Энтомология, наука о насекомых, развивалась на протяжении тысячелетий взаимодействия человека и насекомых. Поскольку насекомые существуют практически на всех наземных поверхностях и играют различные важнейшие экологические роли, теоретическая и прикладная энтомология являются центральными областями исследований в XXI веке и далее.
Последние технологические достижения, в том числе международная доступность прозрачного видео, трансформируют социальные процессы образования, исследований и управления. Эта редакционная статья обобщает протоколы, связанные с современной энтомологией, и направлена на информирование о последних методологических разработках в энтомологии с целью содействия их принятию.
В статье «Сбор и долгосрочное содержание муравьев-листорезов (Atta) в лабораторных условиях» Ногейра и др. рассматривают историю жизни муравьев-листорезов Atta и представляют протокол получения, поддержания и изучения колоний в лабораторных условиях1. Описанные методы начинаются с получения либо спаренной матки, либо молодой колонии. Затем предоставляются различные подробности об архитектуре гнезда и диетическом режиме, которые поддерживают здоровые и наблюдаемые колонии атта .
Опыт, использованный при разработке этого метода, является результатом более чем трех десятилетий тонкой настройки, и метод обладает широкими возможностями масштабирования для исследовательских и образовательных целей. Муравьи представляют собой успешную и разнообразную глобальную кладу, а муравьи-листорезы олицетворяют увлекательный и сложный микологический образ жизни. Следовательно, усовершенствованные методы изучения развития и поведения муравьев-листорезов имеют значение для таких областей, как эусоциальная физиология и исследования коллективного поведения, а также научная коммуникация.
В статье «Сбор и идентификация пыльцы из колоний медоносных пчел» Топицхофер и др. описывают метод эффективной обработки пыльцы, принесенной медоносными пчелами (Apis mellifera), кормящимися собратьями по гнезду2. В представленном методе сыпучая пыльца собирается с возвращающихся фуражиров, когда они продавливаются через металлическую сетку, которая вытесняет зерна пыльцы из их пыльцевой корзины. Собранные пыльцевые гранулы сначала сортируются по цвету, а затем их можно химически обработать и проанализировать с помощью микроскопа, чтобы определить, к какому виду относится пыльца.
Важно отметить, что в конвейере используется пассивный сбор пыльцы с установленной сеткой (в отличие от ручного сбора от одиночных пчел) и недорогие визуальные методы идентификации пыльцы (в отличие от электронной микроскопии или метабаркодирования). Медоносные пчелы добывают пыльцу растений, получая жизненно важные питательные вещества для себя, а также выполняя важные функции для экономических, сельскохозяйственных и социально-культурных систем человека. Таким образом, усовершенствованные методы оценки здоровья медоносных пчел и продуктивности корма будут интересны тем, кто занимается производством продуктов питания, региональным планированием и моделированием природного капитала.
В статье «Основы гистологии и обнаружение клеточной смерти в тканях медоносных пчел» Смодиш Шкерл описывает методы выделения тканей медоносных пчел и их оценки на предмет различных моделей клеточного оборота и гибели3. Протокол описывает метод препарирования и анализа двух тканей, важных для пищеварения и взаимодействия с окружающей средой: гипофарингеальных желез (ГПГ) и средней кишки. По рассеченным тканям можно оценить характер гибели клеток, что позволяет оценить тканеспецифичные эффекты сублетального химического воздействия.
Понимание основ развития физиологических, поведенческих и экологических черт часто требует тканеспецифических анализов. Тем не менее, препарирование определенных тканей может быть трудоемким мероприятием, требующим определенных навыков и опыта. Рукопись Смодиша Шкерла представляет собой ценную дорожную карту для исследователей, занимающихся изучением средней кишки и/или ГПГ медоносных пчел. Представленные методы облегчат проведение гистологических анализов у медоносных пчел и, таким образом, актуальны для тех, кто изучает тканеспецифичные основы развития, старения и эволюции насекомых.
В статье «Оценка агрохимического риска для маток спаренных медоносных пчел» Файн и др. описывают метод изучения того, как рабочие пчелы, обработанные агрохимикатами, обеспечивают их матку и, таким образом, влияют на плодовитость колонии4. Протокол начинается со сборки специального вольера для наблюдения за маткой в контексте известного числа рабочих гнезд, получающих известную дозу питательных веществ и агрохимикатов (в случае исследования – имидаклоприд). Производство яиц, жизнеспособность эмбрионов, потребление пищи и смертность рабочих могут быть отслежены и связаны с агрохимическими обработками.
Эти методы служат для преодоления разрыва между полевыми и лабораторными методами и способствуют важным дискуссиям о глобальных методах ведения сельского хозяйства и пчеловодства. Современные методы ведения сельского хозяйства часто основаны на применении агрохимикатов со сложным дозозависимым воздействием на здоровье членистоногих, но сложность ульев медоносных пчел может препятствовать усилиям по точному измерению этих эффектов. Эта рукопись предлагает элегантное решение, помогающее понять «реальные» энтомологические последствия сельскохозяйственной практики.
В описанных выше статьях освещаются различные научные методы, которые могут быть использованы для изучения морфологии, физиологии и поведения муравьев и пчел. Изучение эусоциальных насекомых in vivo долгое время осложнялось трудностями в лаборатории и в полевых условиях с точки зрения прямого манипулирования и наблюдения за соседями по гнезду, длительного времени генерации многих видов и проблем с масштабированием экспериментов до уровня колонии. Два метода 1,4 решают эти проблемы с помощью различных подходов. В частности, в работе Fine et al.4 авторы сообщают о методе прямой оценки влияния отдельных химических веществ на плодовитость маток (и, следовательно, колоний). Кроме того, Nogueira et al.1 представляют крупномасштабную систему для выращивания и наблюдения за многочисленными колониями муравьев-листорезов. Оба эти метода широко применимы для энтомологов и земледельцев.
В более широком смысле, видеопрезентация методов может повысить применимость, квалификацию и воспроизводимость методов, разработанных исследователями во всем мире. Этот тип методологической энтомологии можно рассматривать в контексте и истории визуальности 5,6, неявногознания 7 и участия сообщества8 в энтомологии.
Будущая работа может развиваться по нескольким направлениям. Спектр видов может выйти за рамки муравьев и пчел и включить в себя других насекомых и ненасекомых. Экологические базы данных могут быть использованы для выделения ниш и видов, где методы могут быть плодотворно применены. Образование и исследования в области энтомологии могут изучать новые технологии, такие как дополненная реальность, межвидовая коммуникация, робототехника и когнитивное моделирование киберфизических систем на основе насекомых. Более эффективные методы и улучшенные эмпирические данные будут полезны для исследований, применяющих методы науки о сложности (например, агентное моделирование, стигмергия, многомасштабный системный анализ) к насекомым и за их пределами.