Die Einnahme von Leuchtstofflampen, magnetische Nanopartikel für die Bestimmung der Fluid-Aufnahme Fähigkeiten bei Insekten
Summary
Flüssigkeit-Fütterung Insekten haben die Fähigkeit, kleinste Mengen von Flüssigkeiten aus porösen Oberflächen zu erwerben. Dieses Protokoll beschreibt eine Methode um die Fähigkeit der Insekten zu Verschlucken von Flüssigkeiten aus porösen Oberflächen mit Fütterung Lösungen mit Leuchtstofflampen, magnetische Nanopartikel direkt zu bestimmen.
Abstract
Flüssigkeit-Fütterung Insekten nehmen eine Vielzahl von Flüssigkeiten, die in der Umwelt als Pools, Filme, oder beschränkt sich auf kleine Poren. Studien von flüssigen Erwerb erfordern Beurteilung Mouthpart Struktur und Funktion Beziehungen; flüssige Aufnahme Mechanismen sind jedoch historisch aus der Beobachtung der strukturellen Architektur, manchmal ohne Begleitung mit experimentellen Beweis abgeleitet. Hier berichten wir über eine neuartige Methode zur Beurteilung der Fähigkeiten der Flüssigkeit-Aufnahme mit Schmetterlingen (Lepidoptera) und fliegen (Diptera) mit kleinen Mengen von Flüssigkeiten. Insekten werden mit 20 % Saccharose-Lösung gemischt mit Leuchtstofflampen, magnetische Nanopartikel aus Filterpapiere bestimmten Porengrößen gefüttert. Die Ernte (interne Struktur zum Speichern von Flüssigkeiten verwendet) ist das Insekt entnommen und auf einem confocal Mikroskop gelegt. Ein Magnet ist winkte, von der Ernte, das Vorhandensein von Nanopartikeln, zu bestimmen, die angeben, ob die Insekten Flüssigkeiten aufnehmen können. Diese Methode wird verwendet, um einen weit verbreiteten Fütterung Mechanismus (Kapillarwirkung und flüssigen Brückenbildung) aufzudecken, der möglicherweise unter Lepidoptera und Diptera geteilt wird, bei der Fütterung von porösen Oberflächen. Darüber hinaus können mit dieser Methode für Studien der Fütterung Mechanismen unter einer Vielzahl von Flüssigkeit-Fütterung Insekten, darunter diejenigen wichtig in einer Krankheitsübertragung und Biomimetik und möglicherweise andere Studien, die Nano-Mikro-Größe oder Leitungen beinhalten wo Flüssigkeitstransport erfordert Überprüfung.
Introduction
Viele Insektengruppen haben Mundwerkzeuge (Proboscises) geeignet für die Fütterung auf Flüssigkeiten, wie Nektar, faulenden Früchten, sap, fließt (z.B. Diptera1, Lepidoptera2, Hymenoptera3), Xylem (Hemiptera4), Tränen (Lepidoptera ( 5), und Blut (Phthiraptera6, besitzen7, Diptera7, Hemiptera8, Lepidoptera9). Die Fähigkeit der Insekten ernähren sich von Flüssigkeiten ist Krankheit Getriebe4,11, Biodiversification2,12, Studien und Ökosystem Gesundheit (z. B. Bestäubung10) konvergente Entwicklung13. Trotz der Vielzahl von Nahrungsquellen ist ein Thema unter einigen Insekten Fluid-Fütterung die Möglichkeit, kleine Mengen von Flüssigkeiten, zu erwerben, die auf Mikro-Nano-Größe oder Tropfen, Flüssigkeitsfilme oder porösen Oberflächen beschränkt werden könnte.
Angesichts der umfangreichen Vielfalt der Flüssigkeit-Fütterung Insekten (mehr als 20 % aller Tierarten14,15) und ihre Fähigkeit, auf einer Vielzahl von Nahrungsquellen ernähren, verstehen ihre Fütterung Verhaltensweisen und Mechanismen der Flüssigkeit-Aufnahme ist in vielen Bereichen wichtig. Insekt Mouthpart Funktionalität, hat zum Beispiel eine Rolle bei der Entwicklung von Biomimetic-Technologie, z.B., mikrofluidischen Geräte, die Aufgaben wie der Erwerb von geringen Mengen an Flüssigkeiten mit Methoden, die ähnlich wie die Beschäftigten können durch Insekten16. Ein grundlegendes Problem in den Studien der flüssige Aufnahme Mechanismen, jedoch ist bestimmen nicht nur, wie Insekten auf Flüssigkeiten ernähren, aber experimentelle Beweise, dass den Mechanismus unterstützt zu erwerben. Allein mit Verhalten (z. B. mit dem Rüssel12,17sondieren) als Indikator für die Fütterung unzureichend, ist weil es nicht die erfolgreiche Aufnahme von Flüssigkeiten bestätigen, noch es ein Mittel bietet, um die Route zu bestimmen, Flüssigkeiten zu reisen als Durchgang durch das Insekt. Darüber hinaus stellt die Durchführung von Experimenten mit kleinen Mengen an Flüssigkeiten besser natürliche Fütterung Szenarien, wo Flüssigkeiten eine begrenzende Ressource2,12sind.
X-ray Phase Kontrast Bildgebung mit der Monarchfalter (Danaus Plexippus L.) verwendet wurde, um zu beurteilen, wie Schmetterlinge auf kleine Mengen von Flüssigkeiten aus porösen Oberflächen12ernähren. Monarchfalter verwenden Kapillarwirkung über Leerzeichen zwischen kutikulären Projektionen (dorsale Legulae) entlang der Rüssel, um Flüssigkeiten beschränkt sich auf kleine Poren in den Lebensmittel-Kanal zu bringen. Die eingehenden Flüssigkeiten bilden einen Film auf der Nahrung Kanalwand, das wächst und bricht in eine flüssige Brücke durch Plateau Instabilität12,18, das dann durch Einwirkung der saugende Pumpe in den Kopf, der Schmetterling Darm transportiert wird. Obwohl Röntgenbildgebung Phase Kontrast ein optimales Werkzeug zur Visualisierung von Strömung innerhalb der Insekten12,19,20,21, die Technik ist nicht leicht zugänglich und ein bequemer Methode für schnelle Einschätzung eines Insekts Fähigkeit zur Aufnahme von Flüssigkeiten benötigt wird und schlucken sie.
Um festzustellen, ob die Fütterung Mechanismus für D. Plexippus anderer Lepidoptera und auch fliegen (Diptera) (beide Gruppen ernähren sich von Flüssigkeiten aus porösen Oberflächen), gilt Lehnert Et Al. 13 angewendet eine Technik für die Beurteilung eines Insekts Fähigkeit, ernähren sich von kleinen Mengen an Flüssigkeiten aus porösen Oberflächen, die hier ausführlich berichtet wird. Obwohl das Protokoll hier skizzierten für Studien, mit denen benetzt und porösen Oberflächen ist, kann die Methodik für andere Studien, wie die Adressierung Pool-Fütterung Mechanismen geändert werden. Darüber hinaus erweitern die Anwendungen in anderen Bereichen, einschließlich der Mikrofluidik und Muskelmodelle Technologie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Insekt Mouthpart Funktionalität ist historisch aus Studien von Brutto Morphologie abgeleitet (z. B.., Lepidoptera Rüssel Funktionalität im Zusammenhang mit einem trinken Stroh25,–26); jedoch haben neuere Studien, die experimentelle Beweise enthalten einen Paradigmenwechsel im Verständnis von der Komplexität der Insekten Mundwerkzeuge und Struktur-Funktions-Beziehungen-2,–12,-<sup …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF) Nein zu gewähren. IOS 1354956. Wir danken Dr. Andrew D. Warren (McGuire Mitte für Lepidoptera und Biodiversität, Florida Museum of Natural History, University of Florida) für die Erlaubnis zur Verwendung der Schmetterling Bilder.
Materials
| 20% sucrose solution | Domino Sugar | Sugar needed to produce the sucrose solution with dH2O | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P5493 | 10X concentration diluted to 1X in dH2O for insect dissections |
| Single depression concave slide | AmScope | BS-C6 | Slide is necessary for feeding stage setup |
| Filter paper | EMD Millipore | NY6004700 (60 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | NY4104700 (41 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | NY3004700 (30 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | NY2004700 (20 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | NY1104700 (11 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | TCTP04700 (10 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | TETP04700 (8 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | TMTP04700 (5 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Filter paper | EMD Millipore | RTTP04700 (1 µm) | Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding |
| Iris microdissecting scissors | Carolina Biological Supply Company | 623555 | Scissors used for dissections |
| Insect pins (#1) | Bioquip Products | 1208B1 | Pins used during dissections and feeding trials |
| Extra-fine point dissecting forceps | Carolina Biological Supply Company | 624684 | Dissecting equipment |
| Leica M205 C Stereoscope | Leica Microsystems | M205 C | Stereoscope used for dissections |
| Inverted confocal microscope | Olympus | IX81 | Fluorescent microscope used to detect magnetic nanoparticles |
| Fisherbrand PTFE Disposable Stir Bar | Fisherscientific | S68067 | Magnet used to detect nanoparticles |
| Kimtech Science Kimwipes | Kimberly-Clark Professional | 34155 | Tissues used to secure insects during feeding trials |
| House fly (Musca domestica) pupae | Mantisplace.com | insects for experiments | |
| Blue bottle fly (Calliphora vomitoria) pupae | Mantisplace.com | insects for experiments | |
| Cabbage butterfly (Pieris rapae) larvae | Carolina Biological Supply Company | 144102 | insects for experiments |
| Finnpipette F1 | ThermoFisher Scientific | 4641080N | micropipette for dispensing liquids |
| Finntip 250 pipette tips | ThermoFisher Scientific | 9400250 | micropipette tips |
| Microscope Glass cover slides (=coverslips) (24 x 24 mm) | AmScope | CS-S24-100 | coverslips for viewing the insect's crop on confocal microscope |
Referências
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