Medir a capacidade de voo do besouro Ambrosia, ornitorrinco Quercivorus (Murayama), usando um baixo custo, pequeno e voo facilmente construído moinho

Resumo

Desenvolvemos um moinho de voo de baixo custo e pequeno, construído com itens comumente disponíveis e facilmente usado em experimentação. Usando este aparelho, medimos a capacidade de voo de um escaravelho de ambrósia, ornitorrinco quercivorus.

Resumo

O besouro de ambrósia, ornitorrinco quercivorus (Murayama), é o vetor de um patógeno fúngico que provoca mortalidade em massa de árvores Fagaceae (murcha de carvalho japonês). Portanto, saber que a capacidade de dispersão pode ajudar a informar a armadilhagem/árvore remoção esforços para evitar que esta doença mais eficazmente. Neste estudo, temos medido a velocidade de voo e a duração e estima-se a distância de voo do besouro usando um moinho de voo recentemente desenvolvido. O moinho de voo é construído usando itens comumente disponíveis, pequeno e baixo custo. Tanto o braço de moinho de voo e seu eixo vertical compõem uma agulha fina. Um espécime de besouro é colado sobre uma ponta do braço usando a cola instantânea. A outra ponta grossa devido a ser coberto com plástico, assim facilita a detecção de rotações do braço. A revolução do braço é detectada por um sensor de foto montado em um LED infravermelho e é indicada por uma mudança na tensão de saída quando o braço passado acima o LED. O sensor de foto é conectado a um computador pessoal e os dados de tensão de saída são armazenados em uma taxa de amostragem de 1 kHz. Realizando experiências usando este moinho de voo, nós encontramos que p. quercivorus pode voar pelo menos 27 km. Porque nosso moinho de voo é composto por itens comuns pequenos e baratos, muitos moinhos de voo podem ser preparados e usados simultaneamente em um espaço pequeno laboratório. Isso permite que experimentadores obter uma quantidade suficiente de dados dentro de um curto período.

Introdução

Animais migram de longa distâncias em busca de comida e companheiros. Migração de animais às vezes podem levar a indesejáveis companheiros. O besouro fêmea ambrósia, ornitorrinco quercivorus (Murayama), é um conhecido vetor do patógeno fúngico, Raffaelea quercivora Kubono et Shin-Ito. Este patógeno provoca mortalidade em massa de árvores Fagaceae (murcha de carvalho japonês) e um elevado nível de mortalidade¹. Desde 1980, esta doença tem vindo a expandir por todo o Japão e tornou-se um grave problema².

P. quercivorus é um pequeno inseto (4-5 mm de comprimento e 4-6 mg de peso corporal), e expansão anual da doença sugere que eles são capazes de voar até vários km^3,4. O macho p. quercivorus localiza uma árvore de host e libera um feromônio de agregação que atrai os machos e as fêmeas⁵. Consequentemente, a árvore de host é atacada em massa por coespecíficos e eventualmente morre. O macho aborrece um túnel dentro da árvore após o desembarque e uma fêmea de feromônio-atraiu entra no túnel e põe ovos. O hachurado p. quercivours crescer no túnel até se tornarem adultos. Adultos emergem e dispersam-se para localizar novos hospedeiros. Assim, a expansão da doença é possivelmente relacionado com a capacidade migratória deste escaravelho. No entanto, na medida em que o besouro pode voar é ainda incerto. Além disso, as fêmeas são maiores que os machos⁶ (feminino: 4,6 mm e macho: 4,5 mm) e besouros masculinos procurar uma árvore de destino, digite o túnel dentro da árvore e então atraem a fêmea. Tendo em conta estas diferenças sexuais no tamanho corporal e papel de voo em sua vida, diferenças sexuais podem existir na capacidade de voo, mas a diferença na capacidade permanece obscura.

Em geral, é extremamente difícil de medir capacidade migratória no campo, especialmente de voo capacidade, devido a grande variedade de área migratória. Capacidade migratória foi medida em laboratório sob condições amarrados, como um sistema de moinho de voo, para mais de 60 anos^{7,8,9,10,11,12 , 13}. sistemas de moinho de voo têm mostrado que alguns insetos têm a habilidade para o voo de longa distância. Por exemplo, a maior distância de voo do besouro do pinho da montanha em um moinho de voo era de mais de 24 km¹⁴, e Yang Tetrastichus planipennisi voou màxima por 7 km¹⁵. Embora o moinho de voo é uma ferramenta comumente disponível, ensaios biológicos com um animal vivo muitas vezes resultam em consideravelmente grandes diferenças individuais. Para superar isto, muitas medições, repetidas várias vezes, são obrigadas a obter estimativas fiáveis da capacidade média de dispersão. Portanto, vários indivíduos devem ser usados ao mesmo tempo para a coleta rápida de uma quantidade suficiente de dados. No entanto, experiências simultâneas exigem um espaço maior, múltiplas configurações experimentais e são mais caros quando comparado a um único sistema de medição. Daí, o moinho de voo deve ser de baixo custo, deve ser facilmente construído com itens comumente disponíveis e compacto em tamanho. Além disso, o procedimento experimental não deve ser complicado ou precisa de um operador hábil.

Neste estudo, nós juntamos um moinho pequeno, baixo custo de voo (Figura 1 e Figura 2) que pode ser facilmente usado em experimentação e mede a capacidade de voo do besouro ambrósia, p. quercivorus.

Protocolo

1. construção de uma fábrica de voo

1. Construção de um aparelho de moinho de voo
   1. Cortar a parte de plástico de uma agulha (parte de metal: 40 mm de comprimento e 0,25 mm de diâmetro; parte plástica: 22 mm de comprimento e 2 mm de diâmetro) com pinças (Figura 3).
   2. Corrigi esta agulha com uma agulha não tratada na forma de uma cruz com adesivo de resina epóxi (Figura 3), referindo-se a eles como um braço de moinho de voo e uma agulha axial.
      Nota: Para uma agulha axial, o lado não tratado deve ser um lado inferior. A ponta descoberta do braço do moinho do voo é para colar um besouro (figura 1B e Figura 3).
2. Construção da base
   1. Faça uma pequena ondulação na superfície de uma placa fina de metal inoxidável (5 cm x 5 cm) por martelar um prego para evitar que a agulha axial deslizando horizontalmente (Figura 4).
      Nota: As dimensões reais da placa de metal não são críticas, e outro material é possível, mas evitar o uso de qualquer material macio; caso contrário, a agulha vai ser preso, impedindo que o moinho rotativo.
   2. Colocar e fixar a placa de metal sobre a madeira placa (base de madeira) com fita adesiva.
   3. Dobrar uma chapa de aço para torná-lo duplo em forma de L (Figura 1 e Figura 2A).
      Nota: Era conveniente usar uma placa de metal em forma de L para fixação de móveis na parede. Outro ponto conveniente para apoiar usando este tipo de placa foi que a placa já tinha muitos buracos. Furos foram usados para aparafusar e fixar também um botão snap (figura 1A e Figura 4).
   4. Faça um cilindro por um corte a ponta de uma pipeta descartável de plástico (altura = 1cm, (OD) de diâmetro externo = 4 mm, diâmetro interior (identificação) = 2 mm) para guiar uma agulha axial (Figura 2A e Figura 4).
   5. Colocar e fixar a placa dupla em forma de L e o cilindro na chapa de metal (Figura 2A e Figura 4).
3. Construção do aparato de sensoriamento
   1. Dobrar uma placa de metal para torná-lo em forma de L para fazer uma placa superior.
      Nota: Era conveniente usar uma placa de metal em forma de L para mobiliário de fixação na parede (Figura 5B-C). Se assim for, você pode pular esta etapa.
   2. Colocar uma tampa de metal pequena (5 mm de comprimento e 1 mm de diâmetro) na placa superior (Figura 2D-E, Figura 4e Figura 5A).
      Nota: Como um tampão, usamos um botão snap. Passou por um buraco na placa em L (Figura 4).
   3. Consertar um sensor de fotografia na placa em L (Figura 4 e Figura 5A). Estraguei um substrato de circuito do sensor na placa em forma de L, para economizar espaço (Figura 2D-Ee a Figura 4).
   4. Cola um LED infravermelho (150 mW) em um pequeno ímã juntamente com um substrato de circuito para o LED (figura 1A e Figura 2A).
   5. Coloque o LED (150 mW) na placa base sob o fotosensor (figura 1A e Figura 2A).
4. Construção do titular
   1. Dobrar uma placa de metal para torná-lo em forma de L.
      Nota: Era conveniente usar uma placa de metal em forma de L para mobiliário de fixação na parede (Figura 5B-C). Se assim for, você pode pular esta etapa.
   2. Fixar a placa em um de madeira placa (parede de madeira) com parafusos (Figura 1, Figura 4e Figura 5B). A altura da placa de madeira não é crítica, era 7cm neste estudo.
5. Os cabos de ligação
   1. Conecte o sensor de foto para um canal de entrada analógico (AIN) de um conversor A/D através de cabos elétricos normais.
      Nota: É útil se todos os cabos são empacotados e fixa na placa em L (Figura 5B-D), porque um espaço de trabalho desarrumado frequentemente impede manipulação bem durante todo o experimento.
   2. Conecte o conversor A/D para um computador pessoal (PC) através de um cabo USB.

2. o procedimento

1. Recolher tudo recentemente emergiu adultos de p. quercivorus de um morto Quercus crispula Blume (Fagales: Fagaceae) árvore da manhã (7-9) do dia em que a experiência é para ser realizado.
   Nota: Não use besouros recolhidos no dia anterior. Mais de 100 besouros saiu todos os dias e besouros surgiu recentemente foram verificados diariamente. Ver uma referência¹⁶ para métodos detalhados na coleta de besouros.
2. Coloque um besouro no gelo para anesthetization. Evite que o besouro molhado; caso contrário, será difícil concluir o procedimento a seguir. Execute todos os procedimentos subsequentes no gelo.
3. Coloque uma pequena quantidade de um componente da cola instantânea (gelatinosa cola) sobre do besouro pronoto com o braço de moinho e manter o braço do moinho em contacto com o pronoto.
   Nota: A cola gelatinosa vai secar lentamente se essa cola é usada sozinha. No entanto, esta cola funciona depressa quando dois componentes são misturados (Tabela de materiais). O outro componente (cola líquida) será usado na próxima etapa.
4. Adicione uma pequena quantidade do outro componente da cola (cola líquida) usando uma agulha fina ou vara. Certifique-se de que as asas estão livres de cola (figura 1B). A cola líquida é usada para facilitar o endurecimento da cola gelatinosa.
5. Ajuste a agulha em forma de cruz para o moinho de voo (Figura 6) usando um imã para segurar a placa em forma de L (placa superior) a outra chapa em L. Simplesmente deslize a placa superior ao ajustar a altura da placa superior da agulha. Introduza a extremidade superior da agulha axial no furo do botão snap na placa superior (Figura 5A) e colocar a outra ponta no guia sobre a placa de base (Figura 6).
6. Ajuste a posição de um iluminador sob o sensor.

3. obter e analisar dados

1. Gravar o sinal de saída amplificada do sensor de fotografia e armazená-lo no PC através do conversor A/D, usando o software comercial com uma taxa de amostragem de 1.000 pontos/s (Figura 7A) (para software, Tabela de materiaise conversor A/D).
2. Inicie o software DAQFActoryExpress.
3. Clique em uma cruz (+) marcar sobre o ícone de registro na janela do espaço de trabalho .
4. Botão direito do mouse o nome do conjunto de registro em log e selecione Iniciar log definido.
   Nota: O software continua registrando e salvar os dados.
5. Para parar a gravação, botão direito do mouse o nome do conjunto de registro em log e selecione End log Set para salvar um arquivo. csv.
6. Extraia o passar do tempo do braço do moinho do voo acima o iluminador usando um software apropriado, detectando vezes somente quando a tensão gravada excedeu o limite de (0.5 V).
   Nota: Porque algum software (por exemplo, MS Excel) pode ler um arquivo. csv criado, use um software familiar dependendo da finalidade do estudo. Se necessário, baixe os programas feitos sob medidos disponíveis via Github, https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill. Para maiores informações sobre nossos programas, bem como as instruções para usar o programa, consulte o arquivo README que é acompanhado com o programa principal.

Resultados

Nesses experimentos, cerca de 50% dos besouros aplicados ao moinho de voo mostrou uma ou mais rotações. Quando a parte plástica passou uma linha virtual entre o sensor e o LED, a tensão gravada mudou de sobre 0 V para aproximadamente 6.5 V, e a duração de uma passagem estava dentro de 10-20 ms, dependendo da velocidade de voo. Portanto, uma mudança de tensão de pico, como é observada como uma revolução (Figura 7B). Definimos o voo como quando girav...

Discussão

Desenvolvemos um baixo custo, fácil de construir e moinho de voo compacto para pequenos insetos, como p. quercivorus (4-5 mm de comprimento e 4-6 mg de peso corporal). Nosso moinho de voo composto apenas ordinários itens como uma agulha, um IR LED, um sensor de fotografia, cola instantânea, etce não requer quaisquer itens sofisticados, caros ou raros, tais como dispositivos elétricos controlados por computador. Isto permitiu a coleção fácil e rápida de itens necessários e experimentais custos ...

Materiais

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.