Prolonged copulation and the internal dynamics of sperm transfer in the water strider <i>Aquarius remigis</i>

Abstract

Copulations lasting much longer than required to effect insemination are common throughout the Insecta, but their adaptive significance remains obscure. We address the hypothesis that prolonged copulations benefit male Aquarius remigis (Hemiptera, Gerridae) by influencing sperm use and storage following insemination. We describe the gynatrial complex of females and document sperm location immediately following 32 naturally terminated and 25 artificially terminated copulations. We also examine sperm storage in 22 females isolated from males for 2-10 days. Our results demonstrate that insemination occurs at the end of copulation, and therefore that prolonged copulation is not a post-insemination mate-guarding tactic, as was previously assumed. Sperm are transferred in a coherent, coiled mass and move rapidly to the spermathecal tube, the primary storage organ. However, a few sperm move directly to the fecundation canal and hence should be capable of immediate fertilization. Prolonged copulation is associated with increased filling of the spermathecal tube, which may indicate some form of copulatory courtship or sperm loading by males during the prolonged pre-insemination phase. We discuss this new interpretation of prolonged copulation in A. remigis in the context of the overall costs and benefits of prolonged copulation for both sexes under the natural conditions of polygynandry.Résumé : Les accouplements qui durent beaucoup plus longtemps qu'il ne faut pour assurer l'insémination sont fré-quents chez tous les insectes, mais leur importance adaptative demeure incertaine. Nous examinons ici l'hypothèse selon laquelle un accouplement prolongé comporte des bénéfices pour les mâles d'Aquarius remigis (Hemiptera, Gerridae) en influençant l'utilisation et la mise en réserve des spermatozoïdes après l'insémination. Nous décrivons le complexe gynatrial de la femelle. Nous avons localisé les spermatozoïdes immédiatement après la fin de la copulation naturelle chez 32 femelles et de la copulation interrompue artificiellement chez 25 autres. Nous avons également examiné le réserves de spermatozoïdes chez 22 femelles isolées des mâles depuis 2-10 jours. Nos résultats démontrent que l'insémination se fait à la fin de l'accouplement et donc que la prolongation de l'accouplement n'est pas une tactique pour garder le contrôle de la femelle après l'insémination comme on le croyait auparavant. Les spermatozoïdes sont transmis en une masse cohérente en serpentin qui atteint rapidement le canal de la spermathèque, principal réservoir des spermatozoïdes. Cependant, quelques spermatozoïdes gagnent directement le canal de fécondation et devraient donc être en mesure d'assurer une fécondation immédiate. L'accouplement prolongé est associé au remplissage progressif de la spermathèque, ce qui reflète probablement l'existence d'un comportement de cour pendant la copulation ou le chargement des spermatozoïdes par les mâles au cours de la phase pré-inséminatoire prolongée. Nous examinons cette nouvelle interprétation de l'accouplement prolong...