Thermoregulation mechanisms and nest size-dependent foraging behavior in the Red Wood Ant (Formica rufa)

Abstract

This study investigates how thermoregulation strategies and foraging behavior in red wood ants (Formica rufa) vary according to nest volume. The effects of these behavioral and physiological adaptations on nest microclimate and colony organization were comparatively assessed in a semi-arid forest ecosystem. The research was conducted on four nests of varying volumes located in the Research Forest of Çankırı Karatekin University. Temperature sensors were installed in each nest to monitor surface, interior, and surrounding soil temperatures hourly over one year. In spring, thermal imaging was used to analyze surface temperatures, while foraging trails were mapped using a grid system. Data were analyzed using ANOVA and Tukey HSD post-hoc tests. Results showed that larger nests maintained more stable internal temperatures. Sun basking behavior increased surface temperatures and contributed to thermoregulation. A positive correlation was found between nest volume and both foraging area and trail length. Ants were observed to selectively forage from specific trees, indicating strategic resource use. In conclusion, F. rufa exhibits both physiological and behavioral adaptations to environmental stress, with nest volume playing a key role in thermal regulation and foraging dynamics. These adaptations enhance colony survival and contribute significantly to forest ecosystem processes.

Keywords

• Foraging
• Sun basking
• Red wood ant
• Microclimate
• Thermoregulation
• Nest volume

Kırmızı Orman Karıncalarında (Formica rufa) ısıl düzenleme mekanizmaları ve besin arama davranışlarının koloni hacmine bağlı değişimi

Abstract

Bu çalışma, kırmızı orman karıncalarının (Formica rufa) farklı yuva hacimlerine göre ısıl düzenleme stratejileri ile besin arama davranışlarındaki değişimleri incelemektedir. Isıl düzenleme ve besin arama davranışlarının yuva mikrokliması ve koloni organizasyonu üzerindeki etkileri, yarı kurak bir ormanlık alanda karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Çalışma, Çankırı Karatekin Üniversitesi Orman Fakültesi Araştırma Ormanı’nda yer alan dört farklı hacimdeki karınca yuvasında yürütülmüştür. Her yuvaya yerleştirilen sıcaklık sensörleri ile yuva üstü, içi ve çevre toprak sıcaklıkları bir yıl boyunca saatlik olarak kaydedilmiştir. İlkbahar döneminde termal kamera ile yüzey sıcaklıkları görüntülenmiş, besin arama yolları haritalanmıştır. Veriler varyans analizi (ANOVA) ve Tukey HSD testi ile değerlendirilmiştir. Bulgular, büyük hacimli yuvalarda iç sıcaklığın daha stabil olduğunu, güneşlenme davranışlarının yuva yüzey sıcaklığını artırarak termoregülasyona katkı sağladığını göstermiştir. Ayrıca, yuva hacmi ile besin arama alanı ve yol uzunluğu arasında pozitif ilişki bulunmuştur. Karıncaların yalnızca belirli ağaçlara yönelerek stratejik kaynak kullanımında bulunduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, F. rufa türü çevresel streslere karşı hem fizyolojik hem davranışsal uyum stratejileri geliştirmekte ve yuva hacmi bu süreçlerde belirleyici bir rol oynamaktadır. Bu adaptasyonlar, koloninin hayatta kalma başarısını ve orman ekosistemine katkı düzeyini artırmaktadır.

Keywords

• Besin arama
• Güneşlenme davranışı
• Kırmızı orman karıncası
• Mikroklima
• Termoregülasyon
• Yuva hacmi

References

1. Barrie, R., Haalck, L., Risse, B., Nowotny, T., Graham, P., Buehlmann, C., 2024. Trail using ants follow idiosyncratic routes in complex landscapes. Learning & Behavior, 52(1): 105-113.
2. Buhl, J., Hicks, K., Miller, E.R., Persey, S., Alinvi, O., Sumpter, D.J., 2009. Shape and efficiency of wood ant foraging networks. Behavioral Ecology and Sociobiology, 63(3): 451-460.
3. Burns, D., Franks, D.W., Parr, C., Hawke, C., Ellis, S., Robinson, E.J.H., 2020. A longitudinal study of nest occupancy, trail networks and foraging in a polydomous wood ant population. Insectes Sociaux, 67419-427.
4. Carroll, C.R., Janzen, D.H., 1973. Ecology of foraging by ants. Annual Review of Ecology and Systematics, 4: 231-257.
5. Cosens, D., Toussaint, N., 1985. An experimental study of the foraging strategy of the wood ant Formica aquilonia. Animal Behaviour, 33(2): 541-552.
6. Çakır, M., 2019. The negative effect of wood ants (Formica rufa) on microarthropod density and soil biological quality in a semi-arid pine forest. Pedobiologia, 77: 150593.
7. Çakır, M., 2021. Orman karıncalarının (Formica rufa grup) mikroeklembacaklı komünite yapısına etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 23(3): 941-949.
8. Çakır, M., Tunç, T., 2019. Ayrışma sürecinde orman karıncalarının (Formica rufa grup) rolü: ilk yıl sonuçları. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 21(2): 477-485.

9. Domisch, T., Finer, L., Neuvonen, S., NiemelÄ, P., Risch, A.C., Kilpeläinen, J., Ohashi, M., Jurgensen, M.F., 2009. Foraging activity and dietary spectrum of wood ants (Formica rufa group) and their role in nutrient fluxes in boreal forests. Ecological Entomology, 34(3): 369-377.
10. Ediş, S., Pehlivan, S., 2025. Çankırı Orman Fakültesi Araştırma Ormanında iklim sınıflandırma yöntemlerinin karşılaştırılması ve mekânsal dağılım analizi. Anadolu Orman Araştırmaları Dergisi, 11(1): 201-211. Ellis, S., Franks, D.W., Robinson, E.J., 2014. Resource redistribution in polydomous ant nest networks: local or global? Behavioral Ecology, 25(5): 1183-1191.
11. Ellis, S., Robinson, E.J., 2015. The role of non-foraging nests in polydomous wood ant colonies. PLoS One, 10(10): e0138321.
12. Frouz, J., 2000. The effect of nest moisture on daily temperature regime in the nests of Formica polyctena wood ants. Insectes Sociaux, 47(3): 229-235.
13. Frouz, J., Finer, L., 2007. Diurnal and seasonal fluctuations in wood ant (Formica polyctena) nest temperature in two geographically distant populations along a south–north gradient. Insectes Sociaux, 54(3): 251-259.
14. Frouz, J., Jílková, V., Sorvari, J., 2016. Contribution of wood ants to nutrient cycling and ecosystem function. In: Wood Ant Ecology and Conservation (Ed: Stockan, J.A., Robinson, E.J.H.), Cambridge University Press, U.K., pp.207-220.
15. Gibb, H., Andersson, J., Johansson, T., 2016. Foraging loads of red wood ants: Formica aquilonia (Hymenoptera: Formicidae) in relation to tree characteristics and stand age. PeerJ, 4e2049.
16. Hölldobler, B., Wilson, E.O., 1990. The Ants. Harvard University Press, USA.
17. Kadochová, Š., Frouz, J., 2014. Red wood ants Formica polyctena switch off active thermoregulation of the nest in autumn. Insectes Sociaux, 61(3): 297-306.
18. Kadochová, Š., Frouz, J., Roces, F., 2017. Sun basking in red wood ants Formica polyctena (Hymenoptera, Formicidae): Individual behaviour and temperature-dependent respiration rates. PLoS One, 12(1): e0170570.
19. Lenoir, L., 2001. Wood ants (Formica spp.) as ecosystem engineers and their impact on the soil animal community. PhD Dissertation, Swedish University of Agricultural Sciences, Sweden.
20. Robinson, E.J., Tofilski, A., Ratnieks, F.L., 2008. The use of native and non-native tree species for foraging and nesting habitat by the wood-ant Formica lugubris (Hymenoptera: Formicidae). Myrmecological News, 11:1-7.
21. Rosengren, R., Fortelius, W., Lindström, K., Luther, A., 1987. Phenology and causation of nest heating and thermoregulation in red wood ants of the Formica rufa group studied in coniferous forest habitats in southern Finland. Annales Zoologici Fennici, 24(2):147-155.
22. Sorvari, J., Elo, R., Härkönen, S., 2016. Forest-built nest mounds of red wood ant Formica aquilonia are no good in clear fells. Applied soil ecology, 101:101-106.
23. Stockan, J.A., Robinson, E.J., 2016. Wood ant ecology and conservation. Cambridge University Press, U.K.
24. Stukalyuk, S., Radchenko, Y., Netsvetov, M., Gilev, A., 2020. Effect of mound size on intranest thermoregulation in the red wood ants Formica rufa and F. polyctena (Hymenoptera, Formicidae). Turkish Journal of Zoology, 44(3): 266-280.
25. Yilmaz, M., Özcan, G.E., Sivrikaya, F., Enez, K., 2023. Investigation of some factors affecting habitat selection and nest size of Formica rufa. Forest Ecology and Management, 545:121244.