Variasi Morfologi Apis cerana di Kalimantan: Pendekatan Morfometrika Geometris dan Tradisional.

Abstract

Lebah madu Apis cerana atau the Asian honey bee merupakan serangga sosial dengan distribusi yang luas di kawasan Asia termasuk di Indonesia. Penelitian ini mengeksplorasi A. cerana yang berada di Kalimantan yang pulau ini termasuk wilayah Paparan Sunda yang juga mencakup pulau Sumatra, Jawa. Ketiga pulau tersebut berpisah akibat naiknya permukaan air laut. Isolasi ini menyebabkan terbentuknya variasi genetik dan morfologi fauna pada pulau-pulau tersebut termasuk lebah madu. Morfologi lebah dipelajari menggunakan pendekatan morfometrika geometris dan morfometrika tradisional. Metode morfometrika geometris merupakan metode yang berbasis pada analisis penggambaran bentuk dalam koordinat kartesius, yang mengandung informasi jarak, sudut berupa titik-titik koordinat yang disebut dengan landmark. Dengan menggunakan metode morfometrika geometris diketahui morfologi venasi sayap lebah yang memperlihatkan pola geometris yang diturunkan secara genetik, sehingga dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi lebah. Morfometrika tradisional dilakukan untuk menganalisis adanya variasi ukuran bagian-bagian tubuh suatu organisme. Pada lebah madu variasi ukuran menggunakan metode ini memperlihatkan perbedaan berdasarkan pengaruh lingkungan seperti ketinggian tempat. Kalimantan yang merupakan bagian dari Paparan Sunda belum dilakukan penelitian mengenai A. cerana berdasarkan dua pendekatan tersebut, namun penelitian telah dilakukan pada A. cerana di Pulau Jawa dan Sumatra. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan menganalisis variasi morfologi A. cerana asal Kalimantan berdasarkan karakter morfologi dengan menggunakan metode morfometrika geometris dan morfometrika tradisional, menganalisis kekerabatan lebah A. cerana asal lima provinsi di Kalimantan serta menganalisis kekerabatan A. cerana asal Kalimantan, Sumatra dan Jawa. Penelitian ini menggunakan 32 koloni masing-masing koloni terdiri dari 10 individu lebah A. cerana (total 320 individu) yang berasal dari lima lokasi di Kalimantan, yaitu Kalimantan Barat, Kalimantan Tengah, Kalimantan Selatan, Kalimantan Timur dan Kalimantan Utara. Untuk mempelajari kekerabatan dengan A. cerana dari Sumatra dan Jawa maka digunakan data sekunder A. cerana Sumatra 180 individu dan A. cerana Jawa 80. Metode morfometrika geometris dilakukan dengan digitasi 19 titik venasi sayap yang homolog pada preparat sayap, analisis grid deformasi untuk mempelajari variasi bentuk pada A. cerana Kalimantan. Kekerabatan antar lebah di lima provinsi di Kalimantan dianalisis menggunakan Principal Component Analysis (PCA) dan pohon filogeni berdasarakan neighbor-joining (NJ). Metode morfologi tradisional menggunakan pengukuran panjang probosis (PP), panjang femur belakang (PFB), panjang tibia belakang (PTB), panjang metatarsus transversal tungkai belakang (PMTB), panjang metatarsus longitudinal tungkai belakang (PMLB), panjang sayap depan (PSD), lebar sayap depan (LSD), longitudinal tergit ke-3 (T3L), longitudinal tergit ke-4 (T4L), longitudinal sternit ke-3 abdomen (S3L), sternit ke-3 wax plate longitudinal (S3WPL), sternit ke-3 wax plate transversal (S3LWPT), sternit 3 distance between wax plate (S3DBWP), longitudinal sternit ke-6 abdomen (S6L) dan transversal sternit ke 6 abdomen (S6T). Hasil pengukuran tersebut kemudian dianalisis menggunakan Principal Component Analysis (PCA) di perangkat lunak PAST dan neighbor-joining (NJ) rooted di perangkat lunak R. Variasi grid deformasi pada A. cerana Kalimantan di lima provinsi dengan menggunakan morfometrika geometris menunjukkan adanya pergerakan landmark sehingga membentuk grid deformasi yang berbeda dan menyebabkan perbedaan bentuk. Visualisasi grid deformasi venasi A. cerana paling tinggi dipengaruhi oleh pergerakan landmark nomor 11, 16 dan 17. Ketiga landmark tersebut memiliki nilai kontribusi tertinggi diantara 19 landmark lainnya sehingga mempengaruhi pergerakan landmark A. cerana Kalimantan. Pergerakan landmark mempengaruhi nilai bending energy pada setiap lokasi A. cerana. Lebah A. cerana Kalimantan Selatan memiliki nilai bending energy tertinggi dari lima lokasi lainnya yang menunjukkan variasi bentuk venasi yang paling tinggi. Selanjutnya, morfometrika geometris juga menunjukkan perbedaan nilai centroid size pada lima lokasi A. cerana Kalimantan. Lebah A. cerana Kalimantan Barat memiliki ukuran venasi sayap lebih kecil dibandingkan dengan empat lokasi lainnya. Hal ini juga didukung dengan distribusi pada analisis cluster PCA yang memperlihatkan venasi A. cerana Kaliamanan Barat tidak menyebar pada semua kuadran. Hal ini berbeda dengan venasi A. cerana pada lokasi lainnya yang menyebar di semua kuadran. Hasil morfometrika geometris ini juga sesuai dengan hasil morfometrika tradisional yang menujukkan bahwa ukuran bagian-bagian tubuh lebah A. cerana Kalimantan Barat relatif lebih kecil dibandingkan dengan lokasi lainnya. Hasil morfometrika tradisional menunjukkan bahwa dari lima belas variabel yang diukur keragaman yang tinggi terdapat pada panjang proboscis (PP) dan panjang sayap (PSD) dengan menggunakan analisis korelasi dan screeplot. Keragaman panjang probosis (PP) yang tinggi ini diduga karena faktor keragaman jenis tumbuhan sekitar yang mempengaruhi pada ukuran bagian proboscis. Bagian tubuh yang memiliki korelasi yang tinggi adalah pada bagian tungkai yaitu panjang femur belakang (PFB), panjang metatarsus tungkai belakang baik transversal (PMTB) maupun longitudinal (PMLB). Selain itu variabel yang berkorelasi lainnya adalah bagian abdomen yaitu pengukuran longitudinal tergit 3 (T3L), dan Tergit 4 (T4L), dan sternit 3 (S3L). Hubungan kekerabatan A. cerana di Paparan Sunda berdasarkan analisis morfometrika geometris venasi bentuk sayap menunjukkan bahwa lebah A. cerana Kalimantan berkerabat dekat dengan A. cerana dari Jawa. Hal ini didukung dengan informasi dalam penelitian lain menggunakan sampel lebah yang sama bahwa berdasarkan data DNA mitokondria hampir 50% lebah A. cerana di Kalimantan yang menjadi sampel penelitian memiliki gen yang berasal dari A. cerana asal Jawa.

Honey bee Apis cerana, or the Asian honey bee, is one of the social insects that are widely distributed in Asia, including Indonesia. This study explores A. cerana in Kalimantan; this island is part of the Sundaland, including also Sumatra and Java islands. These islands were separated due to rising sea levels, thus performing genetic and morphological variations in fauna on these islands, including honey bees. The morphology of honey bee was studied using geometric morphometric and traditional morphometric approaches. The geometric morphometric method analyses the depiction of shapes in Cartesian coordinates, which contain distance information and angles in the form of coordinate points called landmarks. The honey bee wing venation showed a genetically inherited geometric pattern, therefore can be used to identify and characterize bees using the geometric morphometric method. Traditional morphometrics approach is carried out to analyze the variations in the size of body parts of an organism. In honey bees, this method show differences of size particularly due to the environmental influences such as altitude. Previous research on geometric morphometric and traditional methods have been employed on A. cerana of Java and Sumatra. However, lack of studies using both methods are carried out in A. cerana Kalimantan as part of the Sundaland. Therefore, this study was aimed to analyze the morphological variations of A. cerana from Kalimantan based on morphological characters using geometric morphometric and traditional morphometric methods. Further, the study analyzed the relationships of A. cerana from the five provinces in Kalimantan and the relationships of A. cerana from Kalimantan, Sumatra and Java. A total of 32 colonies of A. cerana were used for these studies. Each colony consisted of 10 individuals of honey bees (the total was 320 individuals) originating from five locations in Kalimantan, namely West Kalimantan, Central Kalimantan, South Kalimantan, East Kalimantan and North Kalimantan. This study also used the secondary data of 180 individuals A. cerana Sumatra and 80 individuals of A. cerana Java to expand the knowledge of the relationship among A. cerana in Sundaland.s The geometric morphometric method was carried out by digitizing 19 homologous wing venation landmarks on wing preparations. Grid analysis was taken to analyse the shape variation of A. cerana Kalimantan. The relationship among the bees in 5 provinces in Kalimantan was analyzed using Principal Component Analysis (PCA) and the phylogenetic tree based on neighbor-joining (NJ). Traditional morphological methods used the measurements of proboscis length (PP), hind femur length (PFB), hind tibia length (PTB), Hind metatarsus transverse length (PMTB), hind longitudinal metatarsus length (PMLB), fore wing length (PSD), fore wing width (LSD), 3rd longitudinal tergite (T3L), 4th longitudinal tergite (T4L), 3rd abdominal longitudinal sternite (S3L), 3rd abdominal longitudinal wax plate (S3WPL), 3rd abdominal transverse wax plate (S3LWPT), sternite 3rd inter-wax plate distance (S3DBWP), 6th abdominal longitudinal sternite (S6L) and 6th abdominal transverse sternite (S6T). The results of these measurements were then analyzed using Principal Component Analysis (PCA) on PAST software and neighbour-joining (NJ) rooted in R software. Deformation grid variation in A. cerana Kalimantan in five provinces using geometric morphometrics showed the movement of landmarks of wing venation that form different deformation grids. This deformation grid variations lead to the differences in shape. The deformation grid of A. cerana venation is influenced mostly by the movement of landmarks number 11, 16 and 17. These three landmarks have the highest contribution values among the 19 landmarks, thus affecting the movement of the A. cerana Kalimantan landmark. Landmark movement affects the bending energy value at each A. cerana location. South Kalimantan A. cerana bees have the highest bending energy value of the other five locations, indicating the highest variation in venation shape. Furthermore, geometric morphometrics also show differences in centroid size values at the five A. cerana Kalimantan locations. West Kalimantan A. cerana have smaller wing venation sizes compared to the other. This measurement is supported by the distribution in the PCA cluster analysis, which showed the venation of West Kalimantan A. cerana is not spread evenly across all quadrants of PCA. While, the venation of A. cerana at other locations spread across all quadrants. The results of geometric morphometrics also support those of traditional morphometrics, that the size of the body parts of the West Kalimantan A. cerana is relatively smaller compared to other locations. The results of traditional morphometrics of A. cerana showed that of the fifteen variables measured, high diversity were found in proboscis length (PP) and wing length (PSD) using correlation and screeplot analysis. This high diversity in proboscis length (PP) might be due to the diversity of plant species as the nectar source. The hindleg have high correlation, namely the length of the hind femur (PFB) and the length of the hind leg metatarsus, both transverse (PMTB) and longitudinal (PMLB). In addition, other correlated variables are the abdomen, namely the longitudinal measurement of tergite 3 (T3L), Tergite 4 (T4L), and sternite 3 (S3L). The relationship of A. cerana in the Sundaland based on geometric morphometric analysis of wing venation shape shows that the Kalimantan A. cerana is closely related to those in Java. This result is supported by information in other studies using mitochondrial DNA of the same sampled bees that almost 50% of A. cerana bees collected in Kalimantan showed the genes originating from A. cerana Java.