Name: measuring the flight ability of the ambrosia beetle, platypus quercivorus (murayama), using a low-cost, small, and easily constructed flight mill
Uploaded: 2018-08-06T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus Murayama, Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill at JoVE.com

Nous remercions M. S. Fukaya, M. N. Okuda et M. T. Ishino pour aider avec les expériences. Cette étude a été financée de subventions pour la recherche scientifique de la société japonaise pour la Promotion de la Science (n ° 15K 14755).

1. construction d’une usine de vol
<ol><li>
Construction d’un appareil de moulin de vol
	<ol>
<li>Coupez la partie en plastique d’une aiguille (partie métallique : 40 mm de long et 0,25 mm de diamètre ; pièce plastique : 22 mm de longueur et 2 mm de diamètre) avec des pinces (Figure 3).</li>
		<li>Fixer cette aiguille avec une aiguille non traitée sous la forme d’une croix avec des adhésifs de résine époxy (Figure 3), se ré...

<ol>
	<li>Kubono, T., Ito, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raffaelea+quercivora+sp.+nov.+associated+with+mass+mortality+of+Japanese+oak,+and+the+ambrosia+beetle+(Platypus+quercivorus).">Raffaelea quercivora sp. nov. associated with mass mortality of Japanese oak, and the ambrosia beetle (Platypus quercivorus).</a> Mycoscience. 43, 255-260 (2002).</li><li>Kobayashi, M., Ueda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wilt+disease+of+Fagaceae+trees+caused+by+Platypus+quercivorus+(Murayama)+(Coleoptera:+Platypodidae)+and+the+associated+fungus:+Aim+is+to+clarify+the+damage+factors.">Wilt disease of Fagaceae trees caused by Platypus quercivorus (Murayama) (Coleoptera: Platypodidae) and the associated fungus: Aim is to clarify the damage factors.</a> J Jpn For Soc. 87, 435-450 (2005).</li><li>Nunokawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+distribution+and+spreading+process+of+damages+caused+by+Japanese+oak+wilt+in+Niigata+Prefecture,+Japan+(in+Japanese).">Local distribution and spreading process of damages caused by Japanese oak wilt in Niigata Prefecture, Japan (in Japanese).</a> Bulletin of Niigata Prefectural Forest Research Institute. 48, 21-32 (2007).</li><li>Ohashi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+and+spreading+of+damages+caused+by+Japanese+oak+wilt+in+Gifu+Prefecture,+Japan+(in+Japanese).">Distribution and spreading of damages caused by Japanese oak wilt in Gifu Prefecture, Japan (in Japanese).</a> Bulletin of the Gifu Prefectural Research Institute for Forests. 37, 23-28 (2008).</li><li>Tokoro, M., Kobayashi, M., Saito, S., Knuura, H., Nakashima, T., Shoda-Kgaya, E., Kashiwagi, T., Tebayashi, S., Kim, C., Mori, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+aggregation+pheromone,+(1S,4R)-p-menth-2-en-1-ol,+of+the+ambrosia+beetle,+Platypus+quercivorus+(Coleoptera:+Phatypodidae).">Novel aggregation pheromone, (1S,4R)-p-menth-2-en-1-ol, of the ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Coleoptera: Phatypodidae).</a> Bulletin of FFPRI. , 49-57 (2007).</li><li>Nobuchi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Platypus+quercivorus+Murayama+(Coleoptera,+Platypodidae)+attacks+to+living+oak+trees+in+Japan,+and+information+of+Platypodidae+(I).">Platypus quercivorus Murayama (Coleoptera, Platypodidae) attacks to living oak trees in Japan, and information of Platypodidae (I).</a> Forest Pest. 42, 2-6 (1993).</li><li>Clements, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+sources+of+Energy+for+flight+in+mosquitoes.">The sources of Energy for flight in mosquitoes.</a> J Exp Biol. 32, 547-554 (1955).</li><li>Armes, N. J., Cooter, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+age+and+mated+status+on+flight+potential+of+Helicoverpaarmigera+(Lepidoptera:+Noctuidae).">Effects of age and mated status on flight potential of Helicoverpaarmigera (Lepidoptera: Noctuidae).</a> Physiol Entomol. 16, 131-144 (1991).</li><li>Stewart, S. D., Gaylor, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+age,+sex,+and+reproductive+status+on+flight+by+the+tarnished+plant+bug+(Heteroptera:+Miridae).">Effects of age, sex, and reproductive status on flight by the tarnished plant bug (Heteroptera: Miridae).</a> Environ Entomol. 23, 80-84 (1994).</li><li>Sarvary, M. A., Bloem, K. A., Bloem, S., Carpenter, J. E., Hight, S. D., Dorn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diel+flight+pattern+and+flight+performance+of+Cactoblastis+castorum+(Lepidoptera:+Pyralidae)+Measured+on+a+flight+mill:+influence+of+age,+gender,+mating+status,+and+body+size.">Diel flight pattern and flight performance of Cactoblastis castorum (Lepidoptera: Pyralidae) Measured on a flight mill: influence of age, gender, mating status, and body size.</a> J Econ Entomol. 101 (2), 314-324 (2008).</li><li>Zhang, Y., Wyckhuys, K. A. G., Asplen, M. K., Heinpel, G. E., Wu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Binodoxys+Communis+parasitism+on+flight+behavior+of+the+soybean+aphid,+Aphis+glycines.">Effect of Binodoxys Communis parasitism on flight behavior of the soybean aphid, Aphis glycines.</a> Biol Control. 62, 10-15 (2012).</li><li>Sappington, T. W., Burks, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterns+of+flight+behavior+and+capacity+of+unmated+navel+orangeworm+(Lepidoptera:+Pyralidae)+Adults+related+to+age,+gender,+and+wing+size.">Patterns of flight behavior and capacity of unmated navel orangeworm (Lepidoptera: Pyralidae) Adults related to age, gender, and wing size.</a> Environ Entomol. 43, 696-705 (2014).</li><li>Attisano, A., Murphy, J. T., Vickers, A., Moore, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+flight+mill+for+the+study+of+tethered+flight+in+insects.">A simple flight mill for the study of tethered flight in insects.</a> J. Vis. Exp. (106), e53377 (2015).</li><li>Evenden, M., Whitehouse, L., C, M., Sykes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+flight+capacity+of+the+mountain+pine+beetle+(Coleoptera:+Curculionidae:+Scolytinae).">Factors influencing flight capacity of the mountain pine beetle (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae).</a> EnvironEntomol. 43, 187-196 (2014).</li><li>Fahrner, S. J., Lelito, J. P., Blaedow, K., Heimpel, G. E., Aukema, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+affecting+the+flight+capacity+of+Tetrastichus+planipennisi+(Hymenoptera:+Eulophidae),+a+classical+biological+control+agent+of+Agrilus+Planipennis+(Coleoptera:+Buprestidae).">Factors affecting the flight capacity of Tetrastichus planipennisi (Hymenoptera: Eulophidae), a classical biological control agent of Agrilus Planipennis (Coleoptera: Buprestidae).</a> Environ Entomol. 43, 1603-1612 (2014).</li><li>Pham, D. L., Ito, Y., Okada, R., Ikeno, H., Isagi, Y., Yamasaki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phototactic+behavior+of+the+ambrosia+beetle+Phatypusquercirorus+(Murayama)+(Coleoptera:+Platypodidae)+before+and+after+flight.">Phototactic behavior of the ambrosia beetle Phatypusquercirorus (Murayama) (Coleoptera: Platypodidae) before and after flight.</a> J Insect Behav. 30, 318-330 (2017).</li><li>Wanner, H., Gu, H., Dorn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutritional+value+of+floral+nectar+sources+for+flight+in+the+parasitoid+wasp,+Cotesia+glomerata.">Nutritional value of floral nectar sources for flight in the parasitoid wasp, Cotesia glomerata.</a> Physiol Entomol. 31, 127-133 (2006).</li><li>Rowley, W. A., Graham, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+age+on+the+flight+performance+of+female+Aedes+aegypti+mosquitoes.">The effect of age on the flight performance of female Aedes aegypti mosquitoes.</a> J Insect Physiol. 14, 719-728 (1968).</li></ol>

Nous avons développé un peu coûteux, facile à construire et usine de vol compact pour petits insectes tels que P. quercivorus (4-5 mm de longueur et 4 à 6 mg poids corporel). Notre moulin de vol composé d’éléments seulement ordinaires comme une aiguille, un IR LED, un capteur photo, colle instantanée, etc.et ne nécessite pas tous les éléments sophistiqués, chers ou rares tels que les appareils électriques commandés par ordinateur. Cela a permis la collecte facile et rapide des élément...

Animaux migre sur de longues distances à la recherche de nourriture et mates. Les animaux migrateurs pourraient se livrer parfois indésirables compagnons. La scarabée ambrosia femelle, Platypus quercivorus (Murayama), est un vecteur connu du champignon pathogène, Raffaelea quercivora Kubono et Shin-Ito. Ce pathogène provoque une mortalité massive des Fagaceae arbres (flétrissement du chêne japonais) et un niveau élevé de mortalité1. Depuis 1980, cette maladie se développe dans tout le Japon et est devenu un problème grave2.
P. quercivorus est un petit insecte (4-5 mm de longueur et 4 à 6 mg poids corporel), et une expansion annuelle de la maladie donne à penser qu’ils sont capables de voler jusqu'à plusieurs km3,4. Le mâle quercivorus P. localise un arbre hôte et libère une phéromone d’agrégation qui attire les mâles et les femelles5. Par conséquent, l’arbre hôte est attaqué par leurs congénères et meurt. Le mâle ennuie un tunnel à l’intérieur de l’arbre après l’atterrissage et a attiré la phéromone femelle pénètrent dans le tunnel et Pond des œufs. Le éclos P. quercivours poussent dans le tunnel jusqu'à ce qu’ils deviennent adultes. Les adultes émergent et se dispersent pour trouver de nouveaux hôtes. Ainsi, l’expansion de la maladie est peut-être liée à la capacité migratoire de ce coléoptère. Toutefois, la mesure dans laquelle l’insecte peut voler est encore incertain. En outre, les femelles sont plus grandes que les mâles6 (féminin : 4,6 mm et mâle : 4,5 mm) et les coléoptères mâles chercher un arbre de la cible, entrer dans le tunnel à l’intérieur de l’arbre et ensuite attirent la femelle. Compte tenu de ces différences sexuelles dans la taille et le rôle du vol dans leur vie, des différences sexuelles peuvent exister dans la capacité de vol, mais ne sait pas la différence de capacité.
En général, il est extrêmement difficile de mesurer la capacité migratoire dans le domaine, en particulier au pilotage capacité, en raison de la vaste gamme de l’espace migratoire. Capacité migratoire a été mesurée en laboratoire dans des conditions attachées, comme un système de moulin de vol, pour plus de 60 ans7,8,9,10,11,12 , 13. systèmes d’usine de vol ont montré que certains insectes ont la capacité de vol longue distance. Par exemple, la plus longue distance de vol de dendroctone du pin dans un moulin du vol était de plus de 24 km14, et Yang Tetrastichus planipennisi a volé au maximum sur 7 km15. Bien que le moulin de vol est un outil couramment disponible, des dosages biologiques avec un animal vivant se traduisent souvent par beaucoup de grandes différences individuelles. Pour y remédier, plusieurs mesures, répétés à plusieurs reprises, sont tenus d’obtenir une estimation fiable de la capacité de dispersion moyenne. Par conséquent, plusieurs personnes doivent être utilisés à la fois pour la collecte rapide d’une quantité suffisante de données. Cependant, les expériences simultanées nécessitent un espace plus grand, plusieurs configurations expérimentales et sont plus coûteux par rapport à un système de mesure unique. Par conséquent, le moulin de vol doit être faible coût, devrait être facilement construit avec des éléments couramment disponibles et son format compact. En outre, la procédure expérimentale devrait être compliqué ou pas besoin d’un opérateur habile.
Dans cette étude, nous avons réuni un moulin de vol petit et peu coûteux (Figure 1 et Figure 2) qui pourrait être facilement utilisé dans l’expérimentation et mesure la capacité de vol de l’insecte de l’ambroisie, P. quercivorus.

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

measuring the flight ability of the ambrosia beetle, platypus quercivorus (murayama), using a low-cost, small, and easily constructed flight mill

La scarabée ambrosia, Platypus quercivorus (Murayama), est le vecteur d’un champignon pathogène qui provoque une mortalité massive des Fagaceae arbres (flétrissement du chêne japonais). C’est pourquoi, connaissant la capacité de dispersion peut contribuer à éclairer le piégeage/arbre enlèvement efforts visant à prévenir cette maladie plus efficacement. Dans cette étude, nous avons mesuré la vitesse de vol et de la durée et estimé la distance de vol de l’insecte à l’aide d’un moulin de vol nouvellement développé. Le moulin de vol est construit en utilisant des éléments couramment disponibles, petits et faible coût. Tant le bras de moulin de vol et son axe vertical comprennent une aiguille fine. Un spécimen de la beetle est collé à un bout du bras à l’aide de colle instantanée. L’autre extrémité est épaisse en raison étant recouvert de plastique, il facilite ainsi la détection de rotation du bras. La révolution du bras est détectée par un capteur photo monté sur une LED infrarouge et est indiquée par un changement de la tension de sortie lorsque le bras passé au-dessus de la LED. Le capteur photo est connecté à un ordinateur personnel et les données de tension de sortie sont stockées à une fréquence d’échantillonnage de 1 kHz. En effectuant des expériences à l’aide de ce moulin de vol, nous avons trouvé que le P. quercivorus peuvent voler au moins 27 km. Parce que notre moulin de vol comprend à peu de frais et petits éléments ordinaires, plusieurs usines de vol peuvent être préparés et utilisés simultanément dans un espace petit laboratoire. Cela permet aux expérimentateurs obtenir une quantité suffisante de données dans un délai court.

Dans ces expériences, environ 50 % des coléoptères appliqués à l’usine de vol a montré un ou plusieurs tours. Lorsque la partie en plastique passé une ligne virtuelle entre le capteur et la LED, la tension enregistrée changé de sujet 0 V à environ 6,5 V, et la durée d’un passant a été dans les 10 à 20 ms, selon la vitesse de vol. Par conséquent, un changement de tension de pointe est observé comme une révolution (Figure 7 b). Nous avons d...

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Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus Murayama, Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

Mesurer la capacité de vol de l’insecte Ambrosia, Platypus Quercivorus (Murayama), utilisant un Low-Cost et petit moulin de vol construit facilement

Nous développé un moulin à faible coût et petit vol, construits avec des éléments couramment disponibles et facilement utilisés dans l’expérimentation. En utilisant cet appareil, nous avons mesuré la capacité de vol d’une scarabée ambrosia, Platypus quercivorus.

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). ...

This method can help answer key questions in the entomology and forensic fields such as control of the migration of pests. The main advantage of this technique is to easily measure migratory distance and speed of a small insect in a laboratory under a controlled condition. Begin the construction of the spinning portion of the flight mill.First, remove the plastic portion of an acupuncture needle. A 40 millimeter long metal needle with a 0.25 millimeter diameter. Then, using an epoxy adhesive, make a cross with the modified needle and an unmodified needle of the same size.This makes the flight mill arm and an axial needle. Next, prepare a small metal plate. Hammer a dimple into the center of the plate where the axial needle will attach.Then, secure the plate to a wooden base using adhesive tape. Next, make a plastic cylinder to hold the spinning axis of the mill. Cut a plastic pipette to make it the same length with the double-L plate, which has an outside diameter of 4 millimeter and an interior diameter of 3 millimeter.Then attach these parts to the base plate with the cylinder over the dimple and with the double-L plate stabilizing the cylinder. Now make a holder from an L-shaped piece of metal and screw the metal to a vertical wooden board to stabilize the assembly. Into the hole of another L plate, fit a small metal cap that is about 10 millimeters long and one millimeter in diameter.A snap button can work for this purpose. Now add an infrared photo sensor to count the revolutions. First, incorporate the IR sensor into the circuit board, and then, screw the circuit board into the L plate.The path of the plastic part of the crossed needles must pass directly below the sensor for the assembly to function. Next, secure a 150 milliwatt infrared LED attached to circuit substrate to a small magnet using glue. Then place the LED on the base plate beneath the photo sensor.Finally, connect the photo sensor to an analog input channel of an AD convertor. Next bundle all the cabling and fix the cables to the plate. Lastly, connect the AD convertor to a personal computer via a USB cable.On the morning of the experiment collect all of the freshly emerged P.Quercivorus adults from a dead Qercus crispula bloom tree. More than 100 beetles are commonly harvested. Next, put a beetle on ice for anesthetization.Avoid getting the beetle wet, or it will be difficult to complete the procedure. Now, using two component glue, put a dab of the jelly consistency component on the tip of the mill arm. Then attach the mill arm to the beetle's pronotum.Next, using a fine needle, mix a small amount of the liquid glue component into a jelly glue component. Do not get any glue on the beetle's wings. Once the glue is hardened, use a magnet on the top plate to slide the plates apart and easily reinsert the flight mill into the apparatus.Next, tweak the position of the infrared LED so that it is directly beneath the sensor. When the beetle awakens it will begin to fly. Then start recording the amplified output from the photo sensor at a sampling rate of 1000 hertz.As the mill spins with the beetle's flight the IR beam gets disrupted by the plastic piece leading to a voltage jump on the sensor from 0 to 3.7 volts. If the recording threshold exceeds 0.5 volts, the data is good for analysis. Using the software controls start the recording by clicking on the plus symbol on the logging icon in the workspace window.Then right-click on the log name and select Begin Logging Set"To stop the recording, right-click the log name and select End Logging Set"The data will be saved to a csv file. In these experiment about half of the beetles attached to the flight mill showed one or more revolutions. Sometime after being attached most beetles started flying for a certain period and then flew again after a rest interval.Each beetle was recorded for at least one hour. The average beetle flew at 0.75 to 1.5 meters per second. Any beetle that flew less than a kilometer was omitted from the analysis.For 16 beetles that met this criterion the minimum flight time was 1.26 hours without energy intake, and the longest time and distance was 7.5 hours and 27.1 kilometers. In this cohort, no significant difference was found between males and females. After watching this video you will quickly collect plenty of data because this flight mill is low-cost, small, and easily constructed.And not to much many flight mill. Since its development, this method has paved the way for research in the field of basic biology as well as pest management to explore new avenues of the physiology and ecology of small flying insects. By modifying this method, for example by installing an odor delivery system or illumination system, we can explore how sensory information influence the flying capacity.

Research

JoVE Journal

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