Clever Caterpillars: The Awkward Journey to Adulthood  Matt Przylucki 

                 

Kingdom  

Animalia 

Phylum 

Arthropoda 

Class 

Insecta 

Order 

Lepidoptera 

Suborder 

Glossata 

Infraorder 

Heteroneura 

Division 

Ditrysia 

Superfamily 

Zygaenoidea 

Family 

Limacodidae 

Abstract:  Limacodidae, also know as slug caterpillars, are some of the most diverse 

insects on the planet.In larvae form they are dorso‐ventrally compressed, have  reduced abdominal prolegs that act as suckers, underdeveloped thoracic legs, and a  retractable head. Their sleek and stealthy design is often compared to a slug, which  suggests the origin of their common name.This unique family of caterpillars has 

evolved many different defense mechanisms, which has allowed them to thrive in  highly competitive communities. Several species are equipped with stinging spines,  or setae, that contain a powerful poison. (Murphy, 2010)Once contact has been  initiated the fragile spines often stick into the intruder causing an irritating nettling  sensation.These adaptations suggest the strong influence predators have played in  the evolution of the family Limacodidae.Once they begin their transformation to the  adult stage they begin to construct their silk cocoon, which becomes hardened and  round.(Mullen, 1993) This provides optimal protection during the final molt. Many  species retain their distasteful poison in their adult moth stage, but lose their  extraordinary color and become rather drab in color.  Slug caterpillars are often found in tropical and subtropical climates, but  there are 50 known species present in North America.(Mullen, 1993) This particular  family of caterpillars has undergone astonishing feats in evolutionary terms and  displays the most unusual morphologies when compared to other caterpillars. The  most common Limacodidae in North America is Sibinestimulea, or the saddleback  caterpillar.They can be seen on a variety of different plants including a wide range  of fruit trees. With their advanced defense mechanisms they generally have high  survival rates.Limacodidae have been known to frighten even the most intimidating  predatorssuch as paper wasps and assassin bugs. In this paper we will explore the  various adaptations that allow slug caterpillars to flourish in areas of high  predation. 

Introduction:   

Sir Joseph Banks, an English botanist, was the first to record an encounter 

with a slug caterpillar while visiting Australia. In 1770 while on James Cook’s first  voyage he was stung by one of the many species present in Australia. Since then  these particular caterpillars have been of special interest to scientists because of  their incredible adaptations.      Foraging Behaviors:   

Nearly all caterpillars found throughout the world are herbivorous and feed 

on a variety of vegetation. This vegetation is often abundant depending on their  habitat and allows them to flourish in many different environments.Limacodidae  can be found on nearly every continent and often display colors unique to their  preferred delicacy.  This morphology is a special type of camouflage known as  cryptic coloration and is key to their survival.(Evans and Schmidt, 1990)   

Limacodidae in North America typically reside on the east coast, which is 

known for its dense vegetation.  Feeding on several different species of foliage, for  example white oak, red oak, and American beech to name a few, these caterpillars  are known as polyphagic eaters. (Lill, 2006)This is an evolutionary advantage that 

allows them to feed on nearly any plant they encounter.Species occurring outside of  the United States show similar feeding patterns and feed on several native species of  foliage.(Lill, 2006) In tropical environments the caterpillars are most often found  feeding on eucalyptus and gum trees, which provide all the essential nutrients  needed to develop from birth to the adult form.Several species feed on poisonous  plants, which they then use to produce their own toxic venom. This ingenious ability  to produce powerful poison is not unique to the order Lepidoptera, but is also a  characteristic of several other species of insects.  A study conducted in June of 2006 revealed that Limacodidae show  preference to different leaf textures. (Lill, 2006) The team of scientists tested the  effects of leaf pubescence by sampling larvae in the Ozark Mountains of Missouri for  more than ten years. One specific experiment demonstrated that the caterpillars  responded more positively to leafs without the fine protruding hairs. (Lill, 2006)  The team was able to observe their findings in nature and noted that they often  found dense populations feeding on plants with smooth leaves.As they mature they  become solitary feeders and are often found feeding alone. This is an advantage  because they rarely compete for resources.   

As the larvae begin to develop they require more nutrition for obvious 

reasons. The maturing caterpillars consume the most before preparing for their  final transformation into their adult forms.During this time plants undergo extreme 

feeding pressures, which often devastates the vegetation. (Rieger, 2006) Farmers  consider Limacodidae as pest and often seek methods for removal such as  pesticides. (Heppner, 1995)   Geography:   

These caterpillars prefer tropical climates and most species have been 

identified throughout these areas. In tropical climates temperatures are relatively  constant, thus producing a dependable and consistent environment for Limacodidae  to thrive. An abundance of plants cover the floor and provide optimal protection  from various predators.  As herbivores they rarely ever face food shortages and feed  on numerous native plants.   

Not limited to tropical climates these caterpillars also occur throughout the 

United StatesThere are currently 50 known species in North America, 6 of which  contain urticating stinging spines. The most common Limacodidae encountered in  the U.S. is the saddleback caterpillar, which has been known to surprise gardeners  by clinging to the undersides of leaves. The state bearing the largest populations of  Limacodidae is Florida, which is home to nearly 30 different species. (Heppner,  1995)  Mating:   

Mating does not occur until the immature caterpillar transforms into the 

adult moth. At this stage the reproductive organs are fully developed and the adult 

moth works quickly to find a mate.This can be a difficult task due to high predation  and short lifespan.   

In 1996 a team of three entomologists studied the complete lifecycle 

ofSibinemegasomoides from egg to adult. A native of Costa Rica, Sibinemegasomoides  most closely resembles the North American species Sibinestimulea, and is also  equipped with stinging spines.They recorded weights at each stage of development  until it was a mature adult. Once the adult moth emerged from its cocoon it dried its  wings and went in search of a mate. As soon as the females mated they were busy  laying eggs the next day, and this behavior lasted up to three days.(Mexzón, 1996)  The scientists noted that the females of this particular species were capable of  laying 7 to 15 eggs at a time and laid roughly 20 clusters of eggs on the first day. The  number of clusters decreased each day the female was actively laying eggs.(Mexzón,  1996) Each egg was covered in yellow mucus, which acts as an adhesive to bind the  egg to the leaf. Once successfully mated the moth dies within several days leaving its  offspring to carry on the family genes.  Parasites:  One of the most obscure parasite interactions occurs in Lipidoptera.Several  species of caterpillars often become victim to the braconid wasp  (Cotesiacongregata).This small wasp is capable of injecting a virus into the  circulatory system along with its young into its host with one swift jab.(Beckage, 

1987) The virus that is injected causes a great deal of complications in the  caterpillar and blocks any internal defensive mechanisms they have evolved. Along  with the virus the wasp also injects fertilized eggs into the host.These eggs use the  protein rich caterpillar as a food source, and consume their host from the inside  out.As the eggs begin to develop inside the caterpillars’ body they produce large  cells called teratocytes, which become visible on the body of the host as the eggs  mature.(Beckage, 1987) Once the eggs develop into their larval form they begin to  emerge from the inside of the caterpillar through the large cellular membranes  located on the dorsal side. This brutal form of parasitism is unique  toCotesiacongregata and is always fatal to the caterpillar.    Defense Mechanisms:   

Planet Earth has been around for nearly 4.6 billion years and throughout this 

time species have been competing for resources in order to survive. Evolution has  produced some of the most advanced forms of defense, which include both chemical  and non‐chemical defense mechanisms. (Niehuis, 2006) This dangerous and highly  competitive world has allowed the family Limacodidae to display some of the most  advanced and obscure morphologies known to man.    

Slug caterpillars living in dense vegetation often face numerous predators. 

Birds, wasps, and other insects are just a few predators they encounter on a daily  basis. Caterpillars are excellent sources of protein, which makes for a nutritional 

meal even some indigenous humans cannot resist. With such high predation  pressures the family Limacodidae had no other choice but to evolve sophisticated  weaponry. (Murphy, 2009)   One of the most notable defense mechanisms in this family are the numerous  stinging spines several species display. These spines, also known as urticating hairs,  are hollow extensions of their body. The fragile spines are not present at birth, but  develop and become more pronounced after each consecutive molt. (Murphy, 2009)  Each hair often contains a poisonous toxin that can produce an irritating sensation  much like a bee sting. These fragile hairs have evolved to break off into whatever  they come in contact with leaving the predator in extreme discomfort. (Heppner,  1995) In some species the venomous sac remains in contact once the spine has  penetrated its intruder and continues to pulse the poison into the body. As  mentioned earlier, only 6 species of stinging Limacodidae live in North America, but  many others occur throughout the world.   Ranging in a vast spectrum of color these caterpillars flaunt some of the most  brilliant color schemes. This however is not for our viewing pleasure, but a survival  strategy. Their magnificent coloration is key to their survival and allows them to  blend in with various species of vegetation. Others display bright vibrant colors to  warn predators of their distastefulness. (Wiklund and Järvi, 1982) This strategy is  know as aposematic coloration and is used throughout the animal kingdom.Cyptic  coloration is another type of camouflage used in many species of Lipidoptera. It  allows them to remain unseen to the untrained predator by blending in with its 

surroundings. These types of coloration are also seen in the adult moth or butterfly  forms as well.   They also display various body morphologies such as a retractable head. The  head of Limacodidae tucks into the anterior part of the thorax when threatened.  (Murphy, 2009) This morphology protects the most vulnerable and precious part of  their body. Another adaptation is the ability to appear larger. The saddleback  caterpillar is a perfect example, which has a large redish‐brown “saddle‐like” spot  on its dorsal surface. This confuses the potential predator and is often a very  successful defense mechanism.  Transformations:   

The caterpillar is one of the several insects that undergo a complete 

metamorphosis throughout their lifetime. The changes are drastic at each stage of  the process, which starts from the egg. (Nijhout, 1981) The eggs are laid by the  mother on a preferred host plant that will provide the critical nutrients needed for  the remainder of the transformation to adulthood.    

Once the larvae emerge from the egg they almost immediately start to eat. 

This stage is known as the first instar. The mass accumulation of nutrients initiates  rapid growth and allows the caterpillar to transform into its next critical stage of  life. The larvae eventually outgrow their outermost skin and begin to molt by  shedding the outgrown skin, which defines the second instar. (Nijhout, 1981) This  happens several more times throughout their lifetime. Each molt produces unique  characteristics such as coloration.The number of instars depends on the species, but 

5 to 7 instars are average in Lepidoptera. The last molt is known as the chrysalis. It  is at this point where the newly formed skin hardens to produce the most  phenomenal transformation into the adult moth or butterfly. Limacodidae are  referred to as cup moths because their chrysalises are round and cup‐shaped. After  a few critical days the adult has emerged and is ready for its first flight. It then  focuses all its energy into finding a mate before it is eaten by a predator or out lives  its short lifespan.   Conclusion:   

Over several millions of years Limacodidae have been evolving into some of 

the most spectacular insects in the insect world. Their striking colors and  morphologies are truly a work of art, but to the caterpillar these are survival  strategies. They have also adapted elaborate defense mechanisms to cope with  various predators such as stinging spines. All these adaptations are more than likely  results of evolutionary pressures, which has created the many variations we  discussed.                    

    Murphy, S.M., Leahy, S.M., Williams, L.S., &Lill, J.T. 2009. Stinging spines protect slug  caterpillars (Limacodidae) from multiple generalist predators. Behavioral Ecology  (2010) 21 (1): 153‐160.  Mullen, G.R.,&Durden, L. 1993. Moths and butterflies (Lepidoptera). Medical and  Veterinary Entomology 345‐353  Harrison, J.O. 1963. On the Biology of Three Banana Pests in Costa Rica  (Lepidoptera: Limacodidae, Nymphalidae).Annals of the Entomological Society of  America, Volume 56, Number 1, January 1963 , pp. 87‐94(8)  Lill, J.T., Marquis, R.J., Forkner, R.E., Le corff, J., Holmberg, N., & Barber, N.A. 2006.  Leaf Pubescence Affects Distribution and Abundance of Generalist Slug Caterpillars  (Lepidoptera: Limacodidae). Environmental Entomology 35(3):797‐806. 2006  Niehuis, O., Yen,S.H.,Naumann, C.M., &Misof, B. 2006. Higher phylogeny of zygaenid  moths (Insecta : Lepidoptera) inferred from nuclear and mitochondrial sequence  data and the evolution of larval cuticular cavities for chemical defence. Molecular  Phylogenetics and Evolution. 812‐829  Mexzón, R.G., Chinchilla, C.M., & Salamanca, D. 1996. The biology of  Sibinemegasomoides Walker (Lepidoptera, Limacodidae) : observations of the pest  in oil palm in Costa Rica. ASD Oil Palm Papers N° 12, 1‐10  BeckageN.E., Templeton T.J., Nielsen B.D., Cook D.I., &Stoltz D.B. Parasitism‐induced  hemolymph polypeptides in Manducasexta (L.) larvae parasitized by the braconid  wasp Cotesiacongregata (Say). (1987) Insect Biochemistry, 17 (3), pp. 439‐455.  Riger, M. 2006.Introduction to fruit crops. Chapter 20: Oil Plam (Elaeisguineenis). pp.  282‐284  Evans, D.L.,&Schmidt, J.O.1990. Insect defenses: adaptive mechanisms and strategies  of prey and predators. Part 1. Evolution of Major Defense Ensembles.pp. 1‐63.  Wiklund, C., &Järvi, T. 1982.Survival of distasteful insects after being attacked by  naïve birds: a reappraisal of the theory of aposematic coloration evolving through  individual selection. Evolution. 36(5), 1982, pp. 998‐1002  Nijhout, H.F. 1981. Physiological control of molting insects. American Zoologist.  Volume: 21. Issue: 3. pp 631‐640