Harmonische radartags voor insectentracking: lichtgewicht, kosteneffectief en toegankelijk

Het gebruik van volgapparatuur om de bewegingen van dieren te volgen is al lang een standaardbenadering voor het bestuderen van het gedrag en de ecologie van gewervelde dieren. Tot voor kort waren deze volgmethoden echter niet beschikbaar voor entomologen vanwege de onbetaalbaar grote omvang en massa van de volgapparaten die moeten worden bevestigd. Technologie die wordt geleverd voor het volgen van insecten omvat radiotelemetrie, Bluetooth, RFID en harmonische radar.

Hiervan is radiotelemetrie de meest gebruikte methode om grotere insecten te volgen. Het biedt een groter detectiebereik en unieke signalen voor elk gevolgd insect, maar vereist dure tags die een beperkte houdbaarheid en veldlevensduur hebben en zwaar zijn, over het algemeen ten minste 150 milligram. Daarentegen zijn harmonische radartags minstens een orde van grootte lichter, goedkoop en hebben ze een detectiebereik waarmee veel kleinere insecten in het veld kunnen worden gevolgd.

Harmonische radar maakt gebruik van een zendontvanger, die zowel een signaal uitzendt dat de tag die door het insect wordt gedragen, van energie voorziet, als het frequentieverdubbelde retoursignaal ontvangt dat door de tag wordt verzonden. We zullen demonstreren hoe je twee maten harmonische radartags kunt fabriceren, elk gebouwd met een Schottky-diode en nitinoldraad. De nitinoldraad is een cruciaal ontwerponderdeel omdat deze draad flexibel is, waardoor een getagd insect relatief vrij kan bewegen en gemakkelijk terugkeert naar een rechte oriëntatie, waardoor maximale signaalretour mogelijk is.

We zullen ook het gebruik demonstreren van een kant-en-klare zendontvanger die op de markt wordt gebracht voor redding in het achterland. Samen maken goedkope tags en kant-en-klare transceivers deze techniek voor het volgen van insecten zeer toegankelijk voor entomologen die het gedrag en de ecologie van insecten willen bestuderen. We zullen het hebben over het maken van tags, het bevestigen van tags aan insecten, het volgen van deze getagde insecten, en we zullen u enkele representatieve trackingresultaten geven.

Dit zijn de materialen die je nodig hebt om je tags te maken, de twee verschillende draden en de verschillende maten diodes, evenals een verscheidenheid aan geleidende materialen. In onze ervaring hebben we ontdekt dat de zilverepoxy de sterkste en meest effectieve methode is, maar andere kunnen ook worden gebruikt. Hier ziet u de verschillende diktes nitinoldraad die respectievelijk in kleine en grote tags worden gebruikt.

Hier zijn de twee verschillende maten diodes die we voor onze tags zullen gebruiken. Dit zijn de tools die je nodig hebt om je tags in elkaar te zetten. De 3D-geprinte mallen zullen worden gebruikt voor het knippen van draden en het monteren van tags.

Let op het bijgevoegde document voor de 3D-printontwerpen. Eerst laten we de montage van de grote tags zien. Een cruciaal onderdeel van de tag-assemblage is het hebben van de juiste lengte van de antenne, 8,25 centimeter voor de grote tag.

De meetmal wordt gebruikt om de draden eenvoudig en reproduceerbaar op de gewenste lengte te knippen. Eerst plakken we de draad aan de mal, wikkelen de draad om de mal, met behoud van lichte spanning, en knippen de draden in het kanaal door zoals afgebeeld. Voordat u de draden voorzichtig van de cilinder verwijdert.

Om de diodes voor te bereiden op draadbevestiging, bevestigt u de diodeverpakking aan de microscoop. Trek het deksel terug en verwijder de diodes met dubbelzijdig plakband, terwijl de diodes in de juiste richting staan met de contacten naar boven gericht om het verlijmen van de antenne te vergemakkelijken. Een vaste tape aan de mal.

Plaats het karton aan elke kant evenwijdig aan de diodes en strijk de randen glad om te voorkomen dat de antenne aan de tape blijft plakken. Lijn de draad uit naast de diode ter voorbereiding op de bevestiging en plaats de draden onder een microscoop zo dat ze een enkel elektrisch contact raken. Het is belangrijk dat ze beide niet aanraken.

Breng geleidend materiaal aan op elk contact en zorg ervoor dat zowel het contactpunt als de draad worden bedekt. Zorg ervoor dat het geleidende materiaal niet tussen elk contact wordt verspreid. Breng indien nodig geleidend materiaal opnieuw aan om elke draad vast te zetten en de elektrische geleidbaarheid te garanderen.

Vervolgens laten we de fabricage zien van de kleine tag die nitinoldraadlengtes van 4,1 centimeter gebruikt. Bevestig de draad met de tape aan de mal en zorg ervoor dat de draad niet te veel spanning krijgt. Wikkel de draad om de mal.

En knip de draad langs de groef. Onthoud dat elke tag twee segmenten van deze draad nodig heeft. Om diodes voor te bereiden voor bevestiging, plaatst u dubbelzijdig plakband op de mal.

Breng de diodes over op de tape en houd de juiste ruimte tussen de diodes aan. Zorg er onder de scoop voor dat de contacten naar boven wijzen om de uitlijning van draad en diode te vergemakkelijken. Lijn deze indien nodig opnieuw uit en zorg ervoor dat ze in de tape worden gedrukt om beweging te voorkomen.

Plaats enkelzijdige tape langs diodes om de draad ter hoogte van het contact omhoog te brengen en om te voorkomen dat de draad aan de onderliggende tape blijft plakken. Strijk de tape glad en plaats de draden in de buurt van de diode. Plaats onder de scoop de draad voorzichtig op de contactpunten om overlapping van de draad te voorkomen.

Idealiter zou uw uitlijning er als volgt uit moeten zien. Breng vervolgens het geleidende materiaal aan op het contact en de draad en zorg ervoor dat het geleidende materiaal niet samenvloeit en het diodevlak overstroomt. Hier is hoe uw tag eruit moet zien na de juiste uithardingstijd die is aangegeven in de instructies voor het geleidende materiaal van uw keuze.

Hier zie je de grote en kleine tag. Vervolgens zullen we demonstreren hoe je een grote tag aan een insect kunt bevestigen aan de hand van de Queensland longhorn kever. Er zijn meerdere materialen die u zult gebruiken om tags aan insecten te bevestigen.

We zullen de bevestiging demonstreren met behulp van UV-uitgeharde lijmen. Twee andere veelgebruikte lijmen zijn cyanoacrylaten of cool melt lijmen. Zet eerst de kever vast om de toegang tot de bevestigingsplaats te vergemakkelijken.

Breng een druppel lijm aan op de plaats van het aanbouwdeel. Richt de tag en plaats de diode met de elektrische contacten naar beneden op de thorax. Als u tevreden bent met de positie van de tag, hardt u de lijm uit met behulp van een UV-lamp onder verschillende hoeken gedurende in totaal 5 tot 10 seconden.

Vervolgens zullen we kleine tag-bevestiging demonstreren met behulp van Tephritid-fruitvliegjes. De kleinere tags zijn bedoeld voor gebruik met middelgrote of kleine insecten. We zullen de bevestiging van de tag demonstreren met de meloenvlieg en de mediterrane fruitvlieg.

Zorg ervoor dat je je vliegen verdooft bij vier graden Celsius. Doseer een druppel lijm en dompel de tag onder in de UV-lijm. Zorg ervoor dat u de diode in de lijm rolt om een volledige dekking te garanderen.

Wees voorzichtig om te voorkomen dat overtollige lijm zich aan de draad hecht. Zet het insect vast tussen duim en wijsvinger om de bevestigingsplaats te presenteren. Oriënteer de tag en plaats deze in de lengterichting op de dorsale zijde van de vliegenborstkas.

Beweeg de tag heen en weer om de lijm te verspreiden en zorg voor een veilige verbinding. Nogmaals, als u tevreden bent met de plaatsing van de tag, hardt u de lijm uit met een UV-lamp. We laten het taggen nu weer zien.

Als dit proces in het veld wordt uitgevoerd, moet u overtollig UV-licht uitsluiten om te voorkomen dat de lijm uithardt voordat u tevreden bent met de positie van de diode. Het koelen van insecten in het veld kan met ijs in plaats van ze in een koude ruimte te plaatsen. Nogmaals, bij het uitharden met UV-licht, hard uit vanuit meerdere hoeken om een sterke hechting te garanderen.

Tot slot demonstreren we de tagbevestiging met de mediterrane fruitvlieg onder de microscoop. Plaats de tag op het dorsale oppervlak van de thorax en hard uit met UV-licht. Hier zien we voorbeelden van de getagde bijlage van de insectenpost.

Let op, de positie van de tag voorkomt verwijdering door de insectenreinigingsinspanningen en lijkt een evenwichtige vlucht te vergemakkelijken. Bij vliegen hebben we ontdekt dat een transversale aanhechting dicht bij het massamiddelpunt lijkt te leiden tot vluchtremming, waardoor de vlieg mogelijk uit balans raakt. Het is belangrijk om het vliegvermogen van de bevestiging van de post-tag van insecten grondig te testen.

Meestal wordt dit gedaan door te testen in een vluchtbuis. Hier laten we representatieve starts zien die aantonen dat de vliegen in staat zijn om te vliegen. Merk op dat de vliegen vrij kunnen bewegen en over het algemeen niet gehinderd lijken te worden door de tag.

Vervolgens zullen we de grote tag in werking demonstreren. Let op het geluid dat de transceiver maakt wanneer deze is uitgelijnd met de tag. En hier zie je de kever met het label eraan.

Vervolgens zullen we het bereik van de grote tag demonstreren. Op ongeveer 30 meter is een sterk signaal te detecteren. De maximale afstand is ongeveer 60 meter.

Kleine tags hebben een veel korter bereik. Op ongeveer 10 meter is een sterk signaal te detecteren. De signaalsterkte wordt ook beïnvloed door de oriëntatie van de zendontvanger op de tag.

Wanneer de tag en de transceiver zijn uitgelijnd, krijgen we ons maximale signaal. Draai de transceiver echter 90 graden en nu zijn de tag en transceiver niet goed uitgelijnd en krijgen we een zwak of geen signaal. Detectiebereik en taggrootte zijn waarschijnlijk de twee belangrijkste kenmerken van tags voor het volgen van insecten.

Hier tonen we representatieve resultaten voor het maximale detectiebereik van de grote en kleine tags die in deze video zijn gefabriceerd. 10 tags van elke grootte werden getest in een open veld. Een verkeerde uitlijning van de tag en de zendontvanger, samen met interferentie met vegetatie, vermindert vaak het detectiebereik onder veldomstandigheden.

Onze ervaring is dat we uitgaan van een detectieafstand van ongeveer 10 meter voor grotere tags en vijf meter voor kleinere tags bij het werken in boom- of veldgewassen. Tot slot willen we graag de resultaten van een representatief tracking onderzoek met QLB delen. Het doel van deze studie was om de beweging van de Queensland boktor te onderzoeken, aangezien er weinig bekend is over waar volwassen kevers tijd doorbrengen in de omgeving.

Omdat de kevers cryptisch zijn, is het vrij moeilijk om ze in de omgeving te lokaliseren zonder een volgtechniek zoals harmonische radar. Deze studie werd uitgevoerd in een stand van kukui-bomen op het Grote Eiland van Hawaï. In de loop van dit onderzoek werden meerdere kevers getagd en vrijgelaten.

Dit is een voorbeeld van het pad dat een kever in de loop van vijf dagen aflegt. Merk op dat de kever werd gevolgd naar meerdere soorten locaties, waaronder hoog in kukui-bomen en in dode bladeren. Dit was een belangrijke bevinding van deze studie.

QLB kan zeer cryptisch zijn en boeren hadden vaak gevraagd waar de kevers zich rond de bomen verstopten. Door individuele QLB te volgen, konden we vaststellen dat kevers vaak verborgen waren in droge bladeren, waardoor ze moeilijk te detecteren waren. In dit protocol hebben we gedemonstreerd hoe we twee maten harmonische radartags kunnen fabriceren.

Daarnaast hebben we laten zien hoe deze tags aan insecten kunnen worden bevestigd met behulp van UV-uitgeharde lijmen en hebben we het signaaldetectiebereik aangetoond. Dit protocol is verfijnd om de gestroomlijnde fabricage van veel goedkope HR-tags mogelijk te maken met minimale gespecialiseerde laboratoriumapparatuur. Bovendien moet het protocol toegankelijk zijn voor onderzoekers met ervaring met het manipuleren van objecten onder een ontleedbereik.

We raden aan om met grotere tags te beginnen om vaardigheden te ontwikkelen in het manipuleren van de diodes en het aanbrengen van de geleidende lijm voordat u probeert kleinere tags te maken. Bedankt voor het kijken en we hopen dat deze video nuttig is geweest. Neem gerust contact met ons op als u vragen heeft.