Abstract Circadian rhythms in honey bees are involved in various processes that impact colony survival. For example, young nurses take care of the brood constantly throughout the day and lack circadian rhythms, while foragers use the circadian clock to remember and predict food availability in subsequent days. Previous studies suggested that development of circadian rhythms both in the field and the laboratory began around 7-9 days of age. However, not much is understood about the postembryonic development of circadian rhythms in honey bees. In the current study, we examine the effects of socially regulated colony temperature on the ontogeny of circadian rhythms of young workers under controlled laboratory conditions. We hypothesized that temperature plays a key role in the development of circadian rhythmicity in young workers. Our results show that young workers kept at 35°C develop circadian rhythmicity faster and in greater proportion than bees kept at 25°C. In addition, we examine if the effect of colony temperature during the first 48 hours after emergence is enough to observe effects on the rate and proportion of development of circadian rhythmicity. We observed that twice as many individuals that were exposed to 35°C during the first 48 hours develop circadian rhythms compared to individuals kept at 25°C. In addition, we observed differences in the average endogenous period length consistent with temperature compensation of the circadian rhythms between the 25°C and 35°C cohorts. We also observed differences in the degree of period length variation between the 25°C and 35°C cohorts, which combined with the proportion of arrhythmic individuals and survival data suggest that development of circadian rhythms is incomplete in individuals exposed to 25°C adult emergence. This study shows that temperature, which is socially regulated inside the hive, is a key factor that influences the ontogeny of circadian rhythmicity of workers.

Abstract The bee family Halictidae is considered to be an optimal model for the study of social evolution due to its remarkable range of social behaviors. Past studies in circadian rhythms suggest that social species may express more diversity in circadian behaviors than solitary species. However, these previous studies did not make appropriate taxonomic comparisons. To further explore the link between circadian rhythms and sociality, we examine four halictid species with different degrees of sociality, three social species of Lasioglossum , one from Greece and two from Puerto Rico, and a solitary species of Systropha from Greece. Based on our previous observations, we hypothesized that species with greater degree of sociality will show greater inter-individual variation in circadian rhythms than solitary species. We observed distinct differences in their circadian behavior that parallel differences across sociality, where the most social species expressed the highest inter-individual variation. We predict that circadian rhythm differences will be informative of sociality across organisms.

Abstract In complex societies common social needs such as vigilance, care giving, resource gathering, and production are attended around the clock. In humans, these services are constantly provided using a shift work strategy where different individuals, or groups of individuals perform their tasks at different times of the day. However, shift work strategy in job organization in other social organisms remains unclear. Previous studies in honeybees for two jobs support shift work for only pollen foragers and not for nursing behavior. Here we examined shift work dynamics for three types of jobs performed by honeybee foragers. Specifically, we studied pollen foragers, non-pollen foragers and bees fanning at the entrance of the colony, a job important for orientation and temperature control. Major features of the observed shift work were: 1) individuals can be divided into early and late shifts; 2) there are constant workers; 3) based on job, shift work is performed by fewer or greater number of individuals; 4) shift work of an individual is plastic and may change with age; 5) foraging and fanning shifts are coupled yet dissociable. This study adds to the findings that shift work is not exclusive to modern human societies and that a natural form of shift work exists in honeybees. These results suggest that shift work in honeybees is a feature of worker division of labor. Future studies aiming to further understand the structure, function and mechanism of this natural form of shift work in honey bees not only could have an impact on agriculture but also may provide insight into alternative forms of shift work strategies that may reduce the various health problems associated with shift work in humans.

Abstract Honey bees utilize their circadian rhythms to accurately predict the time of day. This ability allows foragers to remember the specific timing of food availability and its location for several days. Previous studies have provided strong evidence toward light/dark cycles being the primary Zeitgeber for honey bees. Work in our laboratory described large individual variation in the endogenous period length of honey bee foragers from the same colony and differences in the endogenous rhythms under different constant temperatures. In this study, we further this work by examining temperature inside the honey bee colony. By placing temperature and light data loggers at different locations inside the colony we measured temperature at various locations within the colony. We observed significant oscillations of temperature inside the hive, that show seasonal patterns. We then simulated the observed temperature oscillations in the laboratory and found that using the temperature cycle as a Zeitgeber, foragers present large individual differences in the phase of locomotor rhythms with respect to temperature. Moreover, foragers successfully synchronize their locomotor rhythms to these simulated temperature cycles. Advancing the cycle by six hours, resulted in changes in the phase of activity in some foragers in the assay. The results shown in this study highlight the importance of temperature as a potential Zeitgeber in the field. Future studies will examine the possible functional and evolutionary role of the observed phase differences of circadian rhythms.

Gonadal steroids play a modulatory role in cocaine use disorders, and are responsible for many sex differences observed in the behavioral response to cocaine. In females, it is well established that estradiol enhances the behavioral response to cocaine. In males, we have recently shown that testosterone enhances sensitization to cocaine but its mechanism of action remains to be elucidated. The current study investigated the contribution of DHT, a non-aromatizable androgen, and of estradiol, in regulating cocaine-induced sensitization in male rats. Gonadectomized (GDX) male rats treated with estradiol sensitized to repeated cocaine administration, while GDX rats treated with DHT did not, implicating estradiol in cocaine sensitization. Furthermore, intact male rats treated with the antiestrogen ICI 182,780 did not show sensitization to repeated cocaine. This study demonstrates the pivotal role of estradiol in cocaine-induced neuroplasticity and neuroadaptations in the rodent brain.

Alcohol exposure is known to trigger homeostatic adaptations in the brain that lead to the development of tolerance and dependence. These adaptations are also believed to be the root of a series of disturbances in sleep patterns that often manifest during the development of alcoholism and can have significant clinical and economic consequences. Unfortunately, the neuronal and genetic pathways that control the effects of alcohol on sleep are currently unknown, thus limiting our efforts to find effective treatment. In this study, we conduct a mechanistic exploration of the relationships between alcohol and sleep alterations using a Drosophila model system. We show that the genetic manipulation of the ventral lateral neurons (LNv) -a set of neurons known to control sleep in Drosophila- disrupts alcohol sensitivity and tolerance. Moreover, we show that alcohol exposure induces a series of alterations in sleep patterns that last for several days. Our results demonstrate that a single alcohol exposure promotes daytime sleep, alters the structure of sleep during the night, and reduces morning anticipatory behavior. In addition, we show that some of these alterations partially depend on the activity of the neuropeptide PDF, a key element in regulating sleep architecture. We propose that alcohol-induced sleep disruption stems from alterations in the activity of the PDF-releasing LNv neurons and that these alterations are similar to those that produce alcohol tolerance.

Recent studies have identified the Drosophila brain circuits involved in the sleep/wake switch and have pointed to the modulation of neuronal excitability as one of the underlying mechanisms triggering sleep need. In this study we aimed to explore the link between the homeostatic regulation of neuronal excitability and sleep behavior in the circadian circuit. For this purpose, we selected the neuronal homeostasis protein Pumilio (Pum), whose main function is to repress protein translation and has been linked to modulation of neuronal excitability during chronic patterns of altered neuronal activity. Here we explore the effects of Pum on sleep homeostasis in Drosophila melanogaster, which shares most of the major features of mammalian sleep homeostasis. Our evidence indicates that Pum is necessary for sleep rebound and that its effect is more pronounced during chronic sleep deprivation (84 hours) than acute deprivation (12 hours). Knockdown of pum, results in a reduction of sleep rebound during acute sleep deprivation and the complete abolishment of sleep rebound during chronic sleep deprivation. These behavioral changes were associated with accompanying changes in the expression of genes involved in the regulation of neuronal excitability. Interestingly, pum knockdown also increased baseline daytime sleep, suggesting that Pum differentially regulates rebound and normal sleep. Based on these findings, we propose that Pum is a critical regulator of sleep homeostasis through neural adaptations triggered during sleep deprivation and induces rebound sleep by altering neuronal excitability.

ABSTRACT The miticide effect of lithium on the honey bee ( Apis mellifera ) parasite Varroa has been discovered. Varroa mite is considered the principal threat to bee health and, as a result, to pollination and food security. In this study, we investigated the behavioral effects of lithium on honey bees, specifically locomotor activity (LMA) level and circadian patterns of LMA, such as rhythmicity, and periodicity. Any effects of lithium on activity may be important for bee health since timing and daylight are critical for bee foraging and bee’s use of the sun compass for navigation and communication. Both acute and chronic lithium treatments affected the LMA of honey bees. The effect varies depending on light and dark conditions. Chronic treatment with lithium disrupted the rhythmicity and altered the period of the circadian rhythm. While the circadian period was not affected by the light condition in the control group, lithium treatment lengthened the period in constant light condition. Lithium decreased total LMA in a constant light condition where typically activity is increased and not under the dark condition, both in acute and chronic treatments. However, mortality in the high-dose lithium treatment group is higher in the dark environment in the acute experiment. Lithium is also the first-line therapy for bipolar disorder. This disorder causes excessively elevated activity called mania and circadian rhythm abnormalities. The effects of lithium on reducing light-induced activity and the circadian rhythm of bees are reminiscent of its stabilizing effect on activity and circadian rhythms in bipolar disorder treatment.

Honey bees are critical pollinators in ecosystems and agriculture, but their numbers have significantly declined. Declines in pollinator populations are thought to be due to multiple factors including habitat loss, climate change, increased vulnerability to disease and parasites, and pesticide use. Neonicotinoid pesticides are agonists of insect nicotinic cholinergic receptors, and sub-lethal exposures are linked to reduced honey bee hive survival. Honey bees are highly dependent on circadian clocks to regulate critical behaviors, such as foraging orientation and navigation, time-memory for food sources, sleep, and learning/ memory processes. Because circadian clock neurons in insects receive light input through cholinergic signaling we tested for effects of neonicotinoids on honey bee circadian rhythms and sleep. Neonicotinoid ingestion by feeding over several days results in neonicotinoid accumulation in the bee brain, disrupts circadian rhythmicity in many individual bees, shifts the timing of behavioral circadian rhythms in bees that remain rhythmic, and impairs sleep. Neonicotinoids and light input act synergistically to disrupt bee circadian behavior, and neonicotinoids directly stimulate wake-promoting clock neurons in the fruit fly brain. Neonicotinoids disrupt honey bee circadian rhythms and sleep, likely by aberrant stimulation of clock neurons, to potentially impair honey bee navigation, time-memory, and social communication.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.