Bu protokol, böcekler için harmonik radar etiketleri oluşturma, takma ve izleme yöntemlerini sunar.
Yöntem makalesi
Bu protokol, böcekler için harmonik radar etiketleri oluşturma, takma ve izleme yöntemlerini sunar.
Hayvan hareketlerini takip etmek için izleme cihazlarını kullanmak, omurgalıların davranışlarını ve ekolojisini incelemek için uzun zamandır standart bir yaklaşım olmuştur. Nispeten yakın zamana kadar, bu izleme yöntemleri, takılması gereken izleme cihazlarının aşırı derecede büyük boyutu ve kütlesi nedeniyle entomologlar için mevcut değildi. Böcek takibine uygulanan teknolojiler arasında radyo telemetrisi, Bluetooth, RFID ve harmonik radar bulunur. Bunlar arasında, radyo telemetrisi daha büyük böcekleri izlemek için en çok kullanılan yöntemdir. İzlenen her böcek için daha uzun bir algılama aralığı ve benzersiz sinyaller sunar, ancak sınırlı raf ve tarla ömrüne sahip ve genellikle en az 150 miligram ağır olan pahalı etiketler gerektirir. Buna karşılık, ilk kez 1986'da kullanılan harmonik radar etiketleri, en azından bir büyüklük sırasına göre daha hafiftir, ucuzdur ve birçok küçük böceğin alan izlemesine izin veren algılama aralıklarına sahiptir. Burada, taşrada kurtarma için pazarlanan kullanıma hazır bir alıcı-vericinin kullanımını gösteriyoruz. Birlikte, ucuz etiketler ve kullanıma hazır alıcı-vericiler, bu böcek izleme tekniğini, böcek davranışı ve ekolojisini inceleyen entomologlar için oldukça erişilebilir hale getirir. Bu yazımızda etiket oluşturma, böceklere etiket yapıştırma, bu etiketli böcekleri takip etme konularına değineceğiz ve bazı temsili takip sonuçları sunacağız.
Omurgalıların hareketlerini incelemek için izleme cihazları kullanmak, memeliler, kuşlar ve balıklar gibi daha büyük hayvanların davranışları ve ekolojisi ile ilgili veri toplamak için uzun süredir standart bir yaklaşım olmuştur ve izleme öncelikle radyo telemetrisi ve GPS izlemeyi kullanır1. Bununla birlikte, nispeten yakın zamana kadar, bu izleme yöntemleri, eklenmesi gereken izleme cihazlarının aşırı derecede büyük boyutu ve kütlesi nedeniyle entomologlar için mevcut değildi2. Böcek takibine uygulanan teknolojiler arasında radyo telemetrisi, Bluetooth, RFID ve harmonik radar2,3 bulunur. Bunlardan radyo telemetrisi, daha büyük böcekleri izlemek için açık ara en çok kullanılan yöntemdir2. İzlenen her böcek için daha uzun bir algılama aralığı ve benzersiz sinyaller sunar. Bununla birlikte, bu yöntem, sınırlı raf ve tarla ömrüne sahip ve genellikle en az 150 mg olan pahalı etiketler gerektirir. Bluetooth, radyo telemetrisinden daha küçük etiketlere sahip, ancak daha kısa bir menzile sahip olan şu anda en az gelişmiş tekniktir3. RFID etiketlerinin boyutu çok küçük olabilir ve oldukça ucuzdur ancak en kısa menzile sahiptir (genellikle sadece birkaç mm)4. RFID etiketleriyle böcek etiketleme en yaygın olarak kovana giren ve çıkan arı işçilerini incelemek için kullanılmıştır5. Buna karşılık, harmonik radar etiketleri, radyo telemetri etiketlerinden en azından bir büyüklük sırası kadar hafiftir, ucuzdur ve çok daha küçük böceklerin alan takibine izin veren algılama aralıklarına sahiptir6 (Şekil 1).
Harmonik radar, böceğin taşıdığı etikete enerji veren bir sinyal yayan bir sinyal yayan ve tag7,8,9 (Şekil 2) tarafından gönderilen frekansı ikiye katlayan bir alıcı-verici kullanır. Bir dizi çalışma, orta büyüklükteki böceklerle harmonik radar etiketlerinin kullanımını tanımlamış olsa da6,10,11,12,13, bir etiketin nasıl üretileceğine dair uygun bir gösteri yoktur. Bu makalede, her biri bir Schottky diyot ve nitinol telinden yapılmış iki farklı boyutta harmonik radar etiketinin nasıl üretileceğine dair adım adım talimatlar sunuyoruz. Daha küçük etiketler daha hafiftir ve daha küçük böcekler6 için daha iyi çalışır, daha büyük etiketler ise daha geniş bir aralığa sahiptir ve daha büyük böcekler11 tarafından barındırılabilir. Nitinol teli kritik bir tasarım bileşenidir, çünkü bu tel esnektir, böylece etiketli böceğin nispeten serbestçe hareket etmesine izin verir. Ayrıca hızlı bir şekilde düz bir yöne dönerek maksimum sinyal dönüşüne izin verir6,10,11. Ayrıca, taşrada kurtarma7,9,14 için pazarlanan kullanıma hazır bir alıcı-vericinin (aşağıdaki 'Sinyallerin alınması' bölümüne bakın) kullanımını da gösteriyoruz. Birlikte, ucuz etiketler ve kullanıma hazır alıcı-vericiler, bu böcek izleme tekniğini, böcek davranışı ve ekolojisini inceleyen entomologlar için oldukça erişilebilir hale getirir. Bu yazıda etiket yapmaya, böceklere etiket yapıştırmaya, bu etiketli böcekleri izlemeye ve bazı temsili izleme sonuçları sağlamaya değiniyoruz.
1. Hazırlık
2. Büyük etiket
NOT: Bu bölüm, büyük etiketlerin montajını sunar. Büyük etiketler için doğru anten uzunluğuna sahip iki kabloya (alıcı-verici frekansına uyması için 8,25 cm) sahip olmak önemlidir.
3. Küçük etiket
NOT: Bu bölümde küçük etiketlerin montajı anlatılmaktadır.
4. Büyük etiket eki - Queensland longhorn böceği (QLB)
5. Küçük etiketler eki - tephritid meyve sinekleri
6. Sinyallerin alınması
Tespit menzili ve etiket boyutu, böcek takip etiketlerinin muhtemelen en önemli iki özelliğidir. Burada, bu makalede üretilen büyük ve küçük etiketlerin maksimum tespit menzilleri için temsilci sonuçlar sunuyoruz. Maksimum tespit menzilleri, etiketlerin çift taraflı bant ile kalın bir ahşap kavela (~1.5 m) üzerine boylamsal olarak sabitlenmesiyle belirlenmiştir. Ardından, alıcı-verici etiketten uzaklaştırılarak artık herhangi bir sinyal duyulmayana kadar hareket ettirilmiş ve etiket sinyallerinin tespit edilebildiği maksimum mesafe belirlenmiştir. Her boyuttan on adet etiket açık alanda test edilmiştir. Büyük etiketler için maksimum tespit mesafesi, küçük etiketlerin yaklaşık dört katıdır (Tablo 1). Saha koşullarında, etiket ve alıcı-vericinin hizasızlığı ile bitki örtüsü etkileşimi genellikle tespit menzilini azaltır. Deneyimlerimize dayanarak, ağaçlı tarım alanlarında çalışırken büyük etiketler için ~10 m ve küçük etiketler için ~5 m'lik bir tespit mesafesi varsayıyoruz.
Son olarak, Queensland uzun boynuzlu böceği (QLB) ile yapılan temsili bir izleme çalışmasının sonuçlarını paylaşmak istiyoruz. Bu çalışmanın amacı, yetişkin böceklerin çevrenin nerelerinde vakit geçirdikleri hakkında çok az bilgi olduğu için QLB'nin hareket ekolojisini incelemekti. Böcekler kriptik oldukları için, HR gibi bir izleme tekniği olmadan onları çevrede tespit etmek oldukça zordur. Bu çalışma, Hawaii'nin Büyük Adası'ndaki bir kukui ağacı (Aleurites moluccana) topluluğunda yürütülmüştür. Çalışma süresince çok sayıda böcek işaretlenmiş ve serbest bırakılmıştır. Daha sonra böcekler, bu makalenin başında gösterilen izleme teknikleri kullanılarak tespit edilmiştir. Bir böceğin 10 gün boyunca izlediği yolun bir örneği Şekil 4'te görülebilir. Böceğin, kukui ağaçlarının yüksekleri ve ölü yapraklar dahil olmak üzere birden fazla konumda izlendiğine dikkat edin. Bu, çalışmanın önemli bir bulgusuydu. QLB oldukça kriptik olabildiği için çiftçiler sık sık böceklerin ağaçların çevresinde nerede "saklandığını" sormuşlardır. Tek tek QLB'leri izleyerek, böceklerin sıklıkla kuru yaprakların arasında gizlendiğini ve bu durumun onları tespit etmeyi zorlaştırdığını belirleyebildik. Bu çalışma, yetişkin QLB'lerin hem gündüz vakit geçirdikleri yerler hem de gece boyunca hareketleri hakkında önemli yeni bilgiler sunmaktadır.

Şekil 1: Böcekleri takip etmek için yaygın olarak kullanılan cihazların karşılaştırması. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Harmonik radar, bir frekansta (mavi) sinyal gönderip ardından dönen (frekansı iki katına çıkmış) sinyali (kırmızı) alarak çalışır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Sinyal gücü, etiketin ve alıcı-vericinin yönelimi ile ilişkilidir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Kukui ağaçlarındaki tek bir Queensland uzun boynuzlu böceğinin takibinden elde edilen temsili sonuçlar. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Büyük etiketler | Küçük etiketler |
| 64 ± 1 m | 12 ± 1 m |
Tablo 1: Böcek harmonik radar etiketleri için maksimum tespit mesafeleri (ortalama ± SE, m) (N = 10).
Bu protokolde, iki boyutta harmonik radar etiketinin nasıl üretileceğini açıklıyor ve gösteriyoruz. Ek olarak, UV ile kürlenen yapıştırıcılar kullanarak bu etiketlerin böceklere nasıl yapıştırılacağını gösterdik ve alıcı-verici sinyal gücünü gösterdik. Bu protokol, minimum özel laboratuvar ekipmanı ile birçok düşük maliyetli HR etiketinin modern bir şekilde üretilmesine izin verecek şekilde geliştirilmiştir. Ek olarak, protokol, diseksiyon mikroskobu altında nesneleri manipüle etme deneyimi olan araştırmacılar için erişilebilir olmalıdır. Etiket yapmaya çalışan kişilerin, diyotları manipüle etme ve iletken yapıştırıcıları uygulama becerilerini geliştirmek için daha büyük etiketlerle başlamalarını öneririz. Bu beceriler ilk başta zor olabilir, ancak deneyimlerden (20'den fazla kişiye öğretmek), öğrenme eğrisinin insanların hızlı ve tekrarlanabilir daha küçük etiketler oluşturmaya nispeten hızlı bir şekilde ilerlemesine izin verdiğini bulduk.
İki etiket boyutunun imalatı gösterilirken, hem daha küçük hem de daha büyük çaplı nitinol tel kullanarak orta boyutlu bir diyot6 ile etiketler de yaptık. Böcek boyutu ve gerekli algılama aralığı gibi farklı uygulamalar, diyot ve tel boyutlarının seçimini etkiler.
Bu protokolde kullanılan etiket tasarımı, böcekleri 15,16,17,18 izlemek için kullanılan diğerlerinden daha basittir. Yaygın olarak kullanılan bir tasarım, antende bir döngüye sahip olmak ve böylece diyot18,19 boyunca bir DC kısa devre oluşturmaktır. Antenlerinde halkalar bulunan etiketler, bu protokolde gösterildiği gibi, genellikle uzunlamasına değil, göğüs kafesine dikey olarak monte edilir. Dikey yönlendirme, böcek uçarken potansiyel olarak etiket ve alıcı-vericinin daha iyi hizalanmasına izin verir (çünkü böcekler genellikle baş aşağı veya bacakları yana doğru uçmazlar). Bununla birlikte, dikey etiket yönelimi, etiket kütlesinin merkezini böceğin kütle merkezinden uzaklaştırır, böylece denge ve uçuş yeteneği üzerinde potansiyel olarak daha büyük bir etkiye sahip olur.
Açıklayacak herhangi bir çıkar çatışmamız yok.
Kate Fairbanks ve James Snyder'a (Florida Tarım ve Tüketici Hizmetleri Departmanı), Nicholas Manoukis'e (USDA-ARS-PBARC), James Yoder'e (Doğu Mennonite Üniversitesi) ve Stefano De Faveri'ye (Queensland Tarım ve Balıkçılık Bakanlığı) bu protokolü gözden geçirdikleri için teşekkür ederiz.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Büyük montaj aparatı | https://www.thingiverse.com/thing:6784793 | ||
| Büyük tel jig | https://www.thingiverse.com/thing:6784784 | ||
| Nitinol Tel (Küçük) | Fort Wayne Metals (Fort Wayne, IN, ABD) | 17822174 | |
| RECCO R9 El Dedektörü | RECCO AB (Lidingo· &orta nokta; , İsveç) | Çalışma frekansları: Avrupa, 866.9 MHz (verici),1733.8 MHz (alma); ABD, 902.85 MHz (verici), 1805.7 MHz (alma) | |
| RF Schottky Diyot (Küçük) | MACOM Technology Solutions (Lowell, MA, ABD) | MA4E2501L-1290 | Richardson RFPD |
| Schottky Diyot (Büyük) | RECCO AB (Lidingo· &orta nokta; , İsveç) | ||
| Gümüş İletken Epoksi Yapıştırıcı | MG Kimyasalları | 12642-14 (Amazon: 8331D) | Amazon üzerinden satın alındı |
| Küçük montaj aparatı | https://www.thingiverse.com/thing:6784791 | ||
| Küçük tel jig | https://www.thingiverse.com/thing:6784775 | ||
| Süper Elastik Nitinol Tel (Büyük) | McMaster-Carr (Brookpark, Ohio, ABD) | 8320K31 | 0.003 "Çap x 30 Feet Uzun |
| Ted Pella Inc Gümüş İletken Epoksi | Termo Fisher Scientific (Waltham, MA, ABD) | ||
| UV Yapıştırıcı | Bondic (Niagara Şelalesi, NY, ABD) | Amazon ve/veya Bondic üzerinden çevrimiçi satın alındı (notaglue.com) |