Harmonische Radar-Tags für die Insektenverfolgung: Leicht, kostengünstig und zugänglich

Der Einsatz von Ortungsgeräten zur Verfolgung von Tierbewegungen ist seit langem ein Standardansatz zur Untersuchung des Verhaltens und der Ökologie von Wirbeltieren. Bis vor relativ kurzer Zeit waren diese Tracking-Methoden für Entomologen jedoch aufgrund der unerschwinglich großen Größe und Masse der Tracking-Geräte, die angebracht werden müssen, nicht verfügbar. Zu den für die Insektenverfolgung bereitgestellten Technologien gehören Funktelemetrie, Bluetooth, RFID und harmonisches Radar.

Von diesen ist die Funktelemetrie die am häufigsten verwendete Methode, um größere Insekten aufzuspüren. Es bietet einen größeren Erfassungsbereich und einzigartige Signale für jedes verfolgte Insekt, erfordert jedoch teure Etiketten, die eine begrenzte Haltbarkeit und Lebensdauer haben und schwer sind, in der Regel mindestens 150 Milligramm. Im Gegensatz dazu sind harmonische Radarsender mindestens um eine Größenordnung leichter, kostengünstig und haben Erfassungsbereiche, die eine Feldverfolgung vieler kleinerer Insekten ermöglichen.

Harmonisches Radar verwendet einen Transceiver, der sowohl ein Signal aussendet, das das vom Insekt getragene Tag mit Energie versorgt, als auch das vom Tag gesendete frequenzverdoppelte Rücksignal empfängt. Wir werden zeigen, wie man harmonische Radar-Tags in zwei Größen herstellt, die jeweils aus einer Schottky-Diode und einem Nitinoldraht bestehen. Der Nitinoldraht ist eine kritische Designkomponente, da dieser Draht flexibel ist, wodurch sich ein markiertes Insekt relativ frei bewegen kann und leicht in eine gerade Ausrichtung zurückkehrt, was eine maximale Signalrückgabe ermöglicht.

Wir werden auch den Einsatz eines handelsüblichen Transceivers demonstrieren, der für die Rettung im Hinterland vermarktet wird. Zusammen machen kostengünstige Tags und handelsübliche Transceiver diese Insektenverfolgungstechnik für Entomologen, die das Verhalten und die Ökologie von Insekten untersuchen möchten, leicht zugänglich. Wir werden uns mit dem Erstellen von Tags, dem Anbringen von Tags an Insekten und dem Verfolgen dieser markierten Insekten befassen und Ihnen einige repräsentative Tracking-Ergebnisse zur Verfügung stellen.

Hier sind die Materialien, die Sie für die Herstellung Ihrer Tags benötigen, die zwei verschiedenen Drähte und die unterschiedlichen Größen der Dioden sowie eine Vielzahl von leitfähigen Materialien. Nach unserer Erfahrung haben wir festgestellt, dass das Silber-Epoxidharz die stärkste und effektivste Methode ist, aber auch andere könnten verwendet werden. Hier sehen Sie die unterschiedlichen Stärken von Nitinoldraht, der in kleinen bzw. großen Etiketten verwendet wird.

Hier sind die zwei verschiedenen Größen von Dioden, die wir für unsere Tags verwenden werden. Dies sind die Werkzeuge, die Sie benötigen, um Ihre Tags zusammenzustellen. Die 3D-gedruckten Vorrichtungen werden zum Drahtschneiden und zur Montage von Etiketten verwendet.

Beachten Sie das angehängte Dokument für die 3D-Druckdesigns. Zuerst zeigen wir die Montage der großen Tags. Eine kritische Komponente der Tag-Montage ist die richtige Länge der Antenne, 8,25 Zentimeter für das große Tag.

Die Messlehre dient dazu, die Drähte einfach und reproduzierbar auf die gewünschte Länge zu schneiden. Zuerst kleben wir den Draht an die Vorrichtung, wickeln den Draht unter Beibehaltung einer leichten Spannung um die Vorrichtung und schneiden die Drähte im Kanal wie gezeigt ab. Bevor Sie die Drähte vorsichtig vom Zylinder entfernen.

Um die Dioden für die Kabelbefestigung vorzubereiten, befestigen Sie die Diodenverpackung am Mikroskop. Ziehen Sie die Abdeckung zurück und entfernen Sie die Dioden mit doppelseitigem Klebeband, während sich die Dioden in der richtigen Ausrichtung befinden und die Kontakte nach oben zeigen, um die Antennenverklebung zu erleichtern. Ein befestigtes Klebeband an der Vorrichtung.

Legen Sie Karton auf jeder Seite parallel zu den Dioden und glätten Sie die Kanten, um zu verhindern, dass die Antenne am Klebeband kleben bleibt. Richten Sie den Draht zur Vorbereitung der Befestigung neben der Diode aus und positionieren Sie die Drähte unter einem Mikroskop so, dass sie einen einzelnen elektrischen Kontakt berühren. Wichtig ist, dass sie nicht beides berühren.

Tragen Sie leitfähiges Material auf jeden Kontakt auf und stellen Sie sicher, dass sowohl der Kontaktpunkt als auch der Draht bedeckt sind. Achten Sie darauf, das leitfähige Material nicht zwischen den einzelnen Kontakten zu verteilen. Tragen Sie bei Bedarf erneut leitfähiges Material auf, um jeden Draht zu sichern und die elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen.

Als nächstes zeigen wir die Herstellung des kleinen Etiketts, das Nitinoldrahtlängen von 4,1 Zentimetern verwendet. Befestigen Sie den Draht mit dem Klebeband an der Vorrichtung und achten Sie darauf, den Draht nicht zu überspannen. Wickeln Sie den Draht um die Vorrichtung.

Und schneiden Sie den Draht entlang der Nut ab. Denken Sie daran, dass für jedes Tag zwei Segmente dieses Drahtes erforderlich sind. Um die Dioden für die Befestigung vorzubereiten, legen Sie doppelseitiges Klebeband auf die Vorrichtung.

Übertragen Sie die Dioden auf das Band und halten Sie dabei einen angemessenen Abstand zwischen den Dioden ein. Stellen Sie unter dem Oszilloskop sicher, dass die Kontakte nach oben zeigen, um die Ausrichtung von Draht und Diode zu erleichtern. Richten Sie diese nach Bedarf neu aus und stellen Sie sicher, dass sie in das Band gedrückt werden, um ein Verrutschen zu verhindern.

Platzieren Sie einseitiges Klebeband entlang der Dioden, um den Draht auf Höhe des Kontakts anzuheben und zu verhindern, dass der Draht am darunter liegenden Band kleben bleibt. Glätten Sie das Klebeband und platzieren Sie die Drähte in der Nähe der Diode. Legen Sie den Draht unter dem Zielfernrohr vorsichtig auf die Kontaktpunkte, um eine Überlappung des Drahtes zu vermeiden.

Im Idealfall sollte Ihre Ausrichtung so aussehen. Tragen Sie anschließend das leitfähige Material auf den Kontakt und den Draht auf und stellen Sie sicher, dass das leitfähige Material nicht zusammenfließt und die Diodenebene überflutet. So sollte Ihr Etikett nach der entsprechenden Aushärtungszeit aussehen, die in den Anweisungen für das leitfähige Material Ihrer Wahl angegeben ist.

Hier seht ihr den großen und kleinen Tag. Als nächstes zeigen wir am Beispiel des Queensland-Laubholzbockkäfers, wie man ein großes Etikett an einem Insekt anbringt. Es gibt mehrere Materialien, die Sie verwenden werden, um Tags an Insekten zu befestigen.

Wir werden die Befestigung mit UV-härtenden Klebstoffen demonstrieren. Zwei weitere häufig verwendete Klebstoffe sind Cyanacrylate oder Kaltschmelzklebstoffe. Sichern Sie zunächst den Käfer, um den Zugang zur Befestigungsstelle zu erleichtern.

Tragen Sie einen Tropfen Klebstoff auf die Befestigungsstelle auf. Richten Sie das Etikett aus und platzieren Sie die Diode mit den elektrischen Kontakten nach unten auf dem Thorax. Wenn Sie mit der Position des Etiketts zufrieden sind, härten Sie den Kleber mit einem UV-Licht in verschiedenen Winkeln für insgesamt 5 bis 10 Sekunden aus.

Als nächstes werden wir die Befestigung kleiner Tags an Tephritiden Fruchtfliegen demonstrieren. Die kleineren Tags sind für den Einsatz bei mittleren oder kleinen Insekten vorgesehen. Wir werden das Anbringen von Tags mit der Melonenfliege und der Mittelmeerfruchtfliege demonstrieren.

Achten Sie darauf, Ihre Fliegen bei vier Grad Celsius zu betäuben. Geben Sie einen Tropfen Kleber auf und tauchen Sie das Etikett in den UV-Kleber. Achten Sie darauf, die Diode in den Kleber zu rollen, um eine vollständige Abdeckung zu gewährleisten.

Achten Sie darauf, dass sich kein überschüssiger Klebstoff am Draht festsetzt. Befestigen Sie das Insekt zwischen Daumen und Zeigefinger, um die Befestigungsstelle zu präsentieren. Richten Sie das Etikett aus und platzieren Sie es in Längsrichtung auf der dorsalen Seite des Fliegenthorax.

Bewegen Sie das Etikett hin und her, um den Kleber zu verteilen und eine sichere Verbindung zu gewährleisten. Wenn Sie mit der Platzierung des Etiketts zufrieden sind, härten Sie den Klebstoff mit UV-Licht aus. Wir zeigen nun noch einmal den Tagging-Prozess.

Wenn dieser Prozess vor Ort durchgeführt wird, müssen Sie überschüssiges UV-Licht ausschließen, um ein Aushärten des Klebers zu verhindern, bevor Sie mit der Position der Diode zufrieden sind. Das Kühlen von Insekten auf dem Feld kann mit Eis erfolgen, anstatt sie in einen Kühlraum zu stellen. Auch hier gilt: Bei der Aushärtung mit UV-Licht aus mehreren Winkeln aushärten, um eine starke Haftung zu gewährleisten.

Zum Schluss demonstrieren wir die Tag-Anheftung mit der Mittelmeerfruchtfliege unter dem Mikroskop. Platzieren Sie das Etikett auf der dorsalen Oberfläche des Thorax und härten Sie es mit UV-Licht aus. Hier sehen wir Beispiele für den getaggten insect post attachment.

Beachten Sie, dass die Position des Etiketts das Entfernen durch die Insektenreinigung verhindert und einen ausgewogenen Flug zu erleichtern scheint. Bei Fliegen haben wir festgestellt, dass ein transversaler Ansatz in der Nähe des Massenschwerpunkts zu einer Flughemmung zu führen scheint, die möglicherweise die Fliege aus dem Gleichgewicht bringt. Es ist wichtig, die Flugfähigkeit der Insektenpfosten-Tag-Befestigung gründlich zu testen.

In der Regel geschieht dies durch Tests in einem Flugrohr. Hier zeigen wir repräsentative Starts, die zeigen, dass die Fliegen flugfähig sind. Beachten Sie, dass sich die Fliegen frei bewegen und im Allgemeinen nicht durch das Etikett belastet zu sein scheinen.

Als nächstes werden wir das große Etikett in Betrieb demonstrieren. Achten Sie auf das Geräusch, das der Transceiver macht, wenn er mit dem Tag ausgerichtet ist. Und hier sieht man den Käfer mit dem angehängten Etikett.

Als nächstes werden wir die Reichweite des großen Tags demonstrieren. Ein starkes Signal kann in etwa 30 Metern Entfernung erkannt werden. Die maximale Entfernung beträgt ca. 60 Meter.

Kleine Tags haben eine viel geringere Reichweite. Ein starkes Signal kann in etwa 10 Metern Entfernung erkannt werden. Die Signalstärke wird auch von der Ausrichtung des Transceivers zum Tag beeinflusst.

Wenn das Tag und der Transceiver ausgerichtet sind, erhalten wir unser maximales Signal. Drehen Sie jedoch den Transceiver um 90 Grad und jetzt sind Tag und Transceiver falsch ausgerichtet und wir erhalten ein schwaches oder kein Signal. Erkennungsbereich und Tag-Größe sind wahrscheinlich die beiden wichtigsten Merkmale von Insekten-Tracking-Tags.

Hier zeigen wir repräsentative Ergebnisse für den maximalen Erfassungsbereich der in diesem Video hergestellten großen und kleinen Tags. 10 Tags jeder Größe wurden im freien Feld getestet. Eine Fehlausrichtung des Tags und des Transceivers sowie Vegetationsstörungen verringern häufig die Erfassungsreichweite unter Feldbedingungen.

Nach unserer Erfahrung gehen wir bei der Arbeit in Baum- oder Feldkulturen von einer Erfassungsreichweite von ca. 10 Metern für größere Tags und fünf Metern für kleinere Tags aus. Abschließend möchten wir noch die Ergebnisse einer repräsentativen Tracking-Studie mit QLB teilen. Ziel dieser Studie war es, die Bewegung des Queensland-Laubholzbockkäfers zu untersuchen, da nur wenig darüber bekannt ist, wo sich erwachsene Käfer in der Umwelt aufhalten.

Da die Käfer kryptisch sind, ist es ziemlich schwierig, sie in der Umgebung zu lokalisieren, ohne eine Tracking-Technik wie ein harmonisches Radar. Diese Studie wurde in einem Bestand von Kukui-Bäumen auf der Big Island von Hawaii durchgeführt. Im Rahmen dieser Studie wurden mehrere Käfer markiert und wieder freigelassen.

Dies ist ein Beispiel für den Weg, den ein Käfer im Laufe von fünf Tagen zurückgelegt hat. Beachten Sie, dass der Käfer zu verschiedenen Orten verfolgt wurde, einschließlich hoch in Kukui-Bäumen und in abgestorbenen Blättern. Dies war eine wichtige Erkenntnis dieser Studie.

QLB kann sehr kryptisch sein, und die Landwirte hatten oft gefragt, wo sich die Käfer um die Bäume herum verstecken. Durch die Verfolgung einzelner QLB konnten wir feststellen, dass Käfer oft in trockenen Blättern versteckt waren, was sie schwer zu erkennen machte. In diesem Protokoll haben wir gezeigt, wie man harmonische Radar-Tags in zwei Größen herstellt.

Darüber hinaus haben wir gezeigt, wie diese Tags mit UV-härtenden Klebstoffen an Insekten befestigt werden können, und den Signalerkennungsbereich demonstriert. Dieses Protokoll wurde verfeinert, um die rationelle Herstellung vieler kostengünstiger HR-Tags mit minimaler Speziallaborausrüstung zu ermöglichen. Darüber hinaus sollte das Protokoll für Forscher zugänglich sein, die Erfahrung in der Manipulation von Objekten unter einem Präparierbereich haben.

Wir empfehlen, mit größeren Tags zu beginnen, um Fähigkeiten in der Handhabung der Dioden und dem Auftragen des leitfähigen Klebstoffs zu entwickeln, bevor Sie versuchen, kleinere Tags herzustellen. Vielen Dank fürs Zuschauen, und wir hoffen, dass dieses Video hilfreich war. Bitte zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, wenn Sie Fragen haben.