Comparison Between Egg Batch and Egg Characteristics of The Two Pine Processionary Moth Species, Thaumetopoea wilkinsoni and T. pityocampa in Turkey

Abstract

Pine processionary moths (Thaumetopoea wilkinsoni and T. pityocampa [Lepidoptera: Notodontidae]) are among the most important forest pests in the Mediterranean basin. Being close relatives yet having significant genetic differences, the two species has been shown to hybridize under laboratory conditions and in nature in Turkey. Ongoing research has focused on the comparison of the larval and adult morphological traits between the two species without any apparent interest in egg characteristics. In this study, we aimed to reveal differences in egg batch and egg characteristics between the two species. We also compared these characteristics among altitudes. For this purpose, we collected 61 and 11 egg batches from T. wilkinsoni and T. pityocampa ranges from different altitudes (30-260 m) in Turkey, respectively. Two months after sampling, when parasitoid emergence nearly completed, we removed scales on the egg batches and measured the following traits: egg arrangement, egg batch length, egg batch circumference, clutch size, egg diameter, and larval emergence, unhatched egg and parasitism ratios. We used t-test and Mann-Whitney U test for statistical comparisons between species and between altitudes. As a result, we found significant differences between the two species in terms of egg arrangement, egg diameter, larval emergence and unhatched egg ratios. We also found significant differences among altitudes in terms of egg batch circumference, clutch size and egg diameter. We conclude that egg characteristics, particularly those related to fecundity and survival, have much more to reveal about the differences between the two species and among different altitudes. Our results also show that pine processionary moth species complex could be a good biological system for studying insect reproductive ecology and evolution, such as trade-offs between egg and clutch sizes. A larger sampling will greatly favor testing hypothesis relevant to the dynamics of pine processionary moth reproduction.

Keywords

• Pine processionary moth,Thaumetopoea wilkinsoni,T. pityocampa,egg batch,egg characteristics,altitude

Türkiye’deki İki Çam Kese Böceği Türü, Thaumetopoea wilkinsoni ve T. pityocampa’nın Yumurta Koçanı ve Yumurta Özelliklerinin Karşılaştırılması

Öz

Çam kese böcekleri (Thaumetopoea wilkinsoni ve T. pityocampa [Lepidoptera: Notodontidae]) Akdeniz havzasındaki en önemli orman zararlılarındandır. Yakın akraba olsalar da genetik olarak oldukça farklılaşmış olan bu iki tür laboratuvar koşullarında ve Türkiye’de doğada melezleşmektedir. Şu anda devam etmekte olan çalışmalar iki türün larva ve ergin evredeki morfolojik özelliklerinin karşılaştırılmasına odaklanmıştır ancak yumurta koçanı ve yumurta özellikleri büyük ölçüde ihmal edilmiştir. Bu çalışmada, iki türün yumurta koçanı ve yumurta özelliklerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Aynı zamanda farklı yükseklikler arasında da karşılaştırmalar yapılmıştır. Bu amaçla T. wilkinsoni ve T. pityocampa’nın Türkiye’deki yayılış alanlarından ve farlkı yüksekliklerden (30-260 m) sırasıyla 61 ve 11 yumurta koçanı toplanmıştır. Örnekleme yapıldıktan iki ay sonra, parazitoit çıkışı büyük ölçüde tamamlandığında, yumurta koçanlarını kaplayan pullar uzaklaştırılmış ve şu özellikler ölçülmüştür: Yumurta düzenlenişi, koçan uzunluğu, koçan çevre uzunluğu, yumurta sayısı, yumurta çapı ve tırtıl çıkış, açılmamış yumurta ve parazitlenme oranları. Tür ve yükseklikler arası istatistiksel karşılaştırmalar için t-testi ve Mann-Whitney U testi kullanılmıştır. Sonuç olarak iki tür arasında yumurta düzenlenişi, yumurta çapı, tırtıl çıkış ve açılmamış yumurta oranları bakımından anlamlı farklılıklar tespit edilmiştir. Ayrıca yükseklikler arasında da koçan çevre uzunluğu, yumurta sayısı ve yumurta çapı bakımından anlamlı farklılıklar tespit edilmiştir. Sonuç olarak özellikle fekondite ve sağ kalım ile ilgili yumurta özelliklerinin iki tür ve de yükseklikler arasındaki farklılıklara ilişkin çok daha fazla bilgi barındırdığı söylenebilir. Sonuçlarımızı ayrıca çam kese böceği tür kompleksinin böceklerdeki üreme ekolojisi ve evrimi çalışmaları için, örneğin yumurta sayısı ile yumurta büyüklüğü arasındaki ödünleşimin çalışılması için iyi bir biyolojik sistem olduğunu göstermektedir. Daha büyük bir örnekleme çam kese böceklerinin üreme dinamiklerine ilişkin hipotezlerin sınanmasını büyük ölçüde kolaylaştıracaktır.

Anahtar Kelimeler

• Çam kese böceği,Thaumetopoea wilkinsoni,T. pityocampa,yumurta koçanı,yumurta özellikleri,yükseklik

References

1. Acatay A (1953). Çam kese böceği (Thaumetopoea pityocampa Schiff.) hakkında araştırmalar ve adalardaki mücadelesi, İ.Ü. Orman Fakültesi Dergisi, A3 (1-2), 29-47.
2. Arnaldo PS, Torres LM (2006). Effect of different hosts on Thaumetopoea pityocampa populations in Northeast Portugal, Phytoparasitica, 34(5), 523.
3. Avcı M (2000). Türkiye’nin farklı bölgelerinde Thaumetopoea pityocampa (Den&Schiff.) (Lep.: Thaumetopoeidae)’nın yumurta koçanlarının yapısı, parazitlenme ve yumurta bırakma davranışları üzerine araştırmalar, Türkiye Entomoloji Dergisi, 24(3), 167-178.
4. Avcı M, Oğurlu İ (2002). Göller Bölgesi çam Oomanlarında çam keseböceği [Thaumetopoea pityocampa (Den. & Schiff.)]: Önemi, biyolojisi ve doğal düşmanları, Ülkemiz Ormanlarında Çam Keseböceği Sorunu ve Çözüm Önerileri Sempozyumu, 24-25.
5. Avcı M, Ölmez SG (2016). Egg laying patterns and structure of egg-batches of pine processionary moth Thaumetopoea wilkinsoni in Isparta pine forests. İ.Ü. Orman Fakültesi Dergisi, 66(2), 613-627.
6. Awmack CS, Leather SR (2002). Host plant quality and fecundity in herbivorous insects. Annual Review of Entomology, 47, 817-844.
7. Battisti A (pers. com.). University of Padova, DAFNAE, [e-mail]
8. Battisti A, Larsson S, Roques A (2017). Processionary moths and associated urtication risk: Global change–driven effects, Annual Review of Entomology, 62, 323-342.

9. Battisti A, Stastny M, Netherer S, Robinet C, Schopf A, Roques A, Larsson S (2005). Expansion of geographic range in the processionary moth caused by increased winter temperatures, Ecological Applications, 15, 2084-2096.
10. Bernays E, Chapman RF (1994). Host-Plant Selection by Phytophagous Insects. — Chapman and Hall, New York-London.
11. Besçeli Ö (1969). Çam kese böceği (Thaumetopoea pityocampa Schiff.)’nin biyolojisi ve mücadelesi, Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Teknik Bülten Serisi, No: 35, 65s.
12. Can P, Özçankaya İM (2003). Ege Bölgesi ağaçlandırma alanlarında çam kese böceği (Thaumetopoea pityocampa (Den. & Schiff.)) yumurta parazitoidlerinin belirlenmesi. Ege Ormancılık Araştırma Müdürlüğü, Teknik Bülten Serisi, 22.
13. Çanakcıoğlu H, Mol T (1998). Orman entomolojisi zararlı ve yararlı böcekler, İ.Ü. Orman Fakültesi Yayınları, 4063, 334-335.
14. İpekdal K, Burban C, Kerdelhué C, Çağlar SS (2015). Distribution of two pine processionary moth species in Turkey evidences a contact zone, Turkish Journal of Zoology, 39, 868–876.
15. Kerdelhué C, Zane L, Simonato M, Salvato P, Rousselet J, Roques A, Battisti A (2009). Quaternary history and contemporary patterns in a currently expanding species, BMC Evolutionary Biology, 9, 220.
16. Krebs CJ (2008). Applied Problems II: Pest Control. In: Ecology: The Experimantal Analysis of Distribution and Abundance, pp-209-322., Pearson International Edition, Essex, UK. Kitt J, Schmidt GH (1993). Parasitism of Egg‐Batches of The Pine Processionary Moth Thaumetopoea wilkinsoni Tams (Lep., Thaumetopoeidae) in The Mountains of Lahav (Israel), Journal of Applied Entomology, 115(1‐5), 484-498.
17. Mirchev P, Georgiev G, Tsankov G (2017). Long-term studies on egg parasitoids of pine processionary moth (Thaumetopoea pityocampa) in a new locality in Bulgaria, Journal of the Entomological Research Society, 19(3), 15-25.
18. Mirchev P, Schmidt GH, Tsankov G, Avci M (2004). Egg parasitoids of Thaumetopoea pityocampa (Den.&Schiff.) (Lep., Thaumetopoeidae) and their impact in SW Turkey, Journal of Applied Entomology, 128(8), 533-542.
19. Mirchev P, Tsankov G, Avci M, Matova M (2007). Study of some aspects of ecology of pine processionary moth, Thaumetopoea pityocampa (Den.&Schiff.) (Lep., Thaumetopoeidae) and its egg parasitoids in Turkey, Silva Balcanica, 8(1), 66-78.
20. Nasr J, Hammad EAF, Demolin G, Nemer N (2013). Egg mass structure and parasitism of Thaumetopoea wilkinsoni (Lepidoptera: Thaumetopoeidae) in Lebanon, Advances in Crop Science and Technology, 1(3), 1-6.
21. Özkan A (1997). Antalya ili ormanlarında çam kese tırtılı Thaumetopoea pityocampa. Den. & Schiff.) (Lep., Thaumetopoeidae)’nın yumurta parazitoitleri üzerine bazı gözlemler, Derim, 14(1), 45-48.
22. Özkazanç O (1987). Çam kese böceği (Thaumetopoea pityocampa Schiff.)’nin yumurta bırakma davranışları üzerinde incelemeler, Türkiye I. Entomoloji Kongresi, 13-16 Ekim 1987, İzmir, 727-735.
23. Pérez-Contreras T, Soler JJ (2004). Egg parasitoids select for large clutch sizes and covering layers in pine processionary moths (Thaumetopoea pityocampa), Annales Zoologici Fennici, 41, 587-597.
24. Petrucco-Toffolo E, Basso A, Kerdelhué C, İpekdal K, Mendel Z, Simonato M, Battisti A (2017). Evidence of potential hybridization in the Thaumetopoea pityocampa-wilkinsoni complex, Agricultural and Forest Entomology, 20, 9-17.
25. Roques A, Rousselet J, Avci M, Avtzis DN, Basso A, et al. (2015). Climate warming and past and present distribution of the processionary moths (Thaumetopoea spp.) in Europe, Asia Minor and North Africa, In Processionary Moths and Climate Change: An Update, ed. A Roques, pp. 81–162. Dordrecht, Neth.: Springer.
26. R Core Team (2013). R: A Language and Environment for Statistical Computing, R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, URL: http://www.R-project.org
27. Sarıkaya O (2004). Isparta yöresinde Thaumetopoea pityocampa (Den.&Schiff.) (Lep., Thaumetopoeidae)'nın yumurta koçanları üzerine araştırmalar, Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, A (1), 1-11.
28. Schmidt GH, Tanzen E, Bellin S (1999). Structure of egg‐batches of Thaumetopoea pityocampa (Den. and Schiff.) (Lep., Thaumetopoeidae), egg parasitoids and rate of egg parasitism on the Iberian Peninsula, Journal of Applied Entomology, 123(8), 449-458.
29. Stearns SC (1992). The Evolution of Life Histories. Oxford University Press, Oxford.
30. Şimşek Z, Kondur Y, Yurt E (2017). Çankırı (Eldivan) karaçam ormanlarında bulunan çam kese böceği [Thaumetopoea pityocampa (Den.&Schiff.) (Lepidoptera: Thaumetopoeidae)]’nin yumurta parazitoitlerinin tespiti ile etkinliği üzerinde araştırmalar, Anadolu Orman Araştırmaları Dergisi, 3(2), 210-218.
31. Tsankov G, Douma-Petridou E, Mirchev P, Georgiev G, Koutsaftikis A (1999). Spectrum of egg parasitoids and rate of parasitism of egg batches of the pine processionary moth Thaumetopoea pityocampa (Den.&Schiff.) in The Northern Peloponnes, Greece, Journal of Entomological Research Society, 1, 1-8.
32. Wilson K, Lessels CM (1994). Evolution of clutch size in insects. I. A review of static optimality models. Journal of Evolutionary Biology, 7, 339-363.