Medición de la capacidad de vuelo del escarabajo de ambrosía, Platypus Quercivorus (Murayama), con un bajo costo, pequeño y vuelo fácilmente construido molino

Resumen

Desarrollado un molino de vuelo de bajo coste y pequeño, construido con elementos comúnmente disponibles y fácilmente utilizados en experimentación. Usando este aparato, mide la capacidad de vuelo de un escarabajo del ambrosia, Platypus quercivorus.

Resumen

El escarabajo del ambrosia, quercivorus ornitorrinco (Murayama), es el vector de un hongo patógeno que causa mortalidad masiva de los árboles de Fagaceae (marchitez de roble Japon). Por lo tanto, conocer la capacidad de dispersión puede ayudar a informar a reventado/árbol retiro esfuerzos para prevenir esta enfermedad con más eficacia. En este estudio, midió la velocidad de vuelo y la duración y calcula la distancia de vuelo de escarabajo con un molino de vuelo desarrollado recientemente. El molino de vuelo es barato, pequeño y construida con elementos comunes. Su eje vertical y el brazo del molino de vuelo conforman una aguja fina. Un espécimen de escarabajo se pega en una punta del brazo con pegamento instantáneo. La otra punta es gruesa debido a ser cubierto con el plástico, así facilita la detección de rotación del brazo. La revolución del brazo es detectada por un sensor de foto montado sobre un LED infrarrojo y se indica por un cambio en el voltaje de salida cuando el brazo pasa por encima de lo LED. El fotosensor está conectado a un ordenador personal y los datos de voltaje de salida se almacenan en una frecuencia de muestreo de 1 kHz. Mediante la realización de experimentos con este molino de vuelo, se encontró que p. quercivorus pueden volar por lo menos 27 km. Porque nuestro molino de vuelo abarca artículos ordinarios baratos y pequeños, muchos molinos de vuelo pueden ser preparados y utilizados simultáneamente en un espacio pequeño laboratorio. Esto permite a los experimentadores obtener una cantidad suficiente de datos a corto plazo.

Introducción

Animales migran largas distancias en busca de alimento y compañeros. Animales migrando a veces pueden llevar a compañeros indeseables. El escarabajo ambrosia femenino, Platypus quercivorus (Murayama), es un vector conocido del patógeno fúngico, Raffaelea quercivora Kubono et Shin-Ito. Este patógeno causa mortalidad masiva de los árboles de Fagaceae (marchitez de roble Japon) y un alto nivel de mortalidad¹. Desde 1980, esta enfermedad se ha expandido por todo el país y se ha convertido en un grave problema².

P. quercivorus es un insecto pequeño (4-5 mm de longitud y 4-6 mg de peso corporal), y una expansión anual de la enfermedad sugiere que son capaces de volar hasta varios km^3,4. El hombre quercivorus p. localiza un árbol y libera una feromona de agregación que atrae a los machos y las hembras⁵. Por lo tanto, el árbol es masa atacado por sus congéneres y eventualmente muere. El hombre agujerea un túnel dentro del árbol después de la aterrizaje y una mujer atraídos por la feromona entra en el túnel y pone huevos. La rayada quercivours p. crecer en el túnel hasta que sean adultos. Adultos emergen y se dispersan para buscar nuevos huéspedes. Por lo tanto, expansión de la enfermedad se relaciona posiblemente con la capacidad migratoria de este escarabajo. Sin embargo, la medida a la que puede volar el escarabajo sigue siendo confusa. Además, las hembras son más grandes que los machos⁶ (Femenino: 4,6 mm y el hombre: 4,5 mm) y escarabajos macho buscan un árbol de destino, ingrese el túnel dentro del árbol y entonces atraen a la hembra. Teniendo en cuenta estas diferencias sexuales en el tamaño del cuerpo y el papel del vuelo en su vida, pueden existir diferencias sexuales en la capacidad de vuelo, pero la diferencia en capacidad es incierta.

En general, es extremadamente difícil medir capacidad migratoria en el campo, especialmente vuelo de capacidad, debido a la amplia gama del área migratoria. Capacidad migratoria se ha medido en laboratorios bajo condiciones anclados, como un sistema de molino de vuelo, de más de 60 años^{7,8,9,10,11,12 , 13}. sistemas de molino de vuelo han demostrado que algunos insectos tienen la capacidad para el vuelo de larga distancia. Por ejemplo, la distancia de vuelo más larga del escarabajo de pino de montaña en un molino de vuelo tenía más de 24 km¹⁴y Tetrastichus planipennisi Yang voló máximo en 7 km¹⁵. Aunque el molino de vuelo es una herramienta comúnmente disponible, ensayos biológicos con un animal vivo a menudo resultan en diferencias individuales considerablemente grandes. Para superar esto, muchas medidas, repetidas varias veces, son requeridas para obtener estimaciones fiables de la capacidad de dispersión media. Por lo tanto, puede usarse varios individuos al mismo tiempo para la recogida rápida de una cantidad suficiente de datos. Sin embargo, experimentos simultáneos requieren un espacio más grande, múltiples configuraciones experimentales y son más caros en comparación con un único sistema de medición. Por lo tanto, el molino de vuelo debe ser de bajo costo, debe ser fácilmente construido con elementos comúnmente disponibles y compacto en tamaño. Además, el procedimiento experimental no debe ser complicado o necesita un operador experto.

En este estudio, hemos reunido un molino pequeño y de bajo coste vuelo (figura 1 y figura 2) que podría ser fácilmente utilizado en experimentación y mide la capacidad de vuelo del escarabajo de ambrosía, p. quercivorus.

Protocolo

1. construcción de un molino de vuelo

1. Construcción de un aparato de vuelo molino
   1. Cortar la parte de plástico de una aguja (pieza de metal: 40 mm de longitud y 0,25 mm de diámetro, pieza de plástico: 22 mm de longitud y 2 mm de diámetro) con unos alicates (figura 3).
   2. Fijar esta aguja con una aguja no tratada en la forma de una cruz con el pegamento de la resina de epoxy (figura 3), refiriéndose como un brazo del molino de vuelo de un axial.
      Nota: Para una aguja axial, la parte no tratada debe ser una parte. La punta al descubierto del brazo del molino de vuelo es para pegar un escarabajo (figura 1B y figura 3).
2. Construcción de la base
   1. Hacer un pequeño hoyuelo en la superficie de una placa delgada de metal inoxidable (5 cm x 5 cm) martillando un clavo para evitar que la aguja axial desplazamiento horizontal (figura 4).
      Nota: Las dimensiones reales de la placa de metal no son críticas, y otro material es posible, pero evitar el uso de cualquier material blando; de lo contrario, la aguja va pegar, impidiendo que el molino giratorio.
   2. Colocar y fijar la placa metálica en la madera tablero (base de madera) con cinta adhesiva.
   3. Una placa de acero para que sea doble de la curva en forma de L ( figura 2Ayfigura 1 ).
      Nota: Es conveniente utilizar una placa de metal en forma de L para la fijación de muebles en la pared. Otro punto conveniente en apoyo de este tipo de placa es que la placa ya tenía muchos agujeros. Se utilizaron los agujeros para atornillar y fijar también un botón (figura 1A y figura 4).
   4. Hacer un cilindro cortando la punta de una pipeta de plástico desechable (altura = 1 cm, (d.e.) de diámetro externo = 4 mm, diámetro interior (d.i.) = 2 mm) para guiar una aguja axial (figura 2A y figura 4).
   5. Coloque y fije la placa doble en forma de L y el cilindro en la placa metálica (figura 2A y figura 4).
3. Construcción de los aparatos de detección
   1. Una placa de metal para hacer que la curva en forma de L para hacer una placa superior.
      Nota: Es conveniente utilizar una placa de metal en forma de L para la fijación de muebles en la pared (figura 5B-C). Si es así, puede omitir este paso.
   2. Poner un casquillo del metal pequeños (5 mm de longitud y 1 mm de diámetro) sobre la placa superior (Figura 2D-E figura 4y figura 5).
      Nota: Como una gorra, hemos utilizado un botón a presión. Pasó a través de un orificio de la placa en forma de L (figura 4).
   3. Fijar un sensor de foto de la placa en forma de L (figura 4 y figura 5). Atornillar un substrato del circuito para el sensor de la placa en forma de L para ahorrar espacio (Figura 2D-Ey figura 4).
   4. Pegue un LED infrarrojo (150 mW) en un pequeño imán junto con un sustrato de circuito el LED (figura 1A y figura 2A).
   5. Coloque el LED (150 mW) en la placa base bajo el sensor de la foto (figura 1A y figura 2A).
4. Construcción del titular de la
   1. Una placa de metal para hacer que la curva en forma de L.
      Nota: Es conveniente utilizar una placa de metal en forma de L para la fijación de muebles en la pared (figura 5B-C). Si es así, puede omitir este paso.
   2. Fijar la placa en madera tablero (pared de madera) con tornillos (figura 1, figura 4y figura 5B). La altura de la tabla de madera no es crítica, es 7 cm en este estudio.
5. Cables de conexión
   1. Conecte el sensor de foto a un canal de entrada analógico (AIN) de un convertidor A/D a través de cables eléctricos normales.
      Nota: Es útil si todos los cables son liados y fija en la placa en forma de L (figura 5B-D) ya que un espacio de trabajo desordenado a menudo impide la manipulación fina durante todo el experimento.
   2. Conecte el convertidor A/D para un ordenador personal (PC) mediante un cable USB.

2. experimental procedimiento

1. Recoger todo recién surgido p. quercivorus adultos de una muerta Quercus crispula Blume (Fagales: Fagaceae) árbol de la mañana (7-9 am) del día en que el experimento debe ser realizado.
   Nota: No utilice escarabajos en el día anterior. Más de 100 escarabajos salieron todos los días y escarabajos recién emergidos se verificaron todos los días. Ver referencia¹⁶ métodos detallados en la recolección de escarabajos.
2. Colocar un escarabajo en el hielo para anestesia. Evite que el escarabajo mojado; de lo contrario, será difícil completar el procedimiento siguiente. Realizar todos los procedimientos posteriores en el hielo.
3. Coloque una pequeña cantidad de un componente del pegamento instantáneo (gelatinosa pegamento) sobre el escarabajo pronoto con el brazo del molino y tenga el brazo del molino en contacto con el pronoto.
   Nota: El pegamento gelatinosa se secará lentamente si este pegamento se utiliza solo. Sin embargo, este pegamento funciona rápidamente cuando dos componentes se mezclan (Tabla de materiales). El otro componente (pegamento líquido) se utilizará en el siguiente paso.
4. Añadir una pequeña cantidad de otro componente del pegamento (pegamento líquido) utilizando una aguja fina o un palillo. Asegúrese de que las alas estén libres de pegamento (figura 1B). El pegamento líquido se utiliza para facilitar el fraguado del pegamento gelatinosa.
5. Ajustar la aguja en forma de Cruz en el molino de vuelo (figura 6) con un imán para sostener la placa en forma de L (placa superior) en la otra placa en forma de L. Simplemente deslice la placa superior al ajuste de la altura de la placa superior de la aguja. Inserte la punta superior de la aguja axial en el orificio del botón de presión sobre la placa superior (figura 5A) y coloque la otra punta de la guía en la placa base (figura 6).
6. Ajustar la posición de un LED IR debajo del sensor.

3. obtener y analizar datos

1. Grabar la señal de salida amplificada del sensor foto y guardarla en la PC a través del convertidor A/D utilizando software comercial con una frecuencia de muestreo de 1.000 puntos/s (Figura 7A) (para el convertidor A/d y software, Tabla de materiales).
2. Inicie el software DAQFActoryExpress.
3. Haga clic en una cruz (+) la marca en el icono de registro en la ventana de área de trabajo .
4. Haga clic con el botón derecho el nombre del conjunto de registro y seleccione Iniciar sesión establecer.
   Nota: El software continúa registro y guardar los datos.
5. Para detener la grabación, haga clic con el botón derecho el nombre del conjunto de registro y seleccione Fin registro conjunto para guardar un archivo CSV.
6. Extraiga el paso del tiempo del brazo de molino de vuelo sobre el LED de infrarrojos utilizando un software apropiado al detectar épocas sólo cuando la tensión registrada superó el umbral (0,5 V).
   Nota: Debido a algunos programas (por ejemplo, MS Excel) pueden leer un archivo CSV creado, utiliza un software familiar dependiendo del propósito del estudio. Si es necesario descargar los programas a la medida disponibles a través de Github, https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill. Para más información sobre nuestros programas, así como las instrucciones para utilizar el programa, vea el archivo Léame que se acompaña con el programa principal.

Resultados

En estos experimentos, alrededor del 50% de los escarabajos aplicados al molino de vuelo demostró una o más revoluciones. Cuando la parte de plástico pasa una línea virtual entre el sensor y el LED, el voltaje registrado cambiado de 0 V a unos 6,5 V, y la duración de un paso era dentro de 10-20 ms, dependiendo de la velocidad de vuelo. Por lo tanto, un cambio de voltaje de pico-como se observa como una revolución (figura 7B). Definimos el vuelo como cua...

Discusión

Hemos desarrollado un molino de vuelo compacta para pequeños insectos como p. quercivorus (4-5 mm de longitud y 4-6 mg de peso corporal), bajo costo y fácil de construir. Nuestro molino de vuelo comprende solamente los artículos como una aguja, un IR LED, un sensor de foto, pegamento instantáneo, etc.y no requieren ningún elementos sofisticados, costosos o raros como dispositivos eléctricos controlados por computadora. Esto permitió la recogida fácil y rápida de artículos necesarios y reduce l...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
needle	Seirin	J type No. 5 x 40 mm
epoxy resin adhesive	Konishi	#16113
metal plate			from a home improvement store
disposable plastic pipette			from a home improvement store
snap button			from a craft store
IR sensor	Hamamatsu Photonics	S7136
IR LED	OptoSupply	OSIR5113A	150 mW
custom-made program			downloadable from Github. URL: https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill
instant glue	Toagosei	31204
A/D converter	LabJack Co.	U3-HV
DAQ software	AzeoTech	DAQFactoryExpress	download from AzeoTech Web page.