Metody stosowane w badaniach ekologii owadów

1. Pułapki Barbera

1.1. Zasady działania pułapek Barbera

Jest to jedna z najprostszych i najczęściej stosowanych metod połowu owadów. Stosowana jest głównie w badaniach ekologii owadów epigeicznych, ale może być również wykorzystana do badania innych grup (Ranius i Hedin, 2001). Najprostszym modelem tego typu pułapki jest pojemnik, najczęściej plastikowy kubek, lejek lub słoik, wkopany w ziemię na głębokość równą jego wysokości. Jego wierzch powinien znajdować się równo na poziomie gruntu, gdyż powoduje to, że biegające po ziemi zwierzęta, wpadają do środka. Jeśli odłów polega na chwytaniu żywych osobników, pułapki mogą być puste w środku. W przypadku chwytania i uśmiercania owadów, stosuje się glikol lub inne płyny. Do zawartości dodaje się często środek zmniejszający napięcie powierzchniowe, najczęściej detergent. Pozwala to na uniknięcie ucieczki schwytanych okazów. Częstość sprawdzania pułapek zależy od typu eksperymentu (czas zbioru) i warunków pogodowych (głównie opady deszczu).

Pułapki mogą podlegać pewnym modyfikacjom, zarówno pod względem konstrukcji jak i zastosowania. Ma to najczęściej miejsce gdy badacz ma na celu chwytanie określonej grupy bezkręgowców. Wykorzystuje się wtedy ich specyficzne właściwości. Takim urozmaiceniem może być dodanie czynnika wabiącego np. feromonu lub padliny. Inną modyfikacją jest zmiana konstrukcji pozwalająca na przeprowadzenie badania określonego typu (np. mechaniczne pułapki chwytające owady w określonych przedziałach czasu).

1.2. Zalety pułapek Barbera

Pułapki Barbera mają wiele zalet. Przede wszystkim są tanie i łatwe w użyciu. Nie wymagają dużych nakładów czasu w celu ich rozstawienia, zebrania, opróżnienia i wymiany. Ma to niebagatelne znaczenie podczas szeroko zakrojonych badań terenowych. Dodatkową zaletą jest to, że chwyta się w nie bardzo dużo osobników, z bardzo wielu taksonów. Pozwala to na uzyskanie dużego zbioru danych do późniejszej analizy statystycznej. Są też najczęściej wykorzystywanymi pułapkami w badaniach terenowych. Pozwala to na łatwe porównywanie uzyskanych wyników z innymi, opartymi na tej samej metodzie zbioru materiału.

1.3. Wady pułapek Barbera

Niestety obok zalet metoda ta nie jest pozbawiona wielu, często dość poważnych, wad. Pierwszą z nich jest to, że nie uzyskuje się nigdy pełnego obrazu zgrupowania bezkręgowców na badanym obszarze. Związane jest to z tym, że wiele organizmów potrafi unikać pułapek. Niektóre osobniki, w przypadku schwytania, są w stanie uciec. W przypadku stosowania pułapek żywołownych, część zbioru może być tracona w wyniku działania chwytanych w nie drapieżników (np. duże chrząszcze z rodziny biegaczowatych – Carabidae). Badania dodatkowo utrudnia fakt, że wiele czynników zewnętrznych może wpływać bezpośrednio na otrzymywane wyniki. Pierwszym z nich są warunki klimatyczne. Przy niskiej temperaturze organizmy zmiennocieplne wykazują zmniejszony poziom metabolizmu. Zjawisko to ma bezpośredni związek z ich aktywnością ruchową. W takich warunkach uzyskane zagęszczenia bezkręgowców są niedoszacowane, a dodatkowo część taksonów może się w pułapkach nie pojawiać (np. ze względu na hibernację). Podobny efekt powstaje w wyniku działania wysokich temperatur. W tym wypadku organizmy mogą znajdować się w stanie diapauzy. Opady deszczu i wypełnianie pułapek przez wodę również stanowią poważny mankament tej metody.

Cechy indywidualne gatunków/osobników mogą mieć wpływ na ocenę ich liczebności. Gatunki preferujące specyficzne warunki bytowania np. źdźbła traw, kopiące pod ziemią itp. będą stosunkowo rzadko łowić się w pułapki naziemne. Stan fizjologiczny i płeć owada również może mieć duże znaczenie. U wielu drapieżników głód jest czynnikiem zwiększającym aktywność ruchową i mobilność owada. Częstsze przemieszczanie się i to na dalsze odległości, może zaowocować częstszym łowieniem się. W pułapki może się chwytać wiele migrujących osobników z terenów sąsiednich, trudno jest więc ocenić efektywną powierzchnię, z której zbierane są bezkręgowce. Podobny problem sprawia sytuacja, gdy występują różnice w aktywności samców i samic. W zależności od trybu życia, ich zagęszczenia mogą być przeszacowane lub niedoszacowane. Może to rzutować na uzyskaną z wyników strukturę płciową populacji. Sprawy komplikuje dodatkowy fakt, że na efektywność pułapek mogą mieć też wpływ same wpadające do nich bezkręgowce np. możliwość przyciągania osobników płci przeciwnej.

Wielkość pułapek, sposób ich rozmieszczenia, odległości między nimi oraz rodzaj środowiska w którym się znajdują, też może mieć niebagatelny wpływ na końcowe wyniki.

Ostatnim czynnikiem jest osoba badacza. Może wpływać na działanie pułapek przez ruch, światło, wstrząsy, które mogą przepłaszać faunę naziemną.

Części problemów można uniknąć przez modyfikację konstrukcji pułapki lub dobieranie odpowiednich warunków prowadzenia badania. Większości uniknąć się nie da i należy o tym pamiętać. Mimo wszystkich wad, zalety pułapek Brabera czynią je podstawowym i niezastąpionym narzędziem w pracy biologów terenowych.

1.4. Przykładowe zastosowania pułapek Barbera

Głównym zastosowaniem pułapek Barbera jest ocena składu gatunkowego organizmów epigeicznych, ich względnego zagęszczenia, biomasy oraz aktywności (dobowej jak i długookresowej). Oto kilka przykładowych prac wykorzystujących tę metodę.

Frampton wraz ze współpracownikami (2001), w swojej pracy dotyczącej zgrupowania skoczogonków, badał aktywność dobową tych zwierząt na obszarach rolniczych. Zastosował szereg pułapek, o częściowo zmodyfikowanej budowie (ze specjalnymi tulejami ułatwiającymi ich wymianę). Pozwoliło to ograniczyć wpływ badacza na zwierzęta. Obok nich stosował inne metody odłowu, nie opisywane w tym opracowaniu. Badacze wykazali zależność między temperaturą a łownością, dla jednego, wyraźnie dominującego gatunku. Pokazali też prawdopodobny wpływ zmian mikroklimatycznych na wertykalne przemieszczanie się osobników. Ich wyniki wskazały też wyraźnie dzienny tryb życia większości gatunków, mimo, że wcześniej wykazywane były jako zwierzęta nocne. Pokazali też szereg niedociągnięć zastosowanych metod odłowu: m. in. brak gatunków żyjących na roślinach i w powierzchniowej warstwie gleby.

W innej pracy, Holland i Smith (1999) badali skuteczność odłowu bezkręgowców za pomocą dwóch typów pułapek Barbera. Był to eksperyment typu MRR (Mark – Release – Recapture), polegający na ponownym odławianiu wcześniej oznaczonych osobników. Na trzech różnych polach uprawnych rozstawiono kilkadziesiąt pułapek (zwykłych i „ogrodzonych”). Odcięto je od otoczenia i wypuszczano na zamknięty obszar, różną ilość znakowanych chrząszczy z rodzin biegaczowatych (Carabidae) i kusakowatych (Staphylinidae). Wykazano niewielkie różnice między pułapkami. Części wyników (ogólna liczba i procent ponownie schwytanych owadów) wykazała jako lepsze zwykłe modele pułapek Barbera. W części (m. in. wyższy odłów Staphylinidae) wypadły lepiej pułapki zmodyfikowane. W ostateczniym rozrachunku wykazano dużą skuteczności tej metody w badaniach zagęszczeń epigeicznych bezkręgowców.

Traugott (2002) badał dyspersję drapieżnych larw omomiłków (Cantharidae). W eksperymencie typu MRR wykorzystał zwykłe modele pułapek. Wypuszczając i ponownie łapiąc oznaczone osobniki, wykazał zależność migracyjności od wielkości larw i charakteru ich trybu życia. Wskazał również preferencje środowiskowe badanych organizmów (gleba, wilgotność).

Inny eksperyment, przeprowadzony przez Ward’a i współpracowników (2001) polegał na badaniu wpływu odległości między pułapkami na skład gatunkowy i liczebności chwytanych zwierząt. Odległości wynosiły odpowiednio 1 m, 5 m i 10 m. Badacze wykazali największe bogactwo w najdalej od siebie odsuniętych pułapkach. Mogło być to spowodowane losowym rozmieszczeniem owadów w środowisku. Najmniejsze liczebności i liczbę gatunków uzyskano przy dużym zagęszczeniu pułapek. Mogło to być częściowo spowodowane wystąpieniem efektu przełowienia populacji.

Raworth i Choi (2001) badali wpływ szeregu czynników na aktywność chrząszczy z rodziny biegaczowatych. Eksperyment miał pokazać jak bardzo czynniki te wpływają na uzyskiwane wyniki przy połowach pułapkami Barbera. W warunkach laboratoryjnych mierzono wpływ temperatury i przegłodzenia na podejmowane przez owady ruchy i zmiany jego kierunku. W części terenowej eksperymentu, zastosowano metodę MRR. Obejmowała ona chwytanie oznaczonych wcześniej chrząszczy do pułapek znajdujących się w różnych odległościach od punktu ich wypuszczenia. Część wyników odbiegała od tych uzyskanych przez innych badaczy (część eksperymentów z aktywnością, przypuszczalny artefakt). Duża część zgadzała się z przewidywaniami (wpływ głodu i temperatury).

Hanula i in. (2002) badali chrząszcze saproksyliczne, głównie ryjkowce, pojawiające się na obszarach leśnych zniszczonych przez pożary. Wśród szeregu zastosowanych metod odłowu znalazły się również zmodyfikowane pułapki Barbera. Pozwoliły one na schwytanie znacznej liczby dorosłych okazów, przemieszczających się po ziemi.

Kočárek (2003) za pomocą odpowiednio zmodyfikowanych pułapek badał sukcesję chrząszczy trupożernych wraz z rozkładem padliny. Wykazał wyraźnie następujące po sobie zmiany w zespole nekrofagów, wraz z różnymi stadiami rozkładu mięsa.

Toews i in. (2003) prowadzili badania nad chrząszczem Cryptolestes ferrugineus (rodzina Laemophloeidae). Porównywali szereg typów pułapek, jak i zmiany w aktywności owadów, wraz ze zmianami temperatury. Wykazali powiązania dobowych oraz długofalowych zmian temperatury z biologią chrząszcza. Ich praca miała znaczenie praktyczne w poznaniu właściwości tego gatunku, będącego szkodnikiem magazynowym.

Inne podejście do tematu zaprezentowali Chapman i Armstrong (1997). Ich praca poświęcona jest śledzeniu dobowej aktywności bezkręgowców za pomocą zmechanizowanej pułapki Barbera. Dzięki pełnej samowystarczalności nie wymaga ona bezpośredniej ingerencji badacza przez dłuższy czas. Dzięki odpowiedniemu mechanizmowi, można pobierać próby w ściśle określonym odcinku czasu.

Podobny model zastosował Kočárek (2003) w badaniach dobowej aktywności owadów padlinożernych.

2. Telemetria

2.1. Założenia telemetrii

Techniki telemetryczne polegają na wykorzystaniu nośnika w postaci fal elektromagnetycznych, radiowych, dźwiękowych itp. do bezpośrednich obserwacji organizmów. Z czysto technicznego punktu widzenia polegają na transmisji informacji bezpośrednio od obiektu obserwacji (fotografia, zapis video), informacji odbitej od obiektu (mikrofale, fale dźwiękowe) lub emitowanych z urządzenia przymocowanego do zwierzęcia. Uzyskane dane są odbierane na detektorze i przetwarzane. Metody telemetryczne są metodami z założenia lepszymi, gdyż pozwalają na ciągłe śledzenie badanego obiektu, bez częstego ingerowania w jego zachowanie. Pozwalają na uzyskiwanie szeregu różnorodnych informacji. Najczęściej jest to lokalizacja organizmu w przestrzeni, ale może być to również jego stan fizjologiczny (temperatura, utrata wody itp.). Dotychczas ograniczeniem w tego typu badaniach były rozmiary sprzętu, zwłaszcza w radiotelemetrii wykorzystującej aktywne nadajniki. Dlatego większość prac polegających na wykorzystaniu tej techniki związana była z obserwacjami większych kręgowców. Wraz z rozwojem elektroniki rozmiary urządzeń stały się tak małe, że stało się możliwe mocowanie ich na bezkręgowcach. Niniejsza praca koncentruje się na metodach badań stawonogów. Wszystkie przedstawione niżej przykłady będą dotyczyć tej grupy zwierząt.

2.2. Nośnik informacji i przykłady zastosowania telemetrii

Światło widzialne jako nośnik informacji może być wykorzystywane w bardzo różnorodny sposób. Najczęściej stosowane do obserwacji są kamery, aparaty, systemy noktowizji. Dzięki odpowiedniemu sprzętowi i oprogramowaniu możliwe jest np. śledzenie ruchów owadów w terenie i lokowanie ich w przestrzeni 3D. Pozwala to na wykrywanie prawidłowości w zachowaniach zwierząt, zarówno w dzień jak i w nocy. Dzięki zbliżeniom i zastosowaniu specjalnych technik (proszki fluorescencyjne itp.) można obserwować jeszcze dokładniej różne aspekty behawioru bezkręgowców (np. mechanizm i kierunki ruchu owadów), jednak możliwe jest to głównie w warunkach laboratoryjnych. Również szereg urządzeń optycznych może znaleźć zastosowanie przy badaniach owadów. Przykładem mogą być aparaty fotograficzne i kamery sprzężone z wiązką podczerwieni. Urządzenia rejestrują obiekt w przypadku przecięcia przezeń wiązki. Badaniami tymi objęto szereg gatunków bezkręgowców (epigeicznych, społecznych błonkówek). Kolejną techniką obrazowania są zdjęcia satelitarne. Pozwalają one śledzić ruchy chmar szarańczy i motyli migrujących. Nie bez znaczenia jest też stosowane w rolnictwie wyszukiwanie miejsc i ocena skutków gradacji szkodników. Na mniejszą skalę, możliwe jest zastosowanie fotografii lotniczej. Jest to technika bardzo podobna do poprzedniej, pozwala jednak na uzyskanie znacznie większej rozdzielczości obrazu, ale ze znacznie mniejszej powierzchni. Fotografia lotnicza jest również stosowana w badaniach gradacji owadów.

Podczerwień obok wcześniejszego zastosowania (podobna technika w pracy Toews’a i współpracowników 2003) jest wykorzystywana w noktowizji i śledzeniu obiektów o temperaturze różnej od otoczenia. Niestety obraz uzyskany tą metodą charakteryzuje się małą rozdzielczością a sprzęt jest dość kosztowną inwestycją. Nie korzysta się więc z tej techniki w badaniach owadów. Znane przykłady zastosowania, to śledzenie termitów wewnątrz budynków. Jest to usługa świadczona przez firmy komercyjne.

Fale radiowe. Jest to najczęściej wykorzystywany nośnik informacji w badaniach kręgowców. Znalazł też zastosowanie do badań bezkręgowców. Wykorzystuje się pasywne i aktywne znaczniki/nadajniki. Te pierwsze są wzbudzane wiązką radiową, nie wymagają zasilania. Drugie same emitują sygnał, jednak są znacznie cięższe. Nie jest to bez znaczenia dla małych, zwłaszcza latających, zwierząt. Nadajnik potrafi stanowić znaczną część ich masy. Dodatkowym utrudnieniem jest fakt, że czas ich funkcjonowania jest ograniczony długością działania baterii. Dzięki tej technice zastosowanej przez Hedin’a i Ranius’a (2002) poznano możliwości dyspersji chrząszcza

Osmoderma eremita. Pozwala ona też na śledzenie ruchu karaczanów, dużych błonkówek i biegaczy jak np. w badaniach Charrier i współpracowników (1997).

Mikrofale. Pozwalają na badanie środowiska owadów (właściwości gleby i roślin żywicielskich). Planuje się wykorzystanie tej techniki w kontroli pojawiania się szarańczy.

Promienie Roentgena. Fotografie z zastosowaniem fal o dużej energii mogą być przydatne w badaniach owadów żyjących w drewnie, glebie i ziarnie. Możliwe jest również wykorzystanie rezonansu magnetycznego, jest to jednak bardzo droga technika.

Fale dźwiękowe. Są dość często wykorzystywane w badaniach owadów. Większość prac dotyczy wyszukiwania szkodników magazynowych. Możliwe jest też zastosowanie fal dźwiękowych w badaniach owadów w locie, a nawet ich identyfikacji. Często stosowane są też w wodzie, na zasadzie działania sonaru np. badanie aktywności dobowej larw Chaoborus.

Techniki telemetryczne otworzyły szerokie pole do nowych badań. Dzięki nim możliwa jest obserwacja wcześniej niedostępnych oku ludzkiemu aspektów życia owadów. Dzięki automatyzacji możliwy jest zbiór ogromnej liczby danych, z długiego odcinka czasu. Pozwala to na dokładniejsze i wierniejsze prawdzie opracowanie wyników.

Opracowanie i źródła informacji

Opracował Dariusz Kucharski 'Dark Raptor’ na podstawie:

Chapman, P. A., Armstrong, G., 1997: Design and use of a time-sorting pitfall trap for predatory arthropods. Agriculture, Ecosystems and Environment 65: 15-21.
Charrier, S., Petit, S., Burel, F., 1997: Movements of Abax parallelepipedus (Coleoptera, Carabidae) in woody habitats of a hedgerow network landscape: a radio-tracking study. Agriculture, Ecosystems and Environment 61: 133-144.
Frampton, G. K., Van den Brink, P. J., Wratten, S. D., 2001: Diel activity patterns in an arable collembolan community. Applied Soil Ecology 17: 63-80.
Hanula, J. L., Meeker, J. R., Miller, D. R., Barnard, E. L., 2002: Association of wildfire with tree health and number of pine bark beetles, reproduction weevils and their associates in Florida. Forest Ecology and Management 170: 233-247.
Hedin, J., Ranius, T., 2002: Using radio telemetry to study dispersal of the beetle Osmoderma eremita, an inhabitant of tree hollows. Computers and Electronics in Agriculture 35: 171-180.
Holland, J. M., Smith, S., 1999: Sampling epigeal arthropods: an evaluation of fenced pitfall traps using mark-release-recapture and comparisons to unfenced pitfall traps in arable crops. Entomologia Experimentalis et Applicata 91: 347-357.
Kočárek, P., 2003: Decomposition and Coleoptera succession on exposed carrion of small mammal in Opava, the Czech Republic. European Journal of Soil Biology 39: 31-45.
Raworth, D. A., 2001: Determining numbers of active carabid beetles per unit area from pitfall-trap data. Entomologia Experimentalis et Applicata 98: 95-108.
Ranius, T., Hedin, J., 2001: The dispersal rate of a beetle, Osmoderma eremita, living in tree hollows. Oecologia 126, 363-370.
Reynolds, D. R., Riley, J. R., 2002: Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: a survey of existing and potential techniques. Computers and Electronics in Agriculture 35: 271-307.
Toews, M. D., Phillips, T. W., Shuman, D., 2003: Electronic and manual monitoring of Cryptolestes ferrugineus (Coleoptera: Laemophloeidae) in stored wheat. Journal of Stored Products Research 39: 541-554.
Traugott, M., 2002: Dispersal power, home range and habitat preference of cantharid larvae (Coleoptera: Cantharidae) in arable land. European Journal of Soil Biology 38: 79-83.
Ward, D. F., New, T. R., Yen, A. L., 2001: Effects of pitfall trap spacing on the abundance, richness and composition of invertebrate catches. Journal of Insect Conservation 5: 47-53.

Liczba wyświetleń: 5785