Kwantyfikacja stawonogów korowych za pomocą lepkich pułapek
19 stycznia 2020
Opisujemy półilościowe podejście do pomiaru cech korowych (żyjących w korze) społeczności stawonogówów. Umieściliśmy komercyjnie produkowane lepowe pułapki na pniach drzew, aby oszacować liczebność, całkowitą długość (substytut biomasy), bogactwo i różnorodność Shannona w celu porównania między gatunkami drzew.
Protokół ten może być wykorzystany do oszacowania krótko- i długoterminowej struktury zbiorowisk stawonogów korowych. Technika ta jest przydatna do chwytania zarówno latających, jak i pełzających stawonogów i ułatwia łatwą analizę laboratoryjną. Aby rozpocząć tę procedurę, zmierz średnicę drzewa na wysokości pierśnicy.
Użyj golarki do kory, aby rozpocząć usuwanie kory na tej wysokości w każdym kierunku kardynalnym w obszarze wielkości wstępnie wyprodukowanej lepkiej pułapki. Kontynuuj golenie, aż obszar będzie wystarczająco gładki, aby przymocować lepką pułapkę do drzewa z minimalną przestrzenią pod spodem, do której mogą wpełznąć stawonogi. Następnie użyj ciemnego stałego rynku, aby oznaczyć tył pułapki datą, numerem pułapki, lokalizacją i innymi istotnymi informacjami.
Aby złapać zarówno latające, jak i pełzające stawonogi, otwórz i usuń boki oraz zakryj lepką pułapkę, przecinając karton wzdłuż krawędzi lepkiego materiału. Aby wykluczyć latające stawonogi z lądowania bezpośrednio na pułapce, otwórz pułapkę zgodnie z instrukcją na pudełku. Umieść jedną pułapkę w każdym wcześniej ogolonym miejscu, tak aby otwory były zorientowane pionowo, aby zmaksymalizować chwytanie stawonogów pełzających w górę iw dół pni drzew.
W przypadku pułapek ze zdjętymi wierzchołkami w celu schwytania zarówno latających, jak i pełzających stawonogów, należy ustawić pułapki tak, aby koniec, w którym znajdował się otwór, był zorientowany pionowo, aby zachować spójność pułapki. Następnie zszyj pułapki do drzewa, umieszczając jedną zszywkę w każdym rogu i jedną zszywkę w środkowej dolnej części i jedną w środkowej górnej części pułapki, zaczynając od prawego dolnego rogu i pracując zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Uważaj, aby upewnić się, że całe dno i góra każdej pułapki przylegają do drzewa, aby zminimalizować pełzanie stawonogów pod spodem.
Pozostaw pułapki na miejscu przez żądany czas, upewniając się, że wszystkie pułapki zostały pozostawione na ten sam czas. Po upływie pożądanego czasu przykryj całą pułapkę, z wyjątkiem zszywek, folią z celulozy polimerowej. Usuń każdą pułapkę, biorąc duży płaski śrubokręt i częściowo podważając każdą zszywkę z drzewa.
Następnie użyj dużych szczypiec z wąskimi końcówkami lub podobnego narzędzia do chwytania, aby wyciągnąć zszywki z drzewa. Alternatywnie, aby wykluczyć latające stawonogi, zamknij pułapkę, postępując zgodnie ze wskazówkami z tyłu pudełka. Umieść pułapki w sztywnym pudełku, aby przetransportować je z powrotem do laboratorium w celu analizy.
Jeśli pułapki mają być przechowywane dłużej niż 12 godzin, umieść je w zamrażarce, aby zachować ich zawartość. Korzystając z lunety sekcyjnej, zbadaj zawartość pułapki, rejestrując liczbę osobników do pożądanego poziomu taksonomicznego. Na podstawie zarejestrowanych danych można oszacować bogactwo, wskaźniki różnorodności lub obfitość.
Jeśli pożądana jest szacowana biomasa, zmierz długość i szerokość stawonogów z dokładnością do milimetra i użyj opublikowanych regresji biomasy długości i szerokości, aby oszacować biomasę. Odejmij całkowitą szerokość pułapek od zmierzonej średnicy dla każdego drzewa, aby oszacować wysiłek związany z zastawianiem pułapek dla każdego drzewa. Ponieważ próbki z wielu pułapek na tym samym drzewie nie są niezależne, należy zsumować wszystkie próbki z tego samego drzewa lub uwzględnić pojedyncze drzewo jako zmienną losową we wszystkich analizach, aby uniknąć pseudoreplikacji.
Opierając się na wynikach modelu mieszanego, model, który obejmował gatunki drzew, najlepiej wyjaśnił zmienność i całkowitą długość, liczebność i różnorodność stawonogów. Żadna ze zmiennych niezależnych nie wyjaśniała znacznych różnic w bogactwie, chociaż modele, które obejmowały wysiłek związany z odłowem gatunków drzew, były konkurencyjne w stosunku do modelu zerowego. Ponadto proporcje uwięzionych drzew wydają się nie mieć wpływu na liczebność, całkowitą długość i różnorodność Shannon, a jedynie minimalny wpływ na bogactwo.
Błąd standardowy głównego dla całkowitej długości stawonogów wahał się od czterech procent średniej u topoli tulipanowca do 17% u klonu cukrowego. Liczebność miała podobny poziom zmienności wśród gatunków, gdzie błąd standardowy średniej wynosi siedem procent w topoli tulipanowca i 18% w klonie cukrowym. I odwrotnie, zmienność bogactwa i różnorodności stawonogów była znacznie mniejsza w obrębie gatunków drzew.
W tym przypadku błąd standardowy średniej bogactwa wahał się od czterech procent średniej dla hikory świńskiej do dziewięciu procent średniej dla amerykańskich plaż. Podczas gdy różnorodność wahała się od czterech procent średniej na amerykańskiej plaży do siedmiu procent średniej na topoli tulipanowej. Podczas golenia kory z drzewa należy upewnić się, że obszar jest tak gładki, jak to możliwe i zminimalizować wszelkie szczeliny między drzewem a krawędzią pułapki.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje półilościową metodę oceny zbiorowisk stawonogów kortykolowych z wykorzystaniem pułapek lepowych. Pozwala ona na oszacowanie liczebności, całkowitej długości, bogactwa oraz różnorodności gatunkowej w obrębie różnych gatunków drzew.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Ekologia
- Entomologia
- Struktura społeczności
Wprowadzenie
- Arthropody kortykolowe zamieszkują korę drzew.
- Zrozumienie struktury ich zbiorowisk jest niezbędne dla badań ekologicznych.
- Lepowe pułapki są skuteczne w odławianiu różnych gatunków arthropodów.
- Metoda ta może dostarczyć informacji na temat bioróżnorodności i stanu zdrowia ekosystemu.
Cel badania
- Pomiar charakterystyki społeczności stawonogów zamieszkujących korę.
- Porównanie społeczności stawonogów u różnych gatunków drzew.
- Opracowanie zstandaryzowanej metody oceny społeczności.
Zastosowane metody
- Zmierz średnicę pnia drzewa na wysokości piersi.
- Usuń korę z określonego obszaru w celu przymocowania pułapek lepnych.
- Oznacz pułapki odpowiednimi informacjami niezbędnymi do monitorowania.
- Zbierz i przeanalizuj schwytane stawonogi w warunkach laboratoryjnych.
Główne wyniki
- Uzyskano szacunki liczebności i różnorodności stawonogów.
- Bogactwo gatunkowe różniło się znacząco w zależności od gatunku drzewa.
- Metoda okazała się skuteczna zarówno dla stawonogów latających, jak i pełzających.
- Dane mogą służyć do planowania działań w zakresie zarządzania ekologicznego i ochrony przyrody.
Wnioski
- Podejście półilościowe jest wiarygodne w badaniu społeczności stawonogów.
- Pułapki lepowe są praktycznym narzędziem w badaniach ekologicznych.
- Metoda ta może zwiększyć zrozumienie bioróżnorodności w ekosystemach leśnych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejsza metoda zapewnia zestandaryzowane i powtarzalne podejście do kwantyfikacji wskaźników społeczności stawonogów w badaniach ekologicznych, wspierając walidację celów w procesach oceny ryzyka środowiskowego oraz w potokach odkrywania biomarkerów. Dzięki umożliwieniu precyzyjnego pomiaru liczebności, substytutów biomasy, bogactwa oraz różnorodności w obrębie gatunków drzew, metoda ta ułatwia mechanistyczną redukcję ryzyka w badaniach wiążących aktywność stawonogów ze wskaźnikami zdrowia ekosystemu. Zgodność techniki z analizą modelami mieszanymi oraz niski błąd standardowy (<20% średniej) zwiększają wiarygodność prognostyczną w porównaniach międzygatunkowych, dostarczając informacji niezbędnych do podejmowania decyzji portfelowych w rozwoju agrochemikaliów i biopestycydów.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biopharmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie hipotez ekologicznych dotyczących struktury społeczności stawonogów w zależności od gatunku drzewa, co wspiera walidację celów w toksykologii środowiskowej.
- Wartość operacyjna: Dostarcza wyników ilościowych (obfitość, całkowita długość, bogactwo, dywersyfikacja Shannona) z mierzalną precyzją, ograniczając zmienność w badaniach przesiewowych na wczesnym etapie.
Przesiewy i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Pozwala na generowanie ustandaryzowanych i porównywalnych zbiorów danych dla różnych gatunków drzew, co umożliwia przygotowanie analiz z wykorzystaniem bioindykatorów stawonogów.
- Wartość operacyjna: Wykorzystuje komercyjnie produkowane pułapki lepowe, co zapewnia prostotę logistyczną, powtarzalność oraz skalowalność w ramach wysokoprzepustowego monitoringu środowiska.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera opracowywanie biomarkerów translacyjnych poprzez powiązanie zmian w społecznościach stawonogów ze stresorami środowiskowymi, co umożliwia podejmowanie decyzji o dalszych działaniach w oparciu o analizę ryzyka.
- Wartość operacyjna: Ułatwia przejście od etapu odkrycia do walidacji przedklinicznej dzięki spójnemu schematowi pobierania próbek oraz minimalizacji pseudoreplikacji poprzez zastosowanie korekt w modelach mieszanych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z procesami badawczymi w toksykologii środowiskowej – od weryfikacji hipotez po identyfikację substancji wiodących – dostarczając ilościowych wskaźników społeczności, które pozwalają na mechanistyczne zrozumienie wpływu związków na stawonogi nietarczowe.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących reakcji społeczności stawonogów na gatunki drzew, umożliwiając wyjaśnienie ścieżek w mechanizmach ekotoksykologicznych.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki (całkowita długość jako substytut biomasy, liczebność, różnorodność), niezbędne do porównania efektów zabiegów w różnych warunkach środowiskowych.
- Analityka: Umożliwia porównanie statystyczne za pomocą modeli mieszanych, uwzględniając nakład pracy przy odłowach oraz drzewo jako zmienną losową, co zapewnia poprawne wnioskowanie międzygatunkowe.
- Badania translacyjne: Łączy wskaźniki stawonogów z wskaźnikami zdrowia ekosystemu, wspierając dopasowanie biomarkerów w ocenie ryzyka środowiskowego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do standaryzowanego pobierania próbek stawonogów w ekosystemach leśnych, redukując zmienność metodologiczną w badaniach wieloośrodkowych.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w ocenach społeczności stawonogów, ograniczając niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach wpływu na środowisko.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację, powtarzalność i skalowalność dzięki zastosowaniu gotowych pułapek oraz spójnemu przygotowaniu kory.
- Wartość strategiczna: Poprawia proces podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań w rozwoju agrochemikaliów poprzez ilościowe określanie efektów u stawonogów niedocelowych z mierzalną precyzją.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację związków w oparciu o ryzyko, wykorzystując wskaźniki społeczności stawonogów jako wczesne sygnały ostrzegawcze o zaburzeniach ekologicznych.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie pobierania próbek entomologicznych, identyfikacji drzew oraz mikroskopowej identyfikacji stawonogów.
- Niezbędny jest stereomikroskop sekcyjny, narzędzia pomiarowe, zszywacz oraz polimerowa folia celulozowa do konserwacji pułapek.
- Wymagana jest standaryzacja międzyzespołowa w zakresie czasu ekspozycji pułapek, spójności usuwania kory oraz protokołów analizy danych.
- Wymagane jest uwzględnienie pseudoreplikacji w przypadku zastosowania wielu pułapek na jednym drzewie, poprzez sumowanie próbek lub wprowadzenie drzewa jako zmiennej losowej.
- Metoda ogranicza się do stawonogów oddziałujących z pniami drzew; nie obejmuje gatunków koronowych ani glebowych bez modyfikacji metodologicznych.
