Tag, du är en insekt / entomologi

Om du upptäcker en fjäril som sträcker sig på en kvist, skuggar en skalbagge runt en trädstam eller en myr som marscherar längs marken, kanske du undrar vad det gör när du inte tittar. Var kom det ifrån och var är det på väg?

Forskare gör alla möjliga saker för att hacka sig in i att förstå det dagliga livet för individer och grupper över djurkonungarna - ofta genom att försöka ta tag på från ett avstånd. De skyddar GPS-kragen till elefanter, fastnar accelerometrar till mångeléer och outfitfåglar med satellitsändare eller färgkodade band. Dessa data kan vara ett fönster i en arts intervall, diet och beteende, vilket belyser till exempel om vilda katter i Australien avkänner det lokala vilda djuret eller i vilken grad smältande är svältande isbjörnar.

Bland dessa djur är insekter inte de mest villiga vetenskapliga samarbetarna. Små och kortlivade, de är inte riktigt byggda för att bära spårningsverktyg som vi kanske vill använda (förutsatt att vi kan hitta dem alls). För entomologer, ingenjörer och andra vetenskapsmän är det svårt att få en insektsvy. Märkning och spårning av insekter ger insikter i allt från massmigrationer till kolonibeteende till deras destruktiva aptit för träd och grödor. Här är tre exempel på hur forskare har försökt hitch rider med insekter och vad de lärde sig under vägen.

Monarkfjärilar

Monarkfjärilar håller sig inte kalla. När sommaren vänder sig till hösten slår fjärilarna på vägen. I USA och Kanada flyger de väster om Rocky Mountains till Kalifornien för att stanna i kustlundar. Öster om bergen leder de till Mexiko. Några av dessa insekter fladdrar mer än 3000 mil, och de återvänder till sina förfäder. Uppåt av en miljard monarker nedstigning på Mexiko montane skogar varje år. I reserven av El Rosario och Sierra Chincua, i Michoacán, täcker de grenarna av Abies religiosa, eller heliga granar, som orange-och-svart shag.

För att kartlägga fjärilarens rutter - och bestämma hur många som gör det till målgruppen - naturalister märker ofta dem snart efter att de kommer ut från deras chrysalides. Rondeau Provincial Park, i sydvästra Ontario, Kanada, värd en årlig taggfestival. Otaliga monarker lägger ägg där varje sommar, på mjölkväxter nära strand Erie. Varje höst gör naturister och volontärer sitt bästa för att fånga upp nästan 1 000 av dem, trycka på en klistermärke på var och en och skicka den på väg.

Märkning sker i sanddyner, myr och spridna trädgårdar, där fjärilar landar på rosigt Joe-Pye-gräs eller buskig, blåsande stjärna. "Eftersom [monarker] inte reser tillsammans i flockar som fåglar gör, är migreringen mer av ett konstant flöde genom vår park under en period på två eller tre månader", säger Caitlin Sparks, en högre tolk där. De kan inte nå de tätheter de gör i Mexiko, men Sparks säger, "de ropar samman i grupper på natten i grenarna av träd, vilket är en magisk syn."

Parken deltar i ett program som spetsas av Monarch Watch, ett projekt från University of Kansas. Programmets taggar är små - om diametern på suddgummi på en penna och lätt. När monarkerna nektar på blommor täcker volontärerna dem med koniska nät. Insekterna flyger instinktivt upp mot spetsen. Monarch Watch rekommenderar att den mänskliga taggaren sedan gingerly använder sin tumme och pekfinger att trycka en tagg på fjärilsvingen med den mittenformade skivcellen. Det ligger nära insektens tyngdpunkt, så det slänger inte dem. Varje tagg är markerad med en e-postadress, ett telefonnummer och en unik kod med tre bokstäver och tre nummer. Taggers använder ett kalkylblad för att logga in de fjärilar som de stöter på. Förhoppningen är att någon annan kommer att använda denna kod för att identifiera fjärilen på andra sidan resan.

Det tog år att komma fram till taggens enkelhet och placering. Först emulerade Monarch Watch en strategi från 1970-talet, där forskare gnidade vågar av vingarna för att göra ett utrymme för rektangulära etiketter att följa. När Chip Taylor, programmets regissör och en professor emeritus av ekologi vid University of Kansas, försökte detta tillvägagångssätt 1992, fann han att monarker blev försvunna. "För många vingar bröts i processen med att gnida vågorna, och då är dina fjärilar döda, eller hur?" Då försökte han en liten tagg på undersidan av hindringen. De kom med små flaskor lim, men frivilliga kunde inte räkna ut exakt hur mycket de skulle använda. (Det fanns rapporter om att fjärilar skulle klistra på gräset, trottoaren eller fingrarna.) Laget tog sig av den nuvarande inställningen 1997.

Monarch Watch samarbetar med lokala experter i Mexiko, men de uppgifter som de förvärvar tillsammans målar inte en komplett bild. Målet är att lokala bönder kommer att samla taggarna från fjärilar som rör sig genom bergen, och rädda dem tills Monarch Watch-teamen kommer att samla dem. (Monarch Watch betalar en $ 5-finners avgift för varje återställd tagg.) Förhållandet mellan taggar som återhämtade sig till de anbringade är fortfarande lågt. Av 1,4 miljoner som har anbringats till monarker under de senaste två decennierna, har laget endast data från ungefär 14 000.

Men arbetet fortsätter. "Vi vill lära oss något om migration, hela flödet och hur det varierar från år till år", säger Taylor. Övervakning av dessa dynamiker kan hjälpa forskare att förstå var fjärilarna kläcker och informera bevarandeinsatser i dessa livsmiljöer, som försvinner över det amerikanska mellanvästern. Det kan också belysa förhållandet mellan klimat och migration. I år, som har sett ett utslag av varmt väder över Midwest, säger Taylor, "migration är långt efter schemat."

Emerald Ash Borers

Dessa iriserande skalbaggar, infödda till Asien och annars känd som Agrilus planipennis, upptäcktes först i Amerika år 2002, när de kom upp i Michigan. Forskare misstänker att de hade hängt ett tag innan någon märkte - men när vi gjorde började sakerna försämras snabbt. Baforna har en smak för 16 arter av askträd och har blivit skulden för att förstöra miljontals av dem i 30 stater. Tecken på en angrepp inkluderar blöta extremiteter, ovanlig förgrening från stammen och djupa splittringar i barken. Forskare vet att på början av sommaren trycker bägarna sig ut ur hål som ser lite ut som kattögon.

Vad de gör nästa är vad Deborah McCullough ville räkna ut. En skogs entomolog vid Michigan State University's Natural Resources College, McCullough en gång uppfödde massor av dessa bägare och markerade dem med små dabs av giftfri färg. (Ett relaterat tillvägagångssätt, som fick en del dragkraft på 1960-talet, innebar markering av miljontals ökända växtskadegörare med spår av fluorescerande damm.)

McCulloughs arbete slog en stor snag. "När vi släppte dem så såg vi dem aldrig igen," säger hon. "Dessa skalbaggar är riktigt bra flygare och det finns inga bra attraktiva metoder eller metoder för att fånga dem." Resultatet? "Massor av tid och ansträngning-ingen data." McCullough känner till ett annat projekt som försökte liknande inställning med små sändartrådar. Den där stallade ut, säger hon, utan att någonsin göra det till det vilda. "Beetles är bara alltför små för att bära någonting runt", säger McCullough, "även om det bara är en liten bit tråd".

Det finns mycket mer att veta om bägarna går, och när och varför. Hittills, åtminstone, spårning tycks inte vara svaret. I ett försök att hysa bägarna i åtminstone, understryker US Department of Agriculture begränsar rörelsen av ved, eftersom de ofta angriper buntarna. Byrån rekommenderar att man köper lokalt ved och bränner hela högen.

termiter

Kirstin Petersen, nu ingenjör vid Cornell University, arbetar inom kollektivt förkroppsligad intelligens. Tanken är att skådespelare - i hennes fall, små robotar - kan ploga igenom uppgifter verkligen effektivt som en grupp när de samarbetar och svarar på sensorisk information. I insektsvärlden finns det en art som redan har det här hela. Så för några år sedan tänkte hon att hon bättre skulle ta en titt på termiterna.

Petersen hade redan gått djupt in i den befintliga litteraturen om termitbeteende, men hon hade inte sett en koloni i aktion, i närheten. Så tillbaka när hon var en doktorand sprang hon och hennes medarbetare en entomolog till Namibia, där de gågade på de höga, Seussiska högarna som termitkolonier bygger och sedan bestämde sig för hur man bäst kunde räkna ut vad som händer inne.

Laget ställde ut några fällor och förflyttade sedan insekterna till en petriskål. I labbet var termiterna lätta att se, men märkning av dem var en slog. Och termiterna, som brukar vara upptagna, tycktes vara slöja, något som lång tid behövde för att markera dem gjorde ännu värre. "Deras beteende försämras ju längre de är ifrån högen", säger Petersen.

Så laget kom ett sätt att spåra termiterna med hjälp av markeringar som de redan har. Med halvautomatiserad programvara fokuserade de på den ljusaste platsen på en insekts buk, och använde sedan det för att följa individens beteende. De riggade upp en kamera och mätte varje termits rörelse från en ram till en annan (med senare verifikation av människor). Detta tillvägagångssätt slashed på hands-on tid. Att märka dem manuellt skulle ha tagit veckor, säger Petersen. Programvaran fungerade i timmar. Också "vi skulle inte hantera trötta termiter", tillägger hon.

Petersen såg att det finns mycket variation i hur specifika termiter gick omkring sina dagar. "Några var upptäckare, och vissa var hembaserade och tog hand om underhåll," säger hon. Den typen av variation kan också konstrueras till robotkolonier. Säg att robotarna bygger en byggnad. Kanske skulle de ha nytta av att ha lite latitud för att göra sina saker och genomföra olika uppgifter på olika sätt. "Istället för att be dem bygga enligt en ritning, kan vi göra det som termiterna", säger Petersen, genom att ge dem breda parametrar, till exempel att ange att ett kök borde vara nära ett badrum, eller att trapporna hör till nära en hiss.

Med samarbetspartners på Cornell ser Petersen nu framåt och utvecklar en metod för märkning av honungsbi med värmesensorer för att kartlägga sin födande taktik. "Ingenjörer har mycket att lära av beteendebiologer", säger hon. "Och vad de lär sig av naturen."