Гармонические радарные метки для отслеживания насекомых: легкие, недорогие и доступные

Использование устройств слежения для отслеживания движений животных уже давно является стандартным подходом к изучению поведения и экологии позвоночных. Однако до относительно недавнего времени эти методы слежения были недоступны энтомологам из-за непомерно больших размеров и массы устройств слежения, которые необходимо прикреплять. Технологии, предоставляемые для отслеживания насекомых, включают радиотелеметрию, Bluetooth, RFID и гармонический радар.

Из них радиотелеметрия является наиболее часто используемым методом отслеживания более крупных насекомых. Он обеспечивает большую дальность обнаружения и уникальные сигналы для каждого отслеживаемого насекомого, но требует дорогих меток, которые имеют ограниченный срок годности и срок службы и тяжелы, как правило, не менее 150 миллиграммов. В отличие от них, гармонические радиолокационные метки легче по крайней мере на порядок, недороги и имеют дальность обнаружения, которая позволяет отслеживать множество мелких насекомых.

Гармонический радар использует приемопередатчик, который одновременно излучает сигнал, который питает метку, переносимую насекомым, и принимает обратный сигнал с удвоенной частотой, посылаемый меткой. Мы продемонстрируем, как изготовить два размера гармонических радарных меток, каждая из которых состоит из диода Шоттки и нитиноловой проволоки. Нитиноловая проволока является критически важным компонентом конструкции, поскольку она гибкая, что позволяет помеченному насекомому относительно свободно двигаться и легко возвращается в прямую ориентацию, обеспечивая максимальный возврат сигнала.

Мы также продемонстрируем использование готового приемопередатчика, продаваемого для спасения в отдаленных районах. Вместе недорогие метки и готовые приемопередатчики делают этот метод отслеживания насекомых очень доступным для энтомологов, желающих изучить поведение насекомых и экологию. Мы затронем изготовление меток, прикрепление меток к насекомым, отслеживание этих помеченных насекомых, а также предоставим вам некоторые репрезентативные результаты отслеживания.

Вот материалы, которые вам понадобятся для изготовления меток, два разных провода и диоды разных размеров, а также различные проводящие материалы. По нашему опыту, мы обнаружили, что эпоксидная смола серебра является самым сильным и эффективным методом, но можно использовать и другие. Здесь вы можете увидеть различную толщину нитиноловой проволоки, используемой в маленьких и больших метках соответственно.

Вот два разных размера диодов, которые мы будем использовать для наших меток. Это инструменты, которые вам понадобятся для сборки тегов. Напечатанные на 3D-принтере приспособления будут использоваться для резки проволоки и сборки меток.

Обратите внимание на прилагаемый документ для 3D-печатных проектов. Сначала мы покажем сборку больших тегов. Критически важным компонентом сборки метки является правильная длина антенны, 8,25 сантиметра для большой метки.

Измерительный кондуктор используется для простой и воспроизводимой резки проводов до нужной длины. Сначала мы прикрепляем проволоку к кондуктору, оборачиваем проволоку вокруг кондуктора, сохраняя легкое натяжение, и разрезаем провода в канале, как показано на рисунке. Перед этим аккуратно снимите провода с цилиндра.

Чтобы подготовить диоды к проволочному креплению, закрепите упаковку диодов на микроскопе. Оттяните крышку и снимите диоды с помощью двустороннего скотча, при этом диоды находятся в правильной ориентации контактами вверх для облегчения соединения антенны. Неподвижная лента к приспособлению.

Поместите картон параллельно диодам с каждой стороны и сгладьте края, чтобы предотвратить прилипание антенны к ленте. Выровняйте провод рядом с диодом при подготовке к креплению и под микроскопом расположите провода так, чтобы они касались одного электрического контакта. Важно, чтобы они не касались и того, и другого.

Нанесите проводящий материал на каждый контакт, убедившись, что он покрыт как точку контакта, так и провод. Будьте осторожны, чтобы не распределить проводящий материал между каждым контактом. При необходимости повторно нанесите проводящий материал, чтобы закрепить каждый провод и обеспечить электропроводность.

Далее мы покажем изготовление маленькой бирки, в которой используется нитиноловая проволока длиной 4,1 сантиметра. Прикрепите проволоку к кондуктору с помощью ленты, стараясь не перенатянуть проволоку. Намотайте проволоку на кондуктор.

И разрезаем проволоку по пазу. Помните, что для каждой метки требуется два отрезка этой проволоки. Чтобы подготовить диоды к креплению, наденьте на кондуктор двусторонний скотч.

Перенесите диоды на ленту, сохраняя соответствующее расстояние между диодами. Под оболочкой убедитесь, что контакты обращены вверх, чтобы облегчить юстировку провода и диода. При необходимости выровняйте их и убедитесь, что они прижаты к ленте, чтобы предотвратить движение.

Поместите одностороннюю ленту вдоль диодов, чтобы поднять провод на уровне контакта и предотвратить прилипание провода к нижележащей ленте. Разгладьте ленту и разместите провода в непосредственной близости от диода. Под зондом аккуратно размещайте провод на точках контакта, чтобы предотвратить перекрытие провода.

В идеале ваше выравнивание должно выглядеть так. Затем нанесите проводящий материал на контакт и провод и убедитесь, что проводящий материал не стекает вместе и не заливает плоскость диода. Вот как должна выглядеть ваша бирка после соответствующего времени отверждения, указанного в инструкции к выбранному вами проводящему материалу.

Здесь вы можете увидеть большую и маленькую бирку. Далее мы продемонстрируем, как прикрепить большую метку к насекомому на примере квинслендского жука-лонгхорна. Существует множество материалов, которые вы будете использовать для крепления меток к насекомым.

Мы продемонстрируем крепление с использованием клеев, отверждаемых ультрафиолетовым излучением. Двумя другими широко используемыми клеями являются цианоакрилаты или клеи-расплавы. Во-первых, закрепите жука, чтобы облегчить доступ к месту крепления.

Нанесите каплю клея на место крепления. Сориентируйте метку и поместите диод электрическими контактами вниз на грудную клетку. После того, как вы будете удовлетворены положением метки, отверждайте клей с помощью ультрафиолетового излучения под различными углами в течение 5-10 секунд.

Далее мы продемонстрируем прикрепление небольших меток к плодовым мушкам с тефритидой. Метки меньшего размера предназначены для использования со средними или мелкими насекомыми. Мы продемонстрируем прикрепление меток с дынной мухой и средиземноморской плодовой мухой.

Обязательно обезболивайте своих мух при температуре четыре градуса по Цельсию. Выдавите каплю клея и погрузите бирку в УФ-клей. Обязательно обваляйте диод в клее, чтобы обеспечить полное покрытие.

Соблюдайте осторожность, чтобы излишки клея не прилипли к проволоке. Закрепите насекомое между большим и указательным пальцами, чтобы показать место крепления. Сориентируйте метку и расположите ее в продольном направлении на тыльной стороне грудной клетки мухи.

Перемещайте метку вперед и назад, чтобы распределить клей и обеспечить надежное соединение. Опять же, если вы удовлетворены размещением бирки, отверждайте клей с помощью ультрафиолетового излучения. Теперь мы снова покажем процесс добавления тегов.

Если этот процесс проводится в полевых условиях, вам нужно будет исключить избыток ультрафиолетового излучения, чтобы предотвратить затвердевание клея, прежде чем вы будете удовлетворены положением диода. Охлаждать насекомых в полевых условиях можно с помощью льда, а не помещать их в холодное помещение. Опять же, при отверждении с помощью ультрафиолетового излучения отверждайте под разными углами, чтобы обеспечить прочное крепление.

Наконец, мы продемонстрируем прикрепление меток со средиземноморской плодовой мухой под микроскопом. Поместите метку на тыльную поверхность грудной клетки и вылечите ее ультрафиолетовым светом. Здесь мы видим примеры прикрепления поста с тегом «Насекомое».

Обратите внимание, что положение метки предотвращает ее удаление при очистке от насекомых и, по-видимому, способствует сбалансированному полету. На примере мух мы обнаружили, что поперечное крепление близко к центру масс, по-видимому, приводит к торможению полета, потенциально нарушая равновесие мухи. Важно тщательно проверить летную способность прикрепленной бирки к столбу от насекомых.

Как правило, это делается путем тестирования в летной трубе. Здесь мы показываем репрезентативные взлеты, демонстрирующие, что мухи способны летать. Обратите внимание, что мухи свободно передвигаются и, кажется, в целом не обременены меткой.

Далее мы продемонстрируем большую метку в работе. Обратите внимание на звук, который издает приемопередатчик при выравнивании по метке. А здесь вы можете увидеть жука с прикрепленной биркой.

Далее мы продемонстрируем диапазон большой метки. Сильный сигнал может быть обнаружен на расстоянии около 30 метров. Максимальное расстояние составляет около 60 метров.

Маленькие метки имеют гораздо меньший радиус действия. Сильный сигнал может быть обнаружен на расстоянии около 10 метров. На уровень сигнала также влияет ориентация приемопередатчика по отношению к метке.

Когда метка и приемопередатчик выровнены, мы получаем наш максимальный сигнал. Однако, поверните трансивер на 90 градусов, и теперь метка и трансивер смещены, и мы получаем слабый сигнал или его отсутствие. Дальность обнаружения и размер метки, вероятно, являются двумя наиболее важными характеристиками меток для отслеживания насекомых.

Здесь мы показываем репрезентативные результаты для максимальной дальности обнаружения больших и малых меток, изготовленных в этом видео. В открытом поле было протестировано по 10 бирок каждого размера. Смещение соосности метки и приемопередатчика, наряду с помехами растительности, часто снижает дальность обнаружения в полевых условиях.

По нашему опыту, мы предполагаем, что расстояние обнаружения составляет примерно 10 метров для больших меток и пять метров для меньших меток при работе с деревьями или полевыми культурами. Наконец, мы хотели бы поделиться результатами репрезентативного исследования трекинга с QLB. Целью данного исследования было изучение передвижения квинслендского жука-усача, так как мало что известно о том, где взрослые жуки проводят время в окружающей среде.

Поскольку жуки скрыты, их довольно трудно обнаружить в окружающей среде без метода слежения, такого как гармонический радар. Это исследование проводилось в зарослях деревьев кукуи на Большом острове Гавайев. В ходе этого исследования было помечено и выпущено несколько жуков.

Это пример пути, пройденного одним жуком в течение пяти дней. Обратите внимание, что жук был отслежен в различных местах, в том числе высоко в деревьях кукуи и в опавших листьях. Это был важный вывод данного исследования.

QLB может быть очень загадочным, и фермеры часто спрашивали о том, где жуки прячутся вокруг деревьев. Отслеживая отдельные QLB, мы смогли определить, что жуки часто скрываются в сухих листьях, что затрудняет их обнаружение. В этом протоколе мы продемонстрировали, как изготовить два размера гармонических радиолокационных меток.

Кроме того, мы показали, как прикреплять эти метки к насекомым с помощью УФ-отверждаемых клеев и продемонстрировали дальность обнаружения сигнала. Этот протокол был усовершенствован для упрощения изготовления множества недорогих HR-меток с минимальным специализированным лабораторным оборудованием. Кроме того, протокол должен быть доступен для исследователей, имеющих опыт работы с объектами в области препарирования.

Мы рекомендуем начинать с больших меток, чтобы развить навыки манипулирования диодами и нанесения проводящего клея, прежде чем пытаться сделать более мелкие метки. Спасибо за просмотр, и мы надеемся, что это видео было полезным. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас есть вопросы.