Tag, je bent een insect / entomologie

Als je een vlinder ziet uitsteken op een takje, een kever die rond een boomstam scheert, of een mier die over de grond marcheert, vraag je je misschien af wat hij doet als je niet kijkt. Waar komt het vandaan, en waar gaat het naartoe?

Wetenschappers doen allerlei dingen om ons een weg te banen in het begrijpen van het dagelijks leven voor individuen en groepen in de dierenrijken - vaak door van een afstand mee te taggen. Ze bevestigen GPS-halsbanden aan olifanten, bevestigen versnellingsmeters aan maangelei en kleuren vogels met satellietzenders of banden met kleurcodes. Deze gegevens kunnen een overzicht zijn van het bereik, het dieet en het gedrag van het soort, bijvoorbeeld of wilde katten in Australië de lokale fauna decimeren of de mate waarin smeltend ijs honger heeft in ijsberen.

Van deze dieren zijn insecten niet de meest gewillige wetenschappelijke medewerkers. Ze zijn klein en van korte duur en zijn niet echt gebouwd om tracking-tools te bevatten die we misschien willen gebruiken (ervan uitgaande dat we ze allemaal kunnen vinden). Voor entomologen, ingenieurs en andere wetenschappers is het krijgen van een insectenoog het moeite waard. Het taggen en volgen van insecten biedt inzicht in alles, van massale migraties tot kolonie gedrag en hun destructieve begeerten voor bomen en gewassen. Hier zijn drie voorbeelden van hoe onderzoekers hebben geprobeerd om ritten met insecten te koppelen, en wat ze onderweg leerden.

Monarch vlinders

Monarchvlinders blijven niet koud. Als de zomer in de herfst verandert, gaan de vlinders de weg op. In de Verenigde Staten en Canada vliegen die ten westen van de Rocky Mountains naar Californië, om te rusten in kustbossen. Ten oosten van de bergen trekken ze naar Mexico. Sommige van deze insecten fladderen meer dan 3000 kilometer en keren terug naar de rustplaatsen van hun voorouders. Elk jaar dalen meer dan een miljard monarchen af naar de bergachtige bossen van Mexico. In de reservaten van El Rosario en Sierra Chincua, in Michoacán, bedekken ze de takken van Abies religiosa, of heilige sparren, zoals oranje en zwarte shag.

Om de vlindersroutes in kaart te brengen - en te bepalen hoeveel de finish halen - labelen naturalisten ze vaak kort nadat ze uit hun chrysalides komen. Rondeau Provincial Park, in het zuidwesten van Ontario, Canada, organiseert een jaarlijks taggingfestival. Talloze vorsten leggen er elke zomer eieren, op kroontjeskruid planten dicht bij de oever van Lake Erie. Elke herfst doen naturalisten en vrijwilligers hun best om bijna 1.000 van hen te onderscheppen, een sticker op elke sticker te drukken en deze onderweg te verzenden.

Tagging vindt plaats in zandduinen, moeras en verspreide tuinen, waar vlinders terechtkomen op roseachtige Joe-Pye-wiet of bossige laaiende ster. "Aangezien [monarchen] niet samen reizen in kuddes zoals vogels doen, is de migratie meer een constante stroom door ons park gedurende de tijdsbestek van twee of drie maanden", zegt Caitlin Sparks, een senior tolk daar. Ze bereiken misschien niet de dichtheid die ze in Mexico hebben, maar Sparks zegt: "Ze zitten 's nachts samen in groepen in de takken van bomen, wat een magische aanblik is."

Het park neemt deel aan een programma onder leiding van Monarch Watch, een project van de Universiteit van Kansas. De tags van het programma zijn klein - ongeveer de diameter van de gum op een potlood - en lichtgewicht. Wanneer de vorsten nectargen op bloemen, dekken vrijwilligers ze af met conische netten. De insecten vliegen instinctief omhoog naar de punt. Monarch Watch beveelt aan dat de menselijke tagger dan behoedzaam haar duim en wijsvinger gebruikt om een label op de wantvormige schijf van de vlindersvleugel te drukken. Dit ligt dicht bij het zwaartepunt van het insect, dus het werpt ze niet af. Elke tag is gemarkeerd met een e-mailadres, een telefoonnummer en een unieke code van drie letters en drie cijfers. Taggers gebruiken een spreadsheet om de vlinders die ze tegenkomen te loggen. De hoop is dat iemand anders deze code zal gebruiken om de vlinder aan de andere kant van de reis te identificeren.

Het duurde jaren om te komen tot de eenvoud en plaatsing van de tag. Aanvankelijk emuleerde Monarch Watch een strategie uit de jaren 1970, waarin onderzoekers schalen van de vleugels wreven om ruimte te maken voor rechthoekige labels om zich te hechten. Toen Chip Taylor, de directeur van het programma en een professor emeritus van ecologie aan de Universiteit van Kansas, deze aanpak probeerde in 1992, ontdekte hij dat vorsten werden verminkt. "Er zijn te veel vleugels gebroken tijdens het wrijven over de schubben, en dan zijn je vlinders dood, toch?" Vervolgens probeerde hij een klein label aan de onderkant van de achterhand. Die kwamen met kleine flesjes lijm, maar vrijwilligers konden er niet achter komen hoeveel ze precies moesten gebruiken. (Er waren meldingen dat vlinders aan het gras, het trottoir of de vingers kleefden.) Het team vestigde zich in 1997 op de huidige aanpak.

Monarch Watch werkt samen met lokale experts in Mexico, maar de gegevens die ze samen verzamelen, geven geen volledig beeld. Het doel is dat lokale boeren de tags van vlinders verzamelen die zich door de bergen verplaatsen en deze opslaan totdat Monarch Watch-teams aankomen om ze te verzamelen. (Monarch Watch betaalt een vergoeding van $ 5 voor elke herstelde tag.) De verhouding tussen gevonden tags en de aangebrachte tags is nog steeds laag. Van de 1,4 miljoen die de laatste twee decennia aan monarchen zijn toegevoegd, heeft het team alleen gegevens van ongeveer 14.000.

Maar het werk gaat door. "We willen iets leren over migratie, de hele stroom, en hoe het varieert van jaar tot jaar," zegt Taylor. Het monitoren van deze dynamiek kan onderzoekers helpen te begrijpen waar de vlinders uitkomen en informeert inspanningen voor instandhouding in die habitats, die verdwijnen in het Amerikaanse Midwesten. Het zou ook de relatie tussen klimaat en migratie kunnen verhelderen. Dit jaar, dat een uitslag van warm weer in het Midwesten heeft gezien, zegt Taylor: "migratie loopt ver achter op schema."

Emerald Ash Borers

Deze iriserende kevers, afkomstig uit Azië en ook wel bekend als Agrilus planipennis, werden voor het eerst ontdekt in Amerika in 2002, toen ze in Michigan verschenen. Onderzoekers vermoeden dat ze al een tijdje rondhingen voordat iemand het zag - maar toen we dat deden, begon het snel te verslechteren. De kevers hebben zin in 16 soorten essen en hebben de schuld gekregen voor de vernietiging van miljoenen van hen in 30 staten. Tekenen van een besmetting omvatten ontblote ledematen, ongebruikelijke aftakkingen van de stam en diepe spleten in de schors. Onderzoekers weten dat in de vroege zomer de kevers zich een weg banen uit gaten die een beetje lijken op kattenogen.

Wat ze vervolgens doen, is wat Deborah McCullough wilde bedenken. Een bosentomoloog aan het University of Natural Resources in Michigan State University, McCullough heeft ooit veel van deze kevers grootgebracht en ze gemarkeerd met kleine klodders niet-giftige verf. (Eén gerelateerde aanpak, die in de jaren zestig enige tractie kreeg, betrof het markeren van miljoenen beruchte ongedierte met sporen van fluorescerend stof.)

McCullough's werk raakte een groot probleem. "Toen we ze eenmaal vrijgaven, hebben we ze nooit meer gezien", zegt ze. "Die kevers zijn echt goede vliegers en er zijn geen goede attractanten of methoden om ze te vangen." Het resultaat? "Veel tijd en moeite - geen gegevens." McCullough weet van een ander project dat een vergelijkbare aanpak probeerde met minuscule transmitterdraden. Die is ook tot stilstand gekomen, zegt ze, zonder ooit in het wild te komen. "Kevers zijn gewoon veel te klein om iets rond te dragen," zegt McCullough, "zelfs als het maar een klein stukje draad is."

Er is nog veel meer te leren over waar de kevers naartoe gaan, en wanneer, en waarom. Tot nu toe lijkt tracking in elk geval niet het antwoord. In een poging om de kevers te omhullen, benadrukt het Amerikaanse ministerie van landbouw ten minste het verplaatsen van brandhout, omdat ze de bundels vaak teisteren. Het bureau raadt aan lokaal brandhout te kopen en de hele stapel te verbranden.

termieten

Kirstin Petersen, nu ingenieur aan de Cornell University, werkt op het gebied van collectieve, belichaamde intelligentie. Het idee is dat acteurs - in dit geval kleine robots - als groep heel efficiënt taken kunnen doorploegen wanneer ze samenwerken en reageren op sensorische informatie. In de insectenwereld is er een soort die dit hele gedoe al heeft. Dus een paar jaar geleden dacht ze dat ze de termieten beter kon bekijken.

Petersen was al diep ingegaan in de bestaande literatuur over termietgedrag, maar ze had geen kolonie in actie gezien, van dichtbij. Dus, toen ze nog een afgestudeerde student was, volgden zij en haar medewerkers een entomoloog naar Namibië, waar ze naar de torenhoge, Seussiaanse terpen die de termietenkolonies bouwden, keken en vervolgens moesten beslissen hoe ze het best konden achterhalen wat er binnen gebeurde.

Het team zette wat vallen uit en verplaatste de insecten vervolgens naar een petrischaaltje. In het lab waren de termieten gemakkelijk genoeg om te zien, maar het markeren ervan was een slog. En de termieten, die gewend zijn om druk bezig te zijn, leken lusteloos, iets dat de lange tijd die ze nodig hadden om ze te markeren nog erger te maken. "Hun gedrag verslechtert, hoe langer ze weg zijn van de heuvel," zegt Petersen.

Dus het team bedacht een manier om de termieten te volgen met behulp van tekens die ze al hebben. Met semi-automatische software concentreerden ze zich op de helderste plek op de buik van een insect en gebruikten die vervolgens om het gedrag van het individu te volgen. Ze monteerden een camera boven het hoofd en maten de bewegingen van elke termiet van het ene frame naar het andere (met latere verificatie door mensen). Deze aanpak bezuinigde de hands-on tijd. Het manueel markeren zou weken hebben geduurd, zegt Petersen. De software werkte het in uren uit. Ook, "we zouden niet te maken hebben met vermoeide termieten," voegt ze eraan toe.

Petersen zag dat er veel variatie is in hoe specifieke termieten hun dagen deden. "Sommige waren ontdekkingsreizigers, en sommigen waren thuisgebaseerd en zorgden voor het onderhoud," zegt ze. Dat soort variatie kan ook worden omgezet in robotkolonies. Stel dat de robots een gebouw bouwen. Misschien profiteren ze van een beetje vrijheid om hun ding te doen en verschillende taken op verschillende manieren uit te voeren. "In plaats van ze te vragen om te bouwen volgens een blauwdruk, kunnen we het doen zoals de termieten," zegt Petersen, door ze brede parameters te geven, zoals bijvoorbeeld dat een keuken dicht bij een badkamer moet staan, of dat trappen in de buurt van een lift.

Met medewerkers bij Cornell kijkt Petersen nu naar de hemel en ontwikkelt ze een methode om honingbijen te taggen met thermische sensoren om hun foeragetechnieken in kaart te brengen. "Ingenieurs hebben veel te leren van gedragsbiologen," zegt ze. "En wat ze leren van de natuur."