Uma armadilha de pólen impresso em 3D para entradas de colmeias de abelhas bumble(Bombus)

Resumo

Apresentamos um mecanismo não letal e automatizado para coletar pólen de trabalhadores de abelhas bumble(Bombus)que retornam a uma colmeia. Instruções para produzir, preparar, instalar e usar os dispositivos estão incluídas. Ao usar objetos impressos em 3D, a modificação no design foi oportuna, eficiente e permitiu uma rápida reviravolta para testes.

Resumo

Para verificar as fontes vegetais das quais as abelhas se forragem para pólen, os indivíduos devem ser coletados para remover suas cargas de pólen corbicular para análise. Isso tem sido tradicionalmente feito por invasores de rede nas entradas do ninho ou nas flores, resfriando as abelhas no gelo, e depois removendo as cargas de pólen do corbiculado com fórceps ou um pincel. Este método é demorado e trabalhoso, pode alterar o comportamento normal de forragem, e pode resultar em incidentes de picada para o trabalhador que realiza a tarefa. Armadilhas de pólen, como as usadas em colmeias de abelhas, coletam pólen desalojando cargas de pólen corbicular das pernas dos trabalhadores enquanto passam pelas telas na entrada do ninho. As armadilhas podem remover uma grande quantidade de pólen de abelhas invasoras que retornam com mão-de-obra mínima, mas até o momento nenhuma armadilha está disponível para uso com colônias de abelhas. Os trabalhadores dentro de uma colônia de abelhas podem variar em tamanho tornando difícil adaptar esse mecanismo a colmeias de abelhas desarmadas comercialmente. Usando programas de design de impressão 3D, criamos uma armadilha de pólen que remove com sucesso as cargas de pólen corbicular das pernas de intrusos de abelhas bumble retornando. Este método reduz significativamente o tempo exigido pelos pesquisadores para coletar pólen de intrusos de abelhas que retornam à colônia. Apresentamos o projeto, resultados de testes de eficiência de remoção de pólen, e sugerimos áreas de modificações para os pesquisadores adaptarem armadilhas a uma variedade de espécies de abelhas ou desenhos de caixas de ninhos.

Introdução

As abelhas bumble(Bombus spp.) são grandes insetos robustos que são encontrados nas regiões temperadas, alpinas e árticas do mundo¹. São importantes para plantar comunidades e fornecer importantes serviços de polinização para as culturas agrícolas que visitam². Declínios recentes na abundância e distribuição de várias espécies trouxeram sua importância como polinizadores à vanguarda da conscientização pública³. Pesquisadores identificaram vários estressores que provavelmente estão contribuindo para o declínio populacional, incluindo a falta de recursos florais diversos e abundantes nos quais as abelhas se forragem⁴. Identificar de quais espécies de plantas as abelhas desossa permitem que pesquisadores e gestores de terras entendam como as abelhas podem estar respondendo a mudanças na disponibilidade de recursos, competição e distúrbios antropogênicos^5,6.

Estudos que investigam as preferências de forrageamento de pólen de abelhas bumble são frequentemente conduzidos por pesquisadores capturando abelhas individuais forrageando flores e, em seguida, removendo as cargas de pólen corbicular de espécimes para posterior processamento e identificação^7,8,9,10. Embora este método forneça uma visão de como uma espécie ou um conjunto de espécies de abelhas bumble utiliza os recursos em uma área⁷, é tempo de que as diferenças intensivas e potenciais nas preferências entre as colmeias não podem ser discernidas sem análises moleculares adicionais para identificar colônia de origem da abelha forrageiras¹¹.

Para alguns estudos de dinâmica de forrageamento, deseja-se realizar os estudos em colônias individuais; no entanto, os ninhos de abelhas selvagens estão geralmente localizados no subsolo ou no nível do solo, tornando-os difíceis de localizar¹². As colmeias de abelhas bumble produzidas comercialmente fornecem aos pesquisadores maior acesso e melhor controle experimental e a remoção do pólen dos trabalhadores ainda é conduzida principalmente pela captura de forasteiros à medida que retornam à colmeia e removem manualmente suas cargas de pólen corbicular^13,14. A remoção de pólen à mão do corbicula de uma abelha é intensiva em tempo com baixo rendimento por hora de pólen especialmente nas entradas da colmeia onde a taxa de indagas de pólen que retornam pode ser baixa. Além disso, a remoção manual do pólen das abelhas pode resultar em picadas de trabalhadores perturbados.

Armadilhas de pólen têm sido usadas para remoção experimental de pólen de abelhas de mel por décadas¹⁵; ainda assim, um método passivo para remover pólen de abelhas bumble não foi desenvolvido. O principal obstáculo no desenvolvimento de um mecanismo para remover o pólen das abelhas inquecíveis que retornam é a grande variação do tamanho do trabalhador que existe em uma colônia de abelhas^{bumble 16}. As armadilhas de pólen de abelhas são eficazes em grande parte porque o tamanho do trabalhador das abelhas não varia muito. Além disso, essas armadilhas requerem apenas pequenas manipulações após a instalação e não exigem que as abelhas sejam sacrificadas¹⁷. Isso é conseguido usando telas ou superfícies plásticas que desalojam o pólen das patas traseiras dos trabalhadores à medida que retornam à colmeia. Essas armadilhas removem apenas uma parte das cargas de pólen dos forasteiros que retornam e os vários desenhos desses resultam em eficiências variadas na coleta de pólen. À medida que o pólen é removido das pernas das abelhas, ele cai através de uma tela e em uma bacia de coleta à qual as abelhas não têm acesso, para que o pesquisador possa removê-lo com apenas pequenos distúrbios para a colmeia.

O objetivo do presente estudo é adaptar as técnicas utilizadas para a coleta de pólen das colmeias de abelhas de mel e aplicá-los em ninhos de abelhas bumble usando estruturas impressas em 3D e testar os desenhos de armadilhas em colônias de Bombus huntii. O processo de projeto seguiu as premissas de que as armadilhas deveriam ser baratas de produzir, adaptáveis a uma variedade de espécies de abelhas bumble, causar danos mínimos ou perturbação às abelhas, e que a taxa de remoção de pólen deve exceder a coleta manual de pólen. A tecnologia de impressão tridimensional é versátil, facilmente acessível e uma ferramenta econômica que permite aos pesquisadores replicar e modificar objetos para fins específicos¹⁸. A técnica aqui apresentada instrui o usuário a construir armadilhas de pólen e anexá-las a colônias de abelhas disponíveis comercialmente. As armadilhas não foram projetadas para serem usada com colônias selvagens. Essas armadilhas removem passivamente as cargas de pólen corbicular das patas traseiras do pólen carregando abelhas enquanto retornam às suas caixas de ninho.

Protocolo

1. Imprimir estruturas de armadilhas de pólen

1. Baixe o arquivo STL apropriado para a caixa de ninho em que as abelhas estão aninhando (por exemplo, colmeias estilo Biobest ou Koppert, https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/logan-ut/pollinating-insect-biology-management-systematics-research/docs/pollen-traps/). Os arquivos estão disponíveis ao público, gratuitos para download e modificação pelo usuário final.
2. Abra o arquivo STL no programa de impressora. Siga as instruções do fabricante da impressora para construir os quatro componentes da armadilha.
   NOTA: Deixe aproximadamente 3h para o corpo da armadilha imprimir, 2h para a bacia de captura imprimir e 30 min cada para a inserção de fechamento do filtro e armadilha para imprimir. O tamanho do corpo da armadilha é de 6 cm x 3,8 cm x 7 cm.

2. Montagem da armadilha de pólen

1. Remova as estruturas de suporte impressas com o corpo da armadilha e bacia de captura, incluindo as da estrutura de peneira do corpo da armadilha(Figura 1).
2. Use uma broca de 0,476 cm montada em uma broca de mão para limpar quaisquer fios de plástico que cruzem as bordas elevadas do filtro de pólen que possam impedir uma abelha de se mover pelos orifícios do filtro. Use uma lâmina de barbear e lixa de corte de caixa para equilibrar quaisquer solavancos ou bordas levantadas no lado plano do filtro de pólen.
3. Coloque o filtro de pólen no corpo da armadilha empurrando suavemente o filtro plástico através de um lado do corpo da armadilha. O filtro só caberá de uma forma, pois o lado esquerdo da armadilha tem uma abertura maior para acomodar a passagem dos cones do filtro levantado.
   1. Se as fendas laterais forem muito pequenas para o filtro de pólen deslizar suavemente, raspe o plástico suficiente da fenda no corpo da armadilha com uma navalha ou outra ferramenta que pode remover pequenas porções de plástico de cada vez. Certifique-se de que o filtro de pólen se encaixa firmemente no lugar com não mais do que uma lacuna de 2 mm entre o filtro de pólen e o corpo da armadilha.
4. Conecte a bacia de captura ao corpo da armadilha deslizando as bordas levantadas na parte inferior do corpo da armadilha para a ranhura no topo da bacia de captura. A bacia de captura deve ser posicionada diretamente sob a região da peneira do corpo da armadilha (Figura 1A\u2012E).
5. Faça as modificações apropriadas cortando ou lixando o plástico para permitir a colocação suave e a remoção da bacia de captura do corpo da armadilha. A colocação da bacia de captura irá fixar o filtro de pólen no lugar e não pode ser removido até que a bacia de captura seja removida, nem o filtro de pólen possa ser inserido enquanto a bacia de captura estiver no local.
   NOTA: Se várias colmeias forem colocadas próximas umas das outras, fornecer a cada colmeia uma combinação de cores única do corpo da armadilha, bacia de captura e estruturas de filtro de pólen, além de implantar colmeias com orientação variada, ajudará os trabalhadores que retornam a encontrar seus ninhos.

3. Preparação da colônia de abelhas bumble

1. Pare a alimentação por pólen 24\u201248 h antes de implantar colônias. Isso fará com que os trabalhadores usem qualquer pólen armazenado e os estimulem a deixar o ninho em busca de pólen.
2. Prepare o corpo da armadilha da colmeia para instalação inserindo uma inserção de fechamento de armadilha no slot do filtro para evitar que as abelhas escapem durante a instalação da armadilha.
3. Trabalhando sob luz vermelha para evitar que as abelhas voem, levante a caixa do ninho de plástico para fora da caixa externa de papelão.
4. Localize a entrada do ninho de plástico na frente do ninho. Existem dois estilos de entrada dependendo do fornecedor do ninho: caixas estilo Koppert (etapa 3.5) e caixas estilo Biobest (passo 3.6).
5. Para as entradas de colmeias estilo Koppert, monte a armadilha de pólen na entrada do ninho, puxando para cima na guia de entrada até que ambos os buracos de entrada estejam abertos.
   1. Insira os dois tubos da armadilha de pólen nos orifícios de entrada, garantindo que a peneira da armadilha do pólen esteja no fundo. Empurre suavemente para baixo na guia de entrada de plástico para fixar a armadilha de pólen no lugar.
6. Para instalar a armadilha de pólen nas entradas da colmeia estilo Biobest, use uma chave de fenda de cabeça plana para retirar suavemente o dispositivo de entrada de plástico da caixa do ninho. Insira a armadilha de pólen nos buracos de entrada do ninho até que a armadilha do pólen esteja firmemente contra o ninho(Figura 1E).
   1. Fixar a armadilha no ninho usando fita adesiva ou cola seca rápida onde a armadilha entra em contato com a caixa do ninho, se necessário.
7. Devolva a caixa do ninho de plástico para a caixa de papelão. O papelão pode precisar ser cortado para acomodar a armadilha do pólen.

4. Implantação de ninhos

1. Coloque caixas de ninho na área de estudo. Fornecer cobertura para proteger contra precipitação e ancoragem para vento, pois estes podem afetar negativamente a qualidade e a quantidade de pólen que é coletado. Forneça colmeias colocadas em estufas com cobertura solar adequada para reduzir o superaquecimento.
2. Remova a inserção de fechamento da armadilha do corpo da armadilha para permitir que as abelhas forrageiam livremente para que os invasores possam se orientar com a área circundante e a localização de seu ninho. O tempo de voo de orientação deve ser completo em 24 horas em condições normais.

5. Coleta de pólen

1. Para engatar a armadilha, deslize o filtro de pólen para dentro da ranhura do filtro, garantindo que ela esteja bem no lugar.
2. Instale a bacia de captura deslizando-a para o corpo da armadilha da frente até que esteja totalmente fechada. Se a bacia de captura estiver excessivamente solta ou cair do corpo da armadilha, use um elástico para fixá-la no corpo da armadilha.
3. Observe as abelhas entrando e saindo da armadilha de pólen na primeira implantação para garantir que os orifícios do filtro de pólen sejam grandes o suficiente para acomodar as abelhas.
   1. Se os trabalhadores não conseguirem passar pelo filtro de pólen, remova o filtro e use brocas maiores que 0,476 cm para aumentar o tamanho dos furos. Faça isso de forma sequencial, aumentando o diâmetro do orifício 1/32 in. (0,079 cm) cada vez, pois os orifícios muito grandes não coletarão pólen.
   2. Uma vez que as abelhas são capazes de passar pelo filtro, continue a observar a entrada para garantir que o pólen esteja sendo removido após a reentrada.
      NOTA: As abelhas devem ter alguma dificuldade em se mover pelos orifícios do filtro de pólen, especialmente nas primeiras vezes que passam. Se eles passarem muito facilmente, o pólen pode não ser desalojado do corbiculado.
4. Após o período designado de coleta de pólen, deslize e remova a bacia de captura do corpo da armadilha.
5. Processe as cargas de pólen de acordo com seu projeto experimental.
6. Remova o filtro de pólen para permitir que os trabalhadores forragem livremente até o próximo período de coleta de pólen. O corpo da armadilha pode permanecer preso à colmeia durante a duração do experimento.
   NOTA: Armadilhas de pólen podem ser engajadas enquanto o pesquisador desejar coletar pólen de uma colônia. No entanto, a implantação de armadilhas de pólen por mais de 24 h em uma semana pode resultar em fome de ninhada em um desenvolvimento de uma colmeia e colônia retardada.

Resultados

Oito diferentes desenhos de filtros de pólen foram testados para determinar sua eficácia e eficiência na remoção de cargas de pólen corbicular dos trabalhadores de abelhas bumble retornando. Todos os projetos foram bem sucedidos em remover pelo menos uma carga de pólen corbicular de um forasteiro retornando. No entanto, alguns foram encontrados para retardar os trabalhadores de sair ou entrar na colmeia ou não remover cargas de pólen(Tabela 1). Armadilhas de pólen com vários filtros foram tes...

Discussão

A coleta de pólen das entradas de colônias de abelhas podem permitir uma variedade de estudos ecológicos e agrícolas. Identificar as fontes florais das quais as abelhas bumble coletam pólen fornece informações valiosas e insights sobre a diversidade de plantas que contribuem para a dieta geral de uma colônia¹⁹. Identificar a fonte de pólen tem implicações tanto para a produção agrícola quanto para estudos de serviços ecossistêmicos em terras silvestres¹²

Materiais

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