Una trampa de polen impresa en 3D para las entradas de la colmena deabejorros (Bombus)

Resumen

Presentamos un mecanismo no letal y automatizado para recolectar polen de los trabajadores de abejorros(Bombus)que regresan a una colmena. Se incluyen instrucciones para producir, preparar, instalar y usar los dispositivos. Mediante el uso de objetos impresos en 3D, la modificación del diseño fue oportuna, eficiente y permitió una respuesta rápida para las pruebas.

Resumen

Para verificar las fuentes vegetales de las que los abejorros se buscan polen, se deben recolectar individuos para eliminar sus cargas de polen corbicular para su análisis. Esto se ha hecho tradicionalmente mediante la red de recolectores en las entradas de los nidos o en las flores, enfriando las abejas en el hielo y luego eliminando las cargas de polen de los corbiculas con forrceps o un cepillo. Este método requiere mucho tiempo y mano de obra, puede alterar el comportamiento normal de búsqueda de alimento y puede provocar incidentes punzantes para el trabajador que realiza la tarea. Las trampas de polen, como las que se usan en las colmenas de abejas melíferas, recolectan el polen desalojando las cargas de polen corbicular de las patas de los trabajadores a medida que pasan a través de las pantallas en la entrada del nido. Las trampas pueden eliminar una gran cantidad de polen de las abejas forrajera que regresan con un trabajo mínimo, sin embargo, hasta la fecha no hay tal trampa disponible para su uso con colonias de abejorros. Los trabajadores dentro de una colonia de abejorros pueden variar en tamaño, lo que dificulta la selección del tamaño de las entradas para adaptar este mecanismo a las colmenas de abejorros criados comercialmente. Utilizando programas de diseño de impresión 3D, creamos una trampa de polen que elimina con éxito las cargas de polen corbicular de las patas de los recolectores de abejorros que regresan. Este método reduce significativamente la cantidad de tiempo requerido por los investigadores para recolectar polen de los recolectores de abejorros que regresan a la colonia. Presentamos el diseño, los resultados de las pruebas de eficiencia de eliminación de polen y sugerimos áreas de modificaciones para que los investigadores adapten las trampas a una variedad de especies de abejorros o diseños de cajas nido.

Introducción

Los abejorros (Bombus spp.) son insectos grandes y robustos que se encuentran en las regiones templadas, alpinas y árticas del mundo¹. Son importantes para las comunidades de plantas y proporcionan un importante servicio de polinización para los cultivos agrícolas que visitan². Las recientes disminuciones en la abundancia y distribución de varias especies han llevado su importancia como polinizadores a la vanguardia de la conciencia pública³. Los investigadores han identificado varios factores estresantes que probablemente contribuyen a la disminución de la población, incluida la falta de recursos florales diversos y abundantes en los que se alimentan los abejorros⁴. Identificar de qué especies de plantas se forrajean los abejorros permite a los investigadores y administradores de tierras comprender cómo los abejorros pueden estar respondiendo a los cambios en la disponibilidad de recursos, la competencia y las perturbaciones antropogénicas^5,6.

Los estudios que investigan las preferencias de forrajeo de polen de los abejorros a menudo son realizados por investigadores que capturan abejas individuales que se alimentan de flores y luego eliminan las cargas de polen corbicular de los especímenes para su posterior procesamiento e identificación^7,8,9,10. Si bien este método proporciona información sobre cómo una especie o un conjunto de especies de abejorros utiliza los recursos en un área^7,requiere mucho tiempo y las diferencias potenciales en las preferencias entre las colmenas no se pueden discernir sin análisis moleculares adicionales para identificar la colonia de origen de la abeja forrajea¹¹.

Para algunos estudios de dinámica de forrajeo, se desea realizar los estudios en colonias individuales; sin embargo, los nidos de abejorros silvestres generalmente se encuentran bajo tierra o a nivel del suelo, lo que los hace difíciles de localizar¹². Las colmenas de abejorros producidas comercialmente proporcionan a los investigadores un mayor acceso y un mejor control experimental, y la eliminación del polen de los trabajadores todavía se lleva a cabo principalmente mediante la captura de recolectores a medida que regresan a la colmena y la eliminación manual de sus cargas de polen corbicular^13,14. La eliminación del polen a mano de los corbículos de una abeja requiere mucho tiempo con un bajo rendimiento horario de polen, especialmente en las entradas de la colmena, donde la tasa de retorno de los recolectores de polen puede ser baja. Además, la eliminación manual del polen de las abejas puede provocar picaduras de trabajadores perturbados.

Las trampas de polen se han utilizado para la eliminación experimental del polen de las abejas melíferas durante décadas¹⁵; sin embargo, no se ha desarrollado un método pasivo para eliminar el polen de los abejorros. El principal obstáculo en el desarrollo de un mecanismo para eliminar el polen de los abejorros forrajeros que regresan es la gran variación de los tamaños de los trabajadores que existen en una colonia de abejorros¹⁶. Las trampas de polen de abeja melífera son efectivas en gran parte porque el tamaño del trabajador de la abeja melífera no varía mucho. Además, estas trampas requieren solo manipulaciones menores después de la instalación y no requieren que las abejas sean sacrificadas¹⁷. Esto se logra utilizando pantallas o superficies plásticas que desalojan el polen de las patas traseras de los trabajadores a medida que regresan a la colmena. Estas trampas eliminan solo una parte de las cargas de polen de los recolectores que regresan y los diversos diseños de los mismos dan como resultado eficiencias variadas en la recolección de polen. A medida que el polen se elimina de las patas de las abejas, cae a través de una pantalla y en un recipiente de recolección al que las abejas no tienen acceso, de modo que el investigador puede eliminarlo con solo una pequeña perturbación de la colmena.

El objetivo del presente estudio es adaptar las técnicas utilizadas para la recolección de polen de colmenas de abejas melíferas y aplicarlas a nidos de abejorros utilizando estructuras impresas en 3D y probar los diseños de trampas en colonias de Bombus huntii. El proceso de diseño siguió los supuestos de que las trampas deberían ser baratas de producir, adaptables a una variedad de especies de abejorros, causar un daño o perturbación mínimos a las abejas, y que la tasa de eliminación de polen debería exceder la recolección manual de polen. La tecnología de impresión tridimensional es versátil, de fácil acceso y una herramienta rentable que permite a los investigadores replicar y modificar objetos para fines específicos¹⁸. La técnica presentada aquí instruye al usuario a construir trampas de polen y colocarlas en colonias de abejorros disponibles comercialmente. Las trampas no están diseñadas para ser usé con colonias silvestres. Estas trampas eliminan pasivamente las cargas de polen corbicular de las patas traseras de los abejorros portadores de polen a medida que regresan a sus cajas nido.

Protocolo

1. Imprima estructuras trampa de polen

1. Descargue el archivo STL apropiado para la caja nido en la que anidan los abejorros (por ejemplo, colmenas de estilo Biobest o Koppert, https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). Los archivos están disponibles para el público, de forma gratuita para su descarga y modificación por parte del usuario final.
2. Abra el archivo STL en el programa de impresora. Siga las instrucciones del fabricante de la impresora para crear los cuatro componentes de la trampa.
   NOTA: Espere aproximadamente 3 h para que el cuerpo de la trampa imprima, 2 h para que el recipiente de captura imprima y 30 minutos cada uno para que el filtro y el inserto del cierre de la trampa impriman. El tamaño del cuerpo de la trampa es de 6 cm x 3,8 cm x 7 cm.

2. Montaje de trampas de polen

1. Retire las estructuras de soporte impresas con el cuerpo de la trampa y el recipiente de captura, incluidas las de la estructura del tamiz del cuerpo de la trampa (Figura 1).
2. Use una broca de 3/16 de in (0.476 cm) montada en un taladro manual para limpiar cualquier hebra de plástico que cruce los bordes elevados del filtro de polen que pueda impedir que una abeja se mueva a través de los orificios del filtro. Use una cuchilla de afeitar de corte de caja y papel de lija para igualar cualquier protuberancia o bordes elevados en el lado plano del filtro de polen.
3. Coloque el filtro de polen en el cuerpo de la trampa empujando suavemente el filtro de plástico a través de un lado del cuerpo de la trampa. El filtro solo encajará de una manera, ya que el lado izquierdo de la trampa tiene una abertura más grande para acomodar el paso de los conos de filtro elevados.
   1. Si las rendijas laterales son demasiado pequeñas para que el filtro de polen se deslice suavemente, raspe suficiente plástico lejos de la hendidura en el cuerpo de la trampa con una maquinilla de afeitar u otra herramienta que pueda eliminar pequeñas porciones de plástico a la vez. Asegúrese de que el filtro de polen se ajuste de forma segura en su lugar con no más de un espacio de 2 mm entre el filtro de polen y el cuerpo de la trampa.
4. Conecte el recipiente de captura al cuerpo de la trampa deslizando los bordes elevados en la parte inferior del cuerpo de la trampa en la ranura en la parte superior de la cuenca de captura. La cuenca de captura debe colocarse directamente debajo de la región del tamiz del cuerpo de la trampa (Figura 1A\u2012E).
5. Realice las modificaciones adecuadas cortando o lijando el plástico para permitir una colocación suave y la eliminación del recipiente de captura del cuerpo de la trampa. La colocación de la cuenca de captura asegurará el filtro de polen en su lugar y no se puede quitar hasta que se retire la cuenca de captura, ni se puede insertar el filtro de polen mientras la cuenca de captura esté en su lugar.
   NOTA: Si se colocan varias colmenas cerca una de la otra, proporcionar a cada colmena una combinación de colores única del cuerpo de la trampa, la cuenca de captura y las estructuras de filtro de polen, además de desplegar colmenas con orientación variada, ayudará a los trabajadores que regresan a encontrar sus nidos.

3. Preparación de colonias de abejorros

1. Detener la alimentación de polen 24\u201248 h antes de desplegar colonias. Esto hará que los trabajadores utilicen cualquier polen almacenado y los estimule a abandonar el nido en busca de polen.
2. Prepare el cuerpo de la trampa de la colmena para la instalación insertando un inserto de cierre de trampa en la ranura del filtro para evitar que las abejas se escapen mientras instalan la trampa.
3. Trabajando bajo luz roja para evitar que las abejas vuelen, levante la caja nido de plástico de la caja exterior de cartón.
4. Ubique la entrada del nido de plástico en la parte delantera del nido. Hay dos estilos de entrada dependiendo del proveedor del nido: cajas de estilo Koppert (paso 3.5) y cajas de estilo Biobest (paso 3.6).
5. Para las entradas de colmena de estilo Koppert, monte la trampa de polen en la entrada del nido tirando hacia arriba en la pestaña de entrada hasta que ambos orificios de entrada estén abiertos.
   1. Inserte los dos tubos de la trampa de polen en los orificios de entrada, asegurándose de que el tamiz de la trampa de polen esté en la parte inferior. Empuje suavemente hacia abajo la pestaña de entrada de plástico para asegurar la trampa de polen en su lugar.
6. Para instalar la trampa de polen en las entradas de la colmena de estilo Biobest, use un destornillador de cabeza plana para sacar suavemente el dispositivo de entrada de plástico de la caja nido. Inserte la trampa de polen en los orificios de entrada del nido hasta que la trampa de polen esté firmemente contra el nido (Figura 1E).
   1. Asegure la trampa al nido con cinta adhesiva o pegamento seco rápido donde la trampa entre en contacto con la caja nido si es necesario.
7. Devuelva la caja nido de plástico a la caja de cartón. Es posible que sea necesario cortar el cartón para acomodar la trampa de polen.

4. Despliegue de nidos

1. Coloque cajas nido en el área de estudio. Proporcionar cobertura para proteger de las precipitaciones y el anclaje para el viento, ya que estos pueden afectar negativamente la calidad y cantidad de polen que se recoge. Proporcione colmenas colocadas en invernaderos con una cubierta solar adecuada para reducir el sobrecalentamiento.
2. Retire el inserto de cierre de la trampa del cuerpo de la trampa para permitir que las abejas se forrajeen libremente para que los recolectores puedan orientarse con el área circundante y la ubicación de su nido. El tiempo de vuelo de orientación debe completarse en 24 h en condiciones normales.

5. Recolección de polen

1. Para activar la trampa, deslice el filtro de polen en la ranura del filtro, asegurándose de que esté bien colocado.
2. Instale el recipiente de captura deslizándolo sobre el cuerpo de la trampa desde la parte delantera hasta que esté completamente cerrado. Si el recipiente de captura está excesivamente suelto o se cae del cuerpo de la trampa, use una banda elástica para asegurarlo al cuerpo de la trampa.
3. Observe a las abejas entrando y saliendo de la trampa de polen en el primer despliegue para asegurarse de que los orificios del filtro de polen sean lo suficientemente grandes como para acomodar a las abejas.
   1. Si los trabajadores no pueden pasar a través del filtro de polen, retire el filtro y luego use brocas de más de 3/16 de in (0.476 cm) para aumentar el tamaño de los agujeros. Hágalo de manera secuencial, aumentando el diámetro del orificio 1/32 in (0.079 cm) cada vez, ya que los agujeros que son demasiado grandes no recogerán ningún polen.
   2. Una vez que las abejas puedan pasar a través del filtro, continúe observando la entrada para asegurarse de que el polen se elimine al volver a entrar.
      NOTA: Las abejas deben tener alguna dificultad para moverse a través de los orificios del filtro de polen, especialmente las primeras veces que pasan. Si pasan con demasiada facilidad, el polen no puede ser desalojado de los corbículos.
4. Después del período designado de recolección de polen, deslice y retire la cuenca de captura del cuerpo de la trampa.
5. Procese las cargas de polen de acuerdo con su diseño experimental.
6. Retire el filtro de polen para permitir que los trabajadores se forrajeen libremente hasta el próximo período de recolección de polen. El cuerpo de la trampa puede permanecer unido a la colmena durante la duración del experimento.
   NOTA: Las trampas de polen pueden ser activadas durante el tiempo que el investigador desee recolectar polen de una colonia. Sin embargo, el despliegue de trampas de polen durante más de 24 horas en una semana puede provocar la inanición de la cría en una colmena y retrasar el desarrollo de la colonia.

Resultados

Se probaron ocho diseños diferentes de filtros de polen para determinar su eficacia y eficiencia en la eliminación de las cargas de polen corbicular de los trabajadores de abejorros que regresan. Todos los diseños tuvieron éxito en la eliminación de al menos una carga de polen corbicular de un recolector que regresa. Sin embargo, se encontró que algunos imponieron que los trabajadores salieran o ingresaran a la colmena o no eliminaron las cargas de polen(Tabla 1). Las trampas de polen con varios f...

Discusión

La recolección de polen de las entradas de colonias de abejorros puede permitir una variedad de estudios ecológicos y agrícolas. Identificar las fuentes florales de las que los abejorros recolectan polen proporciona información valiosa y una visión de la diversidad de plantas que contribuyen a la dieta general de una colonia¹⁹. La identificación de la fuente de polen tiene implicaciones tanto para la producción agrícola como para los estudios de los servicios ecosistémicos en tierras^...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
MakerBot Replicator+	MakerBot	Model PABH65
MakerBot Tough Material	PLA Filament		various colors
Nest Box	Biobest		Not sold publicly without bee purchase