Een 3D-geprinte pollenval voor hommel(Bombus)bijenkorfingangen
Summary
We presenteren een niet-dodelijk en geautomatiseerd mechanisme om stuifmeel te verzamelen van hommel(Bombus)werknemers die terugkeren naar een bijenkorf. Instructies voor het produceren, voorbereiden, installeren en gebruiken van de apparaten zijn inbegrepen. Door gebruik te maken van 3D-geprinte objecten was de aanpassing aan het ontwerp tijdig, efficiënt en zorgde voor een snelle doorlooptijd voor het testen.
Abstract
Om de plantaardige bronnen te verifiëren waaruit hommels naar stuifmeel zoeken, moeten individuen worden verzameld om hun corbiculaire stuifmeelbelastingen te verwijderen voor analyse. Dit wordt traditioneel gedaan door foerageerders bij nestingangen of op bloemen te netten, de bijen op ijs te koelen en vervolgens de stuifmeelladingen van de corbiculae te verwijderen met een tang of een borstel. Deze methode is tijd- en arbeidsintensief, kan het normale foerageergedrag veranderen en kan leiden tot stekende incidenten voor de werknemer die de taak uitvoert. Stuifmeelvallen, zoals die worden gebruikt op honingbijenkorven, verzamelen stuifmeel door corbiculaire stuifmeelladingen van de benen van werknemers te verwijderen terwijl ze door schermen bij de ingang van het nest gaan. Vallen kunnen een grote hoeveelheid stuifmeel van terugkerende foerageerbijen verwijderen met minimale arbeid, maar tot op heden is een dergelijke val niet beschikbaar voor gebruik met hommelkolonies. Werknemers binnen een hommelkolonie kunnen in grootte variëren, waardoor de groottekeuze van ingangen moeilijk is om dit mechanisme aan te passen aan commercieel gefokte hommelkasten. Met behulp van 3D-printontwerpprogramma’s hebben we een pollenval gemaakt die met succes de corbiculaire stuifmeelbelastingen van de poten van terugkerende hommels verwijdert. Deze methode vermindert aanzienlijk de hoeveelheid tijd die onderzoekers nodig hebben om stuifmeel te verzamelen van hommels die terugkeren naar de kolonie. We presenteren het ontwerp, de resultaten van de efficiëntietests voor het verwijderen van stuifmeel en stellen gebieden van modificatie voor onderzoekers voor om vallen aan te passen aan een verscheidenheid aan hommelsoorten of nestkastontwerpen.
Introduction
Hommels(Bombus spp.) zijn grote robuuste insecten die te vinden zijn in de gematigde, alpiene en arctische gebieden van de wereld1. Ze zijn belangrijk voor plantengemeenschappen en bieden een belangrijke bestuivingsdienst voor de landbouwgewassen die ze bezoeken2. Recente dalingen in de overvloed en verspreiding van verschillende soorten heeft hun belang als bestuivers op de voorgrond van het publieke bewustzijn gebracht3. Onderzoekers hebben verschillende stressoren geïdentificeerd die waarschijnlijk bijdragen aan de afname van de populatie, waaronder een gebrek aan diverse en overvloedige bloemenbronnen waarop hommels voederen4. Door te identificeren van welke plantensoorten hommels voederen, kunnen onderzoekers en landbeheerders begrijpen hoe hommels kunnen reageren op veranderingen in beschikbaarheid van hulpbronnen, concurrentie en antropogene verstoringen5,6.
Studies die de pollen foerageervoorkeuren van hommels onderzoeken, worden vaak uitgevoerd door onderzoekers die individuele bijen vangen die foerageren bij bloemen en vervolgens de corbiculaire stuifmeelbelastingen van specimens verwijderen voor verdere verwerking en identificatie7,8,9,10. Hoewel deze methode inzicht geeft in hoe een soort of een verzameling hommelsoorten de hulpbronnen in een gebiedgebruikt 7, is het tijdsintensief en kunnen potentiële verschillen in voorkeuren tussen bijenkorven niet worden onderscheiden zonder aanvullende moleculaire analyses om de kolonie van oorsprong van de foeragerende bij te identificeren11.
Voor sommige studies van foerageerdynamiek is het gewenst om de studies uit te voeren bij individuele kolonies; wilde hommelnesten bevinden zich echter over het algemeen ondergronds of op de begane grond, waardoor ze moeilijk te lokaliseren zijn12. Commercieel geproduceerde hommelkasten bieden onderzoekers meer toegang en betere experimentele controle en de verwijdering van stuifmeel van werknemers wordt nog steeds voornamelijk uitgevoerd door foerageerders te vangen als ze terugkeren naar de korf en handmatig hun corbicular pollenbelastingen te verwijderen13,14. Het met de hand verwijderen van stuifmeel uit de corbicula van een bij is tijdsintensief met een lage uuropbrengst van stuifmeel, vooral bij bijenkolonten waar de snelheid van terugkerende stuifmeel foerageerders laag kan zijn. Bovendien kan het handmatig verwijderen van stuifmeel van bijen leiden tot steken van gestoorde werknemers.
Stuifmeelvallen worden al tientallen jaren gebruikt voor experimentele verwijdering van stuifmeel van honingbijen15; toch is er geen passieve methode ontwikkeld voor het verwijderen van stuifmeel van hommels. Het belangrijkste obstakel bij het ontwikkelen van een mechanisme om stuifmeel te verwijderen van terugkerende foerageerhommels is de grote variatie in werkneemgroottes die bestaan in een hommelkolonie16. Stuifmeelvallen van honingbijen zijn vooral effectief omdat de grootte van de honingbijenarbeider niet veel varieert. Bovendien vereisen deze vallen slechts kleine manipulaties na installatie en hoeven bijen niet te worden opgeofferd17. Dit wordt bereikt met behulp van schermen of plastic oppervlakken die het stuifmeel van de achterpoten van werknemers verwijderen wanneer ze terugkeren naar de korf. Deze vallen verwijderen slechts een deel van de stuifmeelladingen van terugkerende foerageerders en de verschillende ontwerpen daarvan resulteren in gevarieerde efficiënties bij het verzamelen van pollen. Als het stuifmeel uit de bijenpoten wordt verwijderd, valt het door een scherm en in een verzamelbassin waartoe de bijen geen toegang hebben, zodat de onderzoeker het met slechts een kleine verstoring van de korf kan verwijderen.
Het doel van deze studie is om de technieken die worden gebruikt voor het verzamelen van stuifmeel van honingbijenkorven aan te passen en toe te passen op hommelnesten met behulp van 3D-geprinte structuren en de valontwerpen te testen op kolonies bombus huntii. Het ontwerpproces volgde de aannames dat de vallen goedkoop te produceren moesten zijn, aanpasbaar aan een verscheidenheid aan hommelsoorten, minimale schade of verstoring aan de bijen moesten veroorzaken en dat de snelheid van stuifmeelverwijdering de handverzameling van stuifmeel zou moeten overschrijden. Driedimensionale printtechnologie is veelzijdig, gemakkelijk toegankelijk en een kosteneffectief hulpmiddel waarmee onderzoekers objecten voor specifieke doeleinden kunnen repliceren en wijzigen18. De hier gepresenteerde techniek instrueert de gebruiker om stuifmeelvallen te bouwen en deze op commercieel verkrijgbare hommelkolonies te bevestigen. De vallen zijn niet ontworpen voor gebruik met wilde kolonies. Deze vallen verwijderen passief de corbiculaire stuifmeelladingen van de achterpoten van stuifmeeldragende hommels als ze terugkeren naar hun nestkasten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het verzamelen van stuifmeel van ingangen van hommelkolonieën kan een verscheidenheid aan ecologische en agrarische studies mogelijk maken. Het identificeren van de bloemenbronnen waaruit hommels stuifmeel verzamelen, biedt waardevolle informatie en inzicht in de diversiteit van planten die bijdragen aan het algehele dieet van een kolonie19. Het identificeren van de stuifmeelbron heeft implicaties voor zowel de landbouwproductie als studies van ecosysteemdiensten in wilde gebieden<sup class="xref…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We bedanken Colby Carpenter en Spencer Mathias voor hun hulp bij het ontwerpen van 3D-printen. We danken Ellen Klinger voor haar hulp bij het produceren van de fotografische figuren en Jonathan B. Koch voor de hulp bij revisies. Financiering werd verstrekt door de USDA-ARS-Pollinating Insect Biology, Management, and Systematics Research Unit.
Materials
| MakerBot Replicator+ | MakerBot | Model PABH65 | |
| MakerBot Tough Material | PLA Filament | various colors | |
| Nest Box | Biobest | Not sold publicly without bee purchase |
Riferimenti
- Michener, C. D. . The bees of the world. , (2000).
- Corbet, S. A., Williams, I. H., Osborne, J. L. Bees and the pollination of crops and wild flowers in the European Community. Bee world. 72 (2), 47-59 (1991).
- Cameron, S. A., et al. Patterns of widespread decline in North American bumble bees. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (2), 662-667 (2011).
- Goulson, D., Nicholls, E., Botías, C., Rotheray, E. L. Bee declines driven by combined stress from parasites, pesticides, and lack of flowers. Science. 347 (6229), 1255957 (2015).
- Jha, S., Stefanovich, L. E. V., Kremen, C. Bumble bee pollen use and preference across spatial scales in human-altered landscapes. Ecological Entomology. 38 (6), 570-579 (2013).
- Thomson, D. Competitive interactions between the invasive European honey bee and native bumble bees. Ecology. 85 (2), 458-470 (2004).
- Kleijn, D., Raemakers, I. A retrospective analysis of pollen host plant use by stable and declining bumble bee species. Ecology. 89 (7), 1811-1823 (2008).
- Harmon-Threatt, N. H., Kremen, C. Bumble bees selectively use native and exotic species to maintain nutritional intake across highly variable and invaded floral resource pools. Ecological Entomology. 40, 471-478 (2015).
- Harmon-Threatt, N. H., Valpine, P., Kremen, C. Estimating resource preferences of a native bumblebee: the effects of availability and use-availability models on preference estimates. Oikos. , (2016).
- Martin, A. P., Carreck, N. M. L., Swain, J. L., Goulson, D. A modular system for trapping and mass-marking bumblebees: applications for studying food choice and foraging range. Apidologie. 37, (2006).
- Saifuddin, M., Jha, S. Colony-level variation in pollen collection and foraging preferences among wild-caught bumble bees. (Hymenoptera: Apidae). Environmental Entomology. 42 (2), 393-401 (2014).
- Heinrich, B. . Bumblebee Economics. , (2004).
- Leonhart, S. D., Bluthgen, N. The same, but different: pollen foraging in honeybee and bumblebee colonies. Apidologie. 43, (2012).
- Kriesell, L., Hilpert, A., Leonhardt, S. D. Different but the same: bumblebee species collect pollen of different plant sources but similar amino acid profiles. Apidologie. 48, 102-116 (2017).
- Al-Tikrity, W. S., Benton, A. W., Hillman, R. C., Clarke, W. W. The relationship between the amount of unsealed brood in honeybee colonies and their pollen collection. Journal of Apicultural Research. 11 (1), 9-12 (1972).
- Spaethe, J., Weidenmüller, A. Size variation and foraging rate in bumblebees (Bombus terrestris). Insectes Sociaux. 49 (2), 142-146 (2002).
- Goodwin, R. M., Perry, J. H. Use of pollen traps to investigate the foraging behaviour of honey bee colonies in kiwifruit. New Zealand Journal of Crop and Horticulture Science. 20 (1), 23-26 (1992).
- Chua, C. K., Leong, K. F. . 3D PRINTING AND ADDITIVE MANUFACTURING: Principles and Applications (with Companion Media Pack) of Rapid Prototyping. , (2014).
- Kearns, C. A., Inouye, D. W. . Techniques for Pollination Biologists. , (1993).
- Velthuis, H. H., van Doorn, A. A century of advances in bumblebee domestication and the economic and environmental aspects of its commercialization for pollination. Apidologie. 37 (4), 421-451 (2006).
- Moisan-Deserres, J., Girard, M., Chagnon, M., Fournier, V. Pollen loads and specificity of native pollinators of lowbush blueberry. Journal of Economic Entomology. 107 (3), 1156-1162 (2014).
- Medler, J. T. A nest of Bombus huntii Greene (Hymenoptera: Apidae). Entomological News. 70, 179-182 (1959).
- Husband, R. W. Observation on colony of bumblebee species (Bombus spp). Great Lakes Entomologist. 10, 83-85 (1977).
- Buttermore, R. E. Observations of successful Bombus terrestris (L), (Hymenoptera: Apidae) colonies in Southern Tasmania. Australian Journal of Entomology. 36, 251-254 (1997).
- Goulson, D., Peat, J., Stout, J. C., Tucker, J., Darvill, B. Can alloethism in workers of the bumblebee, Bombus terrestris, be explained in terms of foraging efficiency. Animal Behaviour. 64 (1), 123-130 (2002).
- Couvillon, M. J., Jandt, J. M., Duong, N. H. I., Dornhaus, A. Ontogeny of worker body size distribution in bumble bee (Bombus impatiens) colonies. Ecological Entomology. 35 (4), 424-435 (2010).
- Russell, A. L., Morrison, S. J., Moschonas, E. H., Papaj, D. R. Patterns of pollen and nectar foraging specialization by bumblebees over multiple timescales using RFID. Scientific Reports. 7 (1), 1-13 (2017).
- Hagbery, J., Nieh, J. C. Individual lifetime pollen and nectar foraging preferences in bumble bees. Naturwissenschaften. 99 (10), 821-832 (2012).
- Baur, A., Strange, J. P., Koch, J. B. Foraging economics of the Hunt bumble bee, a viable pollinator for commercial agriculture. Environmental Entomology. 48 (4), 799-806 (2019).
- Winter, K., et al. Importation of non-native bumble bees into North America: potential consequences of using Bombus terrestris and other non-native bumble bees for greenhouse crop pollination in Canada, Mexico, and the United States. San Francisco. 33, (2006).
- Ruz, L., Herrera, R. Preliminary observations on foraging activities of Bombus dahlbomii and Bombus terrestris (Hym: Apidae) on native and non-native vegetation in Chile. Acta Horticulturae. 561, 165-169 (2001).
