פרוטוקול זה מציג את השיטות ליצירה, הצמדה ומעקב אחר תגי מכ"ם הרמוניים עבור חרקים.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מציג את השיטות ליצירה, הצמדה ומעקב אחר תגי מכ"ם הרמוניים עבור חרקים.
שימוש במכשירי מעקב למעקב אחר תנועות בעלי חיים הוא כבר מזמן גישה סטנדרטית לחקר ההתנהגות והאקולוגיה של בעלי חוליות. עד לאחרונה יחסית, שיטות מעקב אלה לא היו זמינות לאנטומולוגים בשל הגודל והמסה הגדולים של מכשירי המעקב שיש לחבר. הטכנולוגיות המיושמות למעקב אחר חרקים כוללות טלמטריית רדיו, בלוטות', RFID ומכ"ם הרמוני. מבין אלה, טלמטריית רדיו היא השיטה הנפוצה ביותר למעקב אחר חרקים גדולים יותר. הוא מציע טווח זיהוי ארוך יותר ואותות ייחודיים לכל חרק שנעקב, אך דורש תגים יקרים בעלי חיי מדף ושדה מוגבלים והם כבדים, בדרך כלל לפחות 150 מיליגרם. לעומת זאת, תגי מכ"ם הרמוניים, ששימשו לראשונה ב-1986, הם קלים יותר בסדר גודל לפחות, זולים ובעלי טווחי זיהוי המאפשרים מעקב בשטח אחר חרקים קטנים רבים. כאן, אנו מדגימים את השימוש במקלט משדר מדף המשווק לחילוץ בשטח. יחד, תגים זולים ומקלטי מדף הופכים את טכניקת מעקב החרקים הזו לנגישה מאוד לאנטומולוגים החוקרים התנהגות חרקים ואקולוגיה. במאמר זה ניגע ביצירת תגים, הצמדת תגים לחרקים, מעקב אחר החרקים המתויגים הללו, ונציג כמה תוצאות מעקב מייצגות.
שימוש במכשירי מעקב כדי לחקור את תנועותיהם של בעלי חוליות הוא כבר מזמן גישה סטנדרטית לאיסוף נתונים הקשורים להתנהגות ואקולוגיה של בעלי חיים גדולים יותר כגון יונקים, ציפורים ודגים, כאשר המעקב נעשה בעיקר באמצעות טלמטריית רדיו ומעקב GPS1. עם זאת, עד לאחרונה יחסית, שיטות מעקב אלה לא היו זמינות לאנטומולוגים בשל הגודל והמסה הגדולים של מכשירי המעקב שיש לצרף2. טכנולוגיות המיושמות למעקב אחר חרקים כוללות טלמטריית רדיו, Bluetooth, RFID ומכ"ם הרמוני2,3. מבין אלה, טלמטריית רדיו היא ללא ספק השיטה הנפוצה ביותר למעקב אחר חרקים גדולים יותר2. הוא מציע טווח זיהוי ארוך יותר ואותות ייחודיים לכל חרק במעקב. שיטה זו, לעומת זאת, דורשת תגים יקרים בעלי חיי מדף ושדה מוגבלים והם כבדים, בדרך כלל לפחות 150 מ"ג. Bluetooth היא הטכניקה הכי פחות מפותחת כיום, עם תגים קטנים יותר מאשר טלמטריית רדיו אך גם טווח קצר יותר3. תגי RFID יכולים להיות קטנים מאוד בגודלם והם די זולים אך יש להם את הטווח הקצר ביותר (לעתים קרובות רק כמה מ"מ)4. תיוג חרקים עם תגי RFID שימש לרוב לחקר עובדי דבורים הנכנסים ויוצאים מהכוורת5. לעומת זאת, תגי מכ"ם הרמוניים הם קלים יותר לפחות בסדר גודל מתגי טלמטריית רדיו, זולים ויש להם טווחי גילוי המאפשרים מעקב שדה של חרקים קטנים בהרבה6 (איור 1).
מכ"ם הרמוני משתמש במקלט-משדר הפולט אות הממריץ את התג הנישא על ידי החרק ומקבל את אות ההחזרה הכפול בתדר הנשלח על ידי התג7,8,9 (איור 2). בעוד שמספר מחקרים תיארו את השימוש בתגי מכ"ם הרמוניים עם חרקים בגודל בינוני6,10,11,12,13, אין הדגמה נכונה כיצד לייצר תג. במאמר זה, אנו מספקים הוראות שלב אחר שלב כיצד לייצר שני גדלים שונים של תגי מכ"ם הרמוניים, שכל אחד מהם בנוי מדיודה שוטקי וחוט ניטינול. תגים קטנים יותר הם קלים יותר ועובדים טוב יותר עבור חרקים קטנים יותר6, בעוד שלתגים הגדולים יותר יש טווח גדול יותר וניתן להכיל אותם על ידי חרקים גדולים יותר11. חוט הניטינול הוא מרכיב עיצובי קריטי מכיוון שחוט זה גמיש, ובכך מאפשר לחרק המתויג לנוע בחופשיות יחסית. הוא גם חוזר במהירות לכיוון ישר, ומאפשר החזרת אות מקסימלית6,10,11. אנו גם מדגימים את השימוש במקלט משדר מן המדף (ראה סעיף 'השגת אותות' להלן) המשווק עבור rescue7,9,14. יחד, תגים זולים ומקלטי מדף הופכים את טכניקת מעקב החרקים הזו לנגישה מאוד לאנטומולוגים החוקרים התנהגות חרקים ואקולוגיה. במאמר זה, אנו נוגעים ביצירת תגים, הצמדת תגים לחרקים, מעקב אחר החרקים המתויגים הללו, ומספקים כמה תוצאות מעקב מייצגות.
1. הכנה
2. תג גדול
הערה: סעיף זה מציג את ההרכבה של תגיות גדולות. חשוב שיהיו שני חוטים באורך האנטנה הנכון (8.25 ס"מ כדי להתאים לתדר מקלט המשדר) עבור התגים הגדולים.
3. תג קטן
הערה: סעיף זה מציג את הרכבת התגים הקטנים.
4. חיבור תג גדול - חיפושית קווינסלנד ארוכת קרניים (QLB)
5. מצורף תגיות קטנות - זבובי פירות טפריטיד
6. השגת אותות
טווח הגילוי וגודל התג הם ככל הנראה שני המאפיינים החשובים ביותר של תגי מעקב אחר חרקים. כאן, אנו מציגים תוצאות מייצגות עבור טווח הגילוי המקסימלי של התגים הגדולים והקטנים שיוצרו במאמר זה. טווחי הגילוי המקסימליים נקבעו על ידי הצמדת התגים לאורכה למוט עץ עבה (~1.5 m) באמצעות סרט דביק דו-צדדי. לאחר מכן, המרחק המקסימלי שבו ניתן היה לזהות את אותות התגים נקבע על ידי הרחקת המקלט-משדר מהתג עד שלא נשמע אות. עשרה תגים מכל גודל נבחנו בשטח פתוח. מרחק הגילוי המקסימלי עבור התגים הגדולים הוא בערך פי ארבעה מזה של התגים הקטנים (Table 1). חוסר יישור בין התג למקלט-משדר, יחד עם הפרעות מצמחייה, מקטינים לעיתים קרובות את טווח הגילוי בתנאי שטח. מניסיוננו, אנו מניחים מרחק גילוי של ~10 m עבור תגים גדולים ו-~5 m עבור תגים קטנים בעת עבודה בגידולי עצים.
לבסוף, נרצה לשתף את התוצאות ממחקר מעקב מייצג עם חיפסנית הקרן של קווינסלנד (QLB). מטרת מחקר זה הייתה לחקור את אקולוגיית התנועה של ה-QLB, שכן מעט מאוד ידוע על המקומות בהם חיפסניקים בוגרים שוהים בסביבתם. מכיוון שהחיפסניות הן מוסוות (cryptic), קשה למדי לאתר אותן בסביבה ללא טכניקת מעקב כגון HR. מחקר זה נערך בחורש של עצי קוקויי (Aleurites moluccana) באי הגדול של הוואי. במהלך מחקר זה סומנו ושוחררו מספר חיפסניות. לאחר מכן, מיקומן של החיפסניות נקבע באמצעות טכניקות המעקב שהודגמו קודם לכן במאמר זה. דוגמה למסלול שבו נעה חיפסנית אחת במהלך 10 ימים מופיעה ב-איור 4. שימו לב כי החיפסנית נמעקבה למספר מיקומים, כולל גבהים רבים בעצי קוקויי ועד לעלים מתים. זה היה ממצא חשוב של מחקר זה. מכיוון ש-QLB יכול להיות מוסווה מאוד, חקלאים שאלו לעיתים קרובות היכן החיפסניות "מתחבאות" סביב העצים. על ידי מעקב אחר פרטי QLB, יכולנו לקבוע כי החיפסניות היו מוסתרות לעיתים קרובות בעלים יבשים, מה שהקשה על זיהוין. מחקר זה מספק תובנות חדשות וחשובות לגבי המקומות שבהם שוהים בוגרי QLB הן במהלך היום והתנועה שלהם במהלך הלילה.

איור 1: השוואה בין מכשירים הנפוצים למעקב אחר חרקים. אנא לחצו כאן להצגת גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2מכ"ם הרמוני פועל באמצעות שליחת אות בתדר אחד (כחול) ולאחר מכן קליטה של האות החוזר (בתדר כפול) (אדום). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3: עוצמת האות קשורה לכיוון של התג והמקלט-משדר. אנא לחצו כאן להצגת גרסה מורחבת של איור זה.

איור 4: תוצאות מייצגות ממעקב אחר חיפושית קרן ארוכה של קווינסלנד אחת בעצי קוקואי.אנא לחצו כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
| תגיות גדולות | תגיות קטנות |
| 64 ± 1 מ' | 12 ± 1 מ' |
טבלה 1: מרחקי גילוי מקסימליים (ממוצע ± SE, m) עבור תגי רדאר הרמוני לחרקים (N = 10).
בפרוטוקול זה, אנו מתארים ומדגימים כיצד לייצר שני גדלים של תגי מכ"ם הרמוניים. בנוסף, הראינו כיצד להצמיד תגים אלה לחרקים באמצעות דבקים שעברו ריפוי UV והדגמנו את עוצמת האות של מקלט משדר. פרוטוקול זה שוכלל כדי לאפשר ייצור יעיל של תגי משאבי אנוש רבים בעלות נמוכה עם ציוד מעבדה מיוחד מינימלי. בנוסף, הפרוטוקול צריך להיות נגיש לחוקרים בעלי ניסיון במניפולציה של עצמים תחת מיקרוסקופ מנתח. אנו ממליצים לאנשים המנסים ליצור תגים להתחיל עם תגים גדולים יותר כדי לפתח מיומנויות במניפולציה של הדיודות ויישום הדבקים המוליכים. מיומנויות אלה יכולות להיות קשות בהתחלה, אך גילינו מניסיון (לימדנו למעלה מ-20 אנשים) שעקומת הלמידה מאפשרת לאנשים להתקדם מהר יחסית ליצירת תגים קטנים יותר במהירות וביכולת שחזור.
בעוד שהוצגה הייצור של שני גדלי תגים, יצרנו גם תגים עם דיודהבגודל בינוני 6, תוך שימוש בחוט ניטינול בקוטר קטן יותר וגדול יותר. יישומים שונים, כגון גודל החרקים וטווח הזיהוי הנדרש, משפיעים על בחירת גדלי הדיודות והחוטים.
עיצוב התגים המשמש בפרוטוקול זה פשוט יותר מאחרים המשמשים למעקב אחר חרקים 15,16,17,18. עיצוב נפוץ הוא שתהיה לולאה באנטנה, ובכך ליצור קצר DC על פני הדיודה 18,19. תגים עם לולאות באנטנות שלהם מותקנים בדרך כלל אנכית על בית החזה בניגוד לאורך, כפי שמוצג בפרוטוקול זה. כיוון אנכי עשוי לאפשר יישור טוב יותר של התג והמשדר בזמן שהחרק במעופו (מכיוון שחרקים בדרך כלל אינם עפים הפוך או עם רגליהם לצדדים). עם זאת, כיוון תג אנכי מרחיק את מרכז מסת התג ממרכז המסה של החרק, ובכך יש לו פוטנציאל להשפיע יותר על שיווי המשקל ויכולת הטיסה.
אין לנו ניגודי אינטרסים לחשוף.
ברצוננו להודות לקייט פיירבנקס וג'יימס סניידר (מחלקת החקלאות ושירותי הצרכן של פלורידה), ניקולס מנוקיס (USDA-ARS-PBARC), ג'יימס יודר (האוניברסיטה המנוניטית המזרחית) וסטפנו דה פאברי (מחלקת החקלאות והדיג של קווינסלנד) על סקירת פרוטוקול זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ג'יג | https://www.thingiverse.com/thing:6784793 | ||
| ג'יג | https://www.thingiverse.com/thing:6784784 | ||
| חוט ניטינול (קטן) | מתכות פורט וויין (פורט וויין, אינדיאנה, ארה"ב) | 17822174 | |
| גלאי כף יד RECCO R9 | RECCO AB (Lidingo· · , שוודיה) | תדרי פעולה: אירופה, 866.9 מגה-הרץ (שידור), 1733.8 מגה-הרץ (קבלה); ארה"ב, 902.85 מגה-הרץ (שידור), 1805.7 מגה-הרץ (קבלה) | |
| RF דיודת שוטקי (קטנה) | MACOM פתרונות טכנולוגיים (לוול, מסצ'וסטס, ארה"ב) | MA4E2501L-1290 | נמכר באמצעות ריצ'רדסון RFPD |
| דיודת שוטקי (גדולה) | RECCO AB (Lidingo· · , שוודיה) | ||
| דבק אפוקסי מוליך כסף | MG Chemicals | 12642-14 (אמזון: 8331D) | נרדף דרך אמזון |
| ג'יג | https://www.thingiverse.com/thing:6784791 | ||
| ג'יג | https://www.thingiverse.com/thing:6784775 | ||
| חוט ניטינול סופר-אלסטי (גדול) | מקמאסטר-קאר (ברוקפארק, אוהיו, ארה"ב) | 8320K31 | קוטר 0.003 אינץ' x אורך 30 רגל |
| טד פלה בע"מ כסף מוליך אפוקסי | תרמו פישר סיינטיפיק (וולת'אם, MA, ארה"ב) | ||
| דבק UV | Bondic (מפלי הניאגרה, ניו יורק, ארה"ב) | נרכש דרך אמזון ו/או Bondic באינטרנט (notaglue.com) |