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视频时代的实验昆虫学

DOI:

10.3791/65002

February 10th, 2023

In This Article

Abstract

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文章讨论:

Smodiš Škerl, M. I. 蜜蜂组织中的组织学基础和细胞死亡检测。可视化实验杂志。(185),e64141 (2022)。

Fine, J. D., Torres, KM, Martin, J., Robinson, GE 评估交配蜜蜂女王的农用化学品风险。可视化实验杂志。(169),e62316 (2022)。

Topitzhofer, E., Lucas, H., Carlson, E., Chakrabarti, P., Sagili, R. 从蜜蜂群中收集和鉴定花粉。可视化实验杂志。(167),e62064 (2022)。

Nogueira, B. R., de Oliveira, A. A., Silva, D., Pereira da Silva, J., Bueno, O. C. 在实验室条件下收集和长期维护切叶蚁 (Atta)。可视化实验杂志。(186),e64154 (2022)。

Discussion

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昆虫学是一门昆虫科学,经过数千年人与昆虫的互动而发展起来。由于昆虫基本上存在于所有陆地表面并发挥着各种关键的生态作用,因此理论和应用昆虫学是 21 世纪及以后的核心研究领域。

最近的技术发展,包括透明视频创作的国际可及性,正在改变教育、研究和治理的社会进程。这篇社论总结了与现代昆虫学相关的协议,旨在传达昆虫学的最新方法发展,以促进其采用。

在“实验室条件下切叶蚁(Atta)的收集和长期维护”中,Nogueira等人回顾了 Atta 切叶蚁的生活史,并提出了在实验室环境中获取、维持和研究菌落的方案1。所描述的方法首先获得交配的蜂王或年轻的蜂群。然后提供了有关巢穴结构和饮食制度的各种细节,以支持健康和可观察的 Atta 群体。

开发该方法所涉及的专业知识是三十多年微调的产物,并且该方法对于研究和教育目的具有高度可扩展性。蚂蚁构成了一个成功且多样化的全球进化枝,而切叶蚁特别体现了一种迷人而精致的真菌学生活方式。因此,研究切叶蚁发育和行为的改进方法对真社会生理学和集体行为研究以及科学传播等领域具有重要意义。

在“从蜜蜂群收集和鉴定花粉”中,Topitzhofer 等人描述了一种有效处理蜜蜂 (Apis mellifera) 觅食巢友带回的花粉的方法2.在所提出的方法中,当它们挤压穿过金属网时,从返回的觅食者那里收集散装花粉,金属网将花粉粒从花粉篮中移走。收集到的花粉颗粒最初按颜色分类,然后可以对其进行化学处理并用显微镜分析,以确定花粉来自哪个物种。

重要的是,该管道使用安装了网状物的被动收集花粉(而不是从单个蜜蜂那里手动收集)和低成本的花粉识别视觉方法(与电子显微镜或元条形码相反)。蜜蜂从植物中觅食花粉,为自己获取重要的营养,同时也为人类经济、农业和社会文化系统提供重要服务。因此,参与粮食生产、区域规划和自然资本建模的人员将对评估蜜蜂健康和觅食生产力的改进方法感兴趣。

在“蜜蜂组织中的组织学基础知识和细胞死亡检测”中,Smodiš Škerl 描述了分离蜜蜂组织并评估它们不同细胞更新和死亡模式的方法3。该协议描述了一种解剖和分析对消化和环境界面很重要的两种组织的方法:下咽腺(HPG)和中肠。可以从解剖的组织中估计细胞死亡的模式,从而可以评估亚致死化学品暴露对组织特异性的影响。

了解生理、行为和生态特征的发育基础通常需要针对组织进行特定分析。然而,解剖特定组织可能是一项耗时的任务,需要特定的技能和专业知识。Smodiš Škerl 的手稿为研究人员对蜜蜂的中肠和/或 HPG 进行研究提供了宝贵的路线图。所提出的方法将有助于蜜蜂中不常见的组织学分析,因此与那些研究昆虫发育、衰老和进化的组织特异性基础的人相关。

在“评估交配蜂王的农用化学品风险”中,Fine 等人描述了一种研究用农用化学品处理的蜜蜂工蜂如何提供蜂王并从而影响蜂群繁殖力的方法4.该协议首先在已知数量的巢友工蚁喂食已知剂量的营养物质和农用化学品(在研究中为吡虫啉)的背景下组装一个特殊的围栏,用于蜂王观察。然后可以跟踪产蛋量、胚胎活力、食物消耗和工人死亡率并与农用化学品处理相关。

这些方法有助于弥合田间方法和实验室方法之间的鸿沟,并有助于有关全球农业和养蜂实践的重要讨论。当代农业实践通常依赖于对节肢动物健康产生复杂剂量依赖性影响的农用化学品的应用,但蜜蜂蜂箱的复杂性可能会阻碍精确测量这些影响的努力。这份手稿提供了一个优雅的解决方案,帮助理解农业实践对“现实世界”昆虫学的影响。

上述文章重点介绍了可用于研究蚂蚁和蜜蜂的形态、生理学和行为的各种科学方法。长期以来,体内真社会性昆虫的研究一直因实验室和现场在直接纵和观察巢友方面的困难、许多物种的生成时间长以及将实验扩大到群体水平的挑战而变得复杂。这里的两种方法 1,4 以不同的方法解决这些挑战。具体来说,在 Fine 等人 4 中,作者报告了一种直接评估单一化学物质对蜂王(以及蜂群)繁殖力影响的方法。此外,Nogueira等人1提出了一个用于饲养和观察多个切叶蚁群的大规模系统。这两种方法对昆虫学家和农业学家都有广泛的适用性。

更广泛地说,方法的视频演示可能会提高全球研究人员开发的方法的可采用性、熟练性和可重复性。这种类型的方法论昆虫学可以在昆虫学的视觉 5,6、隐性知识7 和社区参与8 的背景和历史中看到。

今后的工作可以从几个方面发展。物种的范围可以扩展到蚂蚁和蜜蜂之外,包括其他昆虫和非昆虫。可以利用生态数据库来突出可能有效应用方法的生态位和物种。昆虫学教育和研究可以探索新兴技术,例如增强现实、物种间通信、机器人技术和基于昆虫的网络物理系统的认知建模。更有效的方法和改进的经验数据将有助于将复杂性科学技术(例如,基于代理的建模、污名化、多尺度系统分析)应用于昆虫及其他领域的研究。

Disclosures

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作者没有什么可透露的。

Acknowledgements

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D.A.F. 感谢美国国家科学基金会 (2010290) 的资助。

References

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  2. Collection and identification of pollen from honey bee colonies. Journal of Visualized Experiments. (167), e62064(2022).">Topitzhofer, E., Lucas, H., Carlson, E., Chakrabarti, P., Sagili, R. Collection and identification of pollen from honey bee colonies. Journal of Visualized Experiments. (167), e62064(2022).
  3. Histology basics and cell death detection in honeybee tissue. Journal of Visualized Experiments. (185), e64141(2022).">Smodiš Škerl, M. I. Histology basics and cell death detection in honeybee tissue. Journal of Visualized Experiments. (185), e64141(2022).
  4. Assessing agrochemical risk to mated honey bee queens. Journal of Visualized Experiments. (169), e62316(2022).">Fine, J. D., Torres, K. M., Martin, J., Robinson, G. E. Assessing agrochemical risk to mated honey bee queens. Journal of Visualized Experiments. (169), e62316(2022).
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