la maggior parte degli sperma erano NP e nuoto lento e mostrava gruppi di spermatozoi di nuoto circolare. La motilità totale è stata inizialmente la più alta nei campioni individuali e a due fuchi, ma è diminuita notevolmente nei campioni a due fuchi dopo 60 minuti, mentre sono state notate diminuzioni minori nei campioni a tre fuchi nel tempo.

Questo risultato supporta le osservazioni fatte nei fuchi di A.m. carnica, dove la miscelazione dello sperma di due fuchi maturi ha provocato inizialmente sperma molto attivo, ma questa attività in seguito è scomparsa (Borsuk et al. 2011). Sfortunatamente, questi autori non hanno fornito un lasso di tempo specifico per la valutazione. Inoltre, in altri insetti come la formica tagliafoglie, Acromyrmex echinatior, il fluido seminale di un maschio ha dimostrato di aumentare la motilità dello sperma in misura minore, per preservare la vitalità, mentre se miscelato con la motilità del fluido seminale di un maschio rivale è stata notevolmente migliorata (Liberti et al. 2018). La percentuale di motilità totale di una popolazione di sperma comprende la percentuale di sperma PR e NP. Nei campioni a due fuchi la percentuale di NP e spermatozoi che nuotano lentamente è diminuita nel tempo senza un aumento proporzionale degli spermatozoi che nuotano progressivamente o più veloci, come ci si aspetterebbe. Invece, la percentuale di spermatozoi immotili è aumentata (aumento >50%) insieme a una diminuzione della percentuale di spermatozoi motili nel tempo. Sembra quindi che la miscelazione dello sperma di due fuchi correlati abbia influenzato negativamente la qualità dello sperma in questo studio. La motilità dello sperma può essere influenzata dall'integrità della cellula spermatica, cioè dall'integrità della membrana o dalla permeabilità, che se compromessa provocherà la perdita di sostanze importanti necessarie per il movimento, come l'ATP. In definitiva, una riduzione dell'ATP si tradurrà in spermatozoi immobili o meno mobili.

La presenza di superossido dismutasi (SOD) nello sperma ha anche un ruolo importante nella sopravvivenza e nella motilità dello sperma, funzionando come antiossidante. Pertanto, se lo stress ossidativo causato dalla sovrapproduzione di ROS supera le proteine antiossidanti nello sperma, la funzione dello sperma può essere compromessa (Reinhardt 2007; Abdelkader et al. 2014, 2018). È quindi possibile che lo sperma nei campioni di due fuchi sia stato compromesso a causa dello stress ossidativo. Poiché non abbiamo studiato la vitalità dello sperma nel tempo, non possiamo confermare che l'aumento della percentuale di spermatozoi immobili costituisse un aumento del numero di sperma morti. Den Boer et al. (2010), pur ottenendo sperma da vescicole seminali, hanno dimostrato che la sopravvivenza degli spermatozoi in sei diverse specie di insetti, tra cui le api da miele e le formiche tagliafoglie (Atta colombica  e Acromyrmex echinatior), è aumentata se lo sperma è stato trattato con il proprio fluido seminale, ma è diminuito quando lo sperma di un singolo maschio è esposto al fluido seminale di un maschio imparentato (fratello) o non imparentato della stessa specie. Gli autori hanno suggerito che il fluido seminale sembra contenere sostanze che possono indurre l'inabilità, riducendo così la vitalità dello sperma, ma anche aumentando la sopravvivenza dello sperma. Tuttavia, nel caso di miscelazione dello sperma di due fuchi non imparentati, dopo aver conservato i campioni per quattro giorni a 25 °C, Shafir et al. (2009) hanno osservato una percentuale di vitalità non significativa più alta rispetto ai singoli campioni di fuchi, mentre Tofilski et al. (2012) non hanno trovato alcuna differenza nella vitalità dello sperma una volta valutato dopo la raccolta.

Negli studi in cui è stato miscelato più sperma di fuchi, è stata osservata una percentuale di vitalità molto più bassa nei campioni di sperma a quattro fuchi (< 50%) rispetto ai singoli campioni (Collins 2004), ma nel caso di miscelazione di campioni di sperma da 5 a 8 (Collins 2003) o 8 a 10 (Gençer et al. 2014), la vitalità non è stata influenzata. Inoltre, Tofilski et al. (2012) hanno dimostrato un aumento delle particelle in campioni di due fuchi e hanno suggerito che potrebbe essere il risultato della competizione di sperma per cui il fluido seminale di diversi fuchi può causare la coagulazione al fine di immobilizzare lo sperma di un altro. Non abbiamo osservato la coagulazione dei campioni in questo studio. La discrepanza nelle osservazioni per la vitalità dello sperma potrebbe essere il risultato di studi che utilizzano diversi metodi per la raccolta, la conservazione e la preparazione dello sperma, che possono causare danni allo sperma (Collins 2004; Shafir et al. 2009; Gençer et al. 2014).

Va notato che anche la vitalità dello sperma tra i singoli fuchi può variare (Collins 2004). Inoltre, molti altri fattori sono stati associati a una ridotta vitalità dello sperma, ad esempio, l'età dei fuchi. È stato anche suggerito che fattori ambientali come le differenze stagionali, le risorse floreali per la nutrizione e in particolare l'esposizione a parassiti e pesticidi, possono persino avere un maggiore effetto sulla vitalità dello sperma (Rangel e Fisher 2019; Yaniz et al 2020; Morais et al. 2022). Soprattutto il tasso di infestazione di Varroa delle colonie e i miticidi utilizzati nelle colonie contro Varroa dovrebbero anche essere considerati come possibili fattori che possono influenzare la vitalità dello sperma dei fuchi (Collins 2004; Rinderer et al. 1999). I tassi di infestazione di Varroa delle colonie in questo studio non sono stati determinati. La vitalità dello sperma è più alta nella spermateca che negli eiaculati, il che indica che la vitalità dello sperma è importante per la selezione (Lodesani et al. 2004).

Inseminazione Strumentale

La vitalità dello sperma è importante sia nel fuco che nella regina, ma i meccanismi per preservare la vitalità dello sperma sembrano differire. Ad esempio, la quantità di proteine (enzimi) coinvolte nel metabolismo differisce considerevolmente tra il liquido spermatecale e quello seminale, con il primo contenente molte più sostanze per sostenere la sopravvivenza dello sperma (Collins et al. 2006; Baer et al. 2009). All'interno della spermateca la vitalità degli spermatozoi sembra essere mantenuta da spermatozoi densamente imballati che riducono l'effetto della diluizione e a loro volta riducono lo stress osmotico e la respirazione endogena. Di conseguenza, il metabolismo dello sperma densamente imballato è ridotto (Reinhardt 2007). La relazione tra vitalità dello sperma e motilità all'interno della spermateca è ancora più importante perché la vitalità dello sperma è mantenuta anche limitando la motilità. Rispetto allo sperma di fuco, la concentrazione di sodio e potassio all'interno della spermateca è molto più alta suggerendo una riduzione della motilità dello sperma (Verma 1973). La presenza di sperma immotili sembra essere associata alle regine più anziane quando il numero di spermatozoi e la ipertonicità sono ridotti (Al Lawati et al. 2009). Tuttavia, la ridotta vitalità dello sperma misto di più fuchi potrebbe avere particolari implicazioni per l'inseminazione artificiale (AI) considerando che, rispetto alle regine naturalmente accoppiate, la vitalità dello sperma nelle regine dell'IA si riduce in misura maggiore nel tempo (Tarpy e Olivarez 2014; Lodesani et al. 2004). La ridotta vitalità dello sperma può rappresentare una minaccia per la riproduzione della regina in quanto può diventare fucaiola (uova non fecondate). Tuttavia, è stato anche dimostrato che nel caso dell'IA, lo sperma con una vitalità del 42,6% è ancora sufficiente per le regine per deporre una quantità sufficiente di uova fecondate (Collins 2000).

In contrasto con l'effetto dei campioni di due fuchi sul movimento dello sperma, la miscelazione dello sperma di tre fuchi sembra migliorare il movimento degli sperma nel tempo. Ad esempio, in questo gruppo, la diminuzione della percentuale di NP e degli spermatozoi che nuotano lentamente nel tempo è stata accompagnata da un aumento delle percentuali di PR e di sperma che nuotano più velocemente, con la maggior parte dei risultati più alti rispetto ai campioni individuali e a due fuchi. Inoltre, questo è l'unico gruppo in cui tutti i parametri cinematici (anche se non significativamente) sono aumentati nel tempo, con aumenti in particolare in VSL, LIN e STR, con gli ultimi due parametri che dipendono rispettivamente da VSL e VCL, VSL e VAP. Nell'ape da miele, percentuali di motilità degli spermatozoi più elevate sono state associate a parametri di motilità aumentata tra cui motilità progressiva e motilità rapida, nonché parametri cinematici VCL, VSL e VAP e LIN, STR nei singoli campioni di fuco raccolti da vescicole seminali (Inouri-Iskounen et al. 2020) ed eiaculati (Murray et al. 2022). Suggeriamo che i cambiamenti osservati nella motilità degli spermatozoi e nei parametri cinematici dei campioni di tre fuchi in questo studio sono probabilmente correlati a una combinazione di fattori, tra cui la concentrazione di sperma, la cooperazione degli spermi e il tempo. Questo gruppo aveva una concentrazione di spermatozoi molto più alta, che era positivamente correlata ai parametri funzionali.

Una maggiore concentrazione di sperma potrebbe anche avere una maggiore viscosità e, a sua volta, un aumento del movimento degli spermatozoi, come osservato nella spermateca (Tofilski et al. 2018). Al-Lawati et al. (2009) hanno inoltre ipotizzato che la ipertonicità all'interno della spermateca possa essere responsabile del movimento circolare dello sperma, ed è possibile che con la maggiore concentrazione di sperma nei campioni di tre fuchi la ipertonicità sia aumentata. In altri insetti, ad esempio, la mosca della gobba (Curtis e Benner 1991) e la formica del deserto (Pearcy et al. 2014) hanno aumentato la viscosità media, portando ad un aumento della velocità dello sperma. La maggiore concentrazione di spermatozoi potrebbe anche aver contribuito a una migliore cooperazione degli spermatozoi. La cooperazione degli spermatozoi è stata precedentemente osservata in altri insetti dell'ordine degli imenotteri, come la formica del deserto eusociale (Cataglyphis savignyi) dove dozzine di spermatozoi si aggregano per formare fasci di sperma, e ha portato a una velocità degli spermatozoi superiore del 50% rispetto a quella dei singoli spermatozoi. Tale comportamento cooperativo è stato ulteriormente suggerito per aumentare le possibilità per un singolo maschio di contribuire a un maggior numero di spermatozoi che raggiungono e vengono immagazzinati nella spermateca (Pearcy et al. 2014).

Infine, i cambiamenti nel movimento e nella motilità dello sperma del fuco delle api sono stati attribuiti anche al tempo trascorso tra le osservazioni (Tofilski et al. 2018; Yaniz et al. 2019), poiché il tempo può consentire allo sperma di stabilizzarsi (Tofilski et al. 2018). Tuttavia, come accennato in precedenza, dovrebbe essere considerato che l'ambiente all'interno del tratto riproduttivo e della spermateca della regina è diverso da quello negli eiaculati. In caso di accoppiamento o inseminazione riuscita, viene immagazzinato solo un certo numero di spermatozoi, e questo numero di spermatozoi sembra inoltre essere lo stesso indipendentemente dal numero di sperma dei fuchi utilizzato per l'inseminazione artificiale come mostrato da Woyciechowski e Król (1996). Nelle regine di A.m. capensis, ad esempio, la concentrazione di sperma nelle spermateche sembra variare tra 3 e 11 milioni per volume spermatecale di circa 1 µl. In questo studio la concentrazione di sperma di tutti i gruppi è rientrata all'interno di questo intervallo, e non si sa come il movimento dello sperma sarà influenzato all'interno della spermateca con concentrazioni di spermatozoi così variabili in questa specie. La grande variazione della concentrazione di spermatozoi osservata in questo studio concorda con i risultati precedenti nella stessa specie (Murray et al. 2022). Inoltre, lo sperma del fuco di A.m. capensis sembra essere più corto di altre sottospecie come i fuchi carnici (Gontarz et al. 2016), che possono influenzare ulteriormente il movimento dello sperma in tale ambiente. Inoltre, all'interno della spermateca sperma è esposto al fluido spermatecale e al metabolismo anaerobico rispetto al metabolismo aerobico negli eiaculati (Liu et al. 2020). La struttura riferita alla funzione e alla motilità nello sperma degli insetti può quindi essere influenzata dalla sua lunghezza (Fitzpatric e Lüpold 2014). Nella Drosophila, ad esempio, è presente il polimorfismo degli spermatozoi, con lo sperma più lungo che nuota più lentamente rispetto allo sperma corto e questo ha fornito allo sperma più lungo un vantaggio di resistere all’espulsione dello sperma da parte della femmina dal suo tratto riproduttivo (Lüpold et al. 2012).

Tuttavia, in questo studio, le dimensioni dei componenti dello sperma non differivano tra i tre gruppi e non sono state trovate correlazioni tra i parametri di motilità e i componenti dello sperma. In altre specie di imenotteri, come la vespa Dahlbominus fuscipenni, cinque diversi tipi di spermatozoi sono presenti nelle vescicole seminali dei maschi, ma le spermateche sono di dimensioni uniformi (Lee e Wilkes 1965). Sebbene siano stati notati cambiamenti stagionali nelle dimensioni dello sperma delle api da miele (Gontarz et al. 2016), la presenza del polimorfismo degli spermatozoi nello sperma che raggiunge e si conserva nella spermateca dell'ape dopo la copulazione deve ancora essere descritta. Gli spermatozoi più corti dei fuchi  di A.m. capensis può avere movimenti di sperma diversi rispetto agli spermatozoi più lunghi di altre sottospecie. Una limitazione di questo studio è che non è stata valutata la dimensione individuale del corpo del fuco, fattore che è stato precedentemente dimostrato di influenzare la concentrazione di sperma o il numero di sperma per eiaculato nei fuchi delle api da miele (Schlüns et al. 2003; Bratu et al. 2022), così come la presenza di spermatozoi anormali negli eiaculati (Bratu et al. 2022). Tuttavia, secondo i risultati ottenuti da esperimenti precedenti nel nostro laboratorio, il peso corporeo non sembra avere un effetto negativo sulla concentrazione di sperma.

CONCLUSIONI:

Concludiamo che i risultati ottenuti per la motilità e i parametri cinematici in questo studio possono in parte essere attribuiti alla combinazione di vari effetti della miscelazione di sperma da fuco, concentrazione di spermatozoi e disposizione degli spermatozoi nel tempo, ma non necessariamente genetica. Tuttavia, è importante notare che lo sperma mescolato in vitro non è sottoposto a scelta femminile criptica, per cui solo una piccola percentuale di sperma ricevuto da più fuchi dopo l'accoppiamento viene selezionato per essere immagazzinato nella spermateca. Sebbene ci siano fattori ambientali che possono influenzare la qualità della regina, la qualità dello sperma dei fuchi svolge un ruolo molto importante nella salute della regina e nella sua riproduttività a causa dell'induzione di cambiamenti post-accoppiamento. Questi cambiamenti influenzano ulteriormente la salute e le prestazioni delle colonie (Brutscher et al. 2019).

Eversione endofallo con seme esposto

Pertanto, i nostri risultati possono essere particolarmente rilevanti per i programmi di inseminazione artificiale e gli apicoltori, valutando la qualità dello sperma del fuco (come la concentrazione di sperma, la motilità e la vitalità) come indicatore o bio marcatore per la salute della regina e successivamente della colonia. Nel caso dell'IA, valutare il pool di spermatozoi del fuco raccolto prima dell'inseminazione può aiutare a garantire che una regina sia inseminata con sperma di buona qualità. Suggeriamo che per comprendere meglio i meccanismi che contribuiscono ai cambiamenti indotti dalla miscelazione dello sperma del fuco, ulteriori studi che indagheranno su molteplici caratteristiche dello sperma, comprese le diverse concentrazioni di sperma, dovranno considerare la presenza di ROS e la funzione mitocondriale, nonché uno studio dei tratti dello sperma nella spermateca della regina. Inoltre, affinché l'industria dell'apicoltura sviluppi l'indagine di routine dello sperma del fuco, dovrebbero essere sviluppati metodi facili da usare ed economici per analizzare lo sperma del fuco.

Autori:

• Retha CM Kotzé (Department of Medical Bioscience, University of the Western Cape, Bellville, South Africa)

• Gerhard van der Horst (Department of Medical Bioscience, University of the Western Cape, Bellville, South Africa)

• Janice F Murray (Department of Medical Bioscience, University of the Western Cape, Bellville, South Africa)

• Anja Duminy  (Department of Medical Bioscience, University of the Western Cape, Bellville, South Africa + Applied Research Centre, Langara College, Vancouver, Canada)

• Mike ALLsopp (Honey Bee Research Section, ARC-Plant Protection Research Institute, Stellenbosch, South Africa)

African Entomology 2024, https://doi.org/10.17159/2254-8854/2024/a17135