Det övergripande målet för dessa förfaranden är att upprätta, upprätthålla och uppdatera Eristalis tenax captive invånare i en forskning miljö.
Med uppskattningsvis 6000 arter i hela världen är familjen blomflugor ekologiskt viktiga som alternativa pollinatörer för domesticerade honungsbin. Men är de också en användbar vetenskaplig modell för att studera rörelse vision och flight dynamics i kontrollerad laboratoriemiljö. Larverna utvecklas organiskt förorenat vatten, är de användbara modeller för att undersöka investeringar i mikrobiell immunitet. Storskaliga kommersiella avel för jordbruket redan uppstår, finns det inga standardiserade protokoll för att upprätthålla fångenskap populationer för vetenskapliga studier. Detta är viktigt som kommersiell uppfödning i fångenskap program med fokus på massa utgång under peak pollinering perioder kan misslyckas att ge en befolkning som är konsekvent, stabil och robust hela året, så behövs ofta andra forskningssyfte. Därför krävs en metod att etablera, underhålla och uppdatera en fångenskap forskning befolkning. Här beskriver vi ett utnyttjande av en konstgjorda dvala cykel, utöver krav som närings- och bostäder, för långsiktigt underhåll av Eristalis tenax. Med dessa metoder, har vi avsevärt ökat hälsa och livslängd av fångenskap populationer av E. tenax jämfört med tidigare rapporter. Vidare diskuterar vi småskalig uppfödning metoder och alternativ för att optimera avkastningen och manipulera befolkningen demografi.
Familjen blomflugor växer fram som användbara modeller för att undersöka en rad vetenskapliga frågor, inklusive flygning beteende1, neurala mekanismerna bakom motion vision2, pollinering effektivitet3,4, 5 , 6 och mikrobiell immunitet7. Men i motsats till vissa andra sorgmyggor modeller, såsom Drosophila8, finns det inga standardiserade protokoll för lab uppfödning av familjen blomflugor för användning i vetenskaplig forskning. Faktiskt, även om den aktuella litteraturen beskriver metoder för avel hoverfly Eristalis tenax, många av dessa är utvecklade för massa odling av familjen blomflugor för grödan pollinering, bio-nedbrytning av organiskt avfall eller anatomiska studier 9 , 10 , 11. de behandlar således inte behovet av ett enkelt protokoll som ger ett konsekvent leverans av friska robust familjen blomflugor, med bibehållande av befolkningen genetiska lämplighet.
Bin och humlor är familjen blomflugor en av de viktigaste vilda, generalist pollinerare grupper12,13. I området i närheten finns det ca 6000 hoverfly arter världen över14,15, med mer än 300 arter i 75 släkten i Sverige16 och mer än 300 arter i 69 släkten i Indien17,18,19. Till exempel finns den agriculturally viktigt marmelad hoverfly Episyrphus balteatus och drone flugan, Eristalis tenax, som vi fokuserar på här, över Europa, Amerika och Asien6,16, 17,18,19,20,21,22,23,24,25. Familjen blomflugor är inte lika aktiv under hela året, inte heller under hela dagen. Faktiskt påverka inte bara säsongen, och tiden av dagen, men också fluktuationer i ljusintensitet, temperatur, luftfuktighet och lindahastigheten, aktivitetsmönster av familjen blomflugor26,27. I fältet Eristalis kan hittas när som helst på året i Medelhavet klimat11, men antalet aktiva familjen blomflugor är mycket lägre på vintern. Omvänt i kalla tempererade klimat, Eristalis övervintra över vintern och finns inte aktivt beter sig i fältet från runt oktober fram till mars28.
Fritt flygande familjen blomflugor kan samlas in genom nettning i fältet. Faktiskt i tempererade klimat de finns i största överflöd i den mitten till sent på morgonen, på lugna soliga dagar, i slutet av sommaren och under hela hösten26,27. Alternativt, Mogen E. tenax larver, andra eller tredje instar, kan identifieras och skördas från ruttnande organiskt material, såsom gödsel högar eller organiskt förorenade vattendrag10,11. Faktiskt, publicerade tekniker för lab uppfödning av E. tenax baseras på att höja larver i organiskt förorenat vatten, antingen via någon form av vegetativt eller fecal materia9,10,29, 30 , 31 , 32 , 33. dock larverna samling begränsas av säsongen, och är bara ett livskraftigt samling verktyg från slutet av våren till början av hösten11. Dessutom påverkas överflödet av larver av lokala vädermönster, eftersom förändringar i omgivningstemperatur kan påverka både förekomsten av ovipositionen och larval development priser9,28.
Därför behövs strategier för att bibehålla friska bestånd i familjen blomflugor genom uppfödning larver och ägg inom laboratoriet för att säkerställa att experiment kan bedrivas året runt, oavsett säsong eller lokala väderförhållanden. Ännu viktigare, häckar den teknik som beskrivs här den familjen blomflugor från endast vilda-parad till honor. Detta är viktigt som en studie av Francuski, o.a. 10 hittade att den genetiska mångfalden av ett laboratorium som födde upp befolkningen i familjen blomflugor, ursprungligen etablerat från 120 mogna larverna, försvann snabbt. De föreslog därför att för att bevara genetiska mångfalden i kolonier som ska användas för kommersiell gröda pollinering, dessa måste fyllas på, eller även fullständigt återupprättade, med fältet insamlade individer varje våren-10.
När du arbetar på syn eller andra sinnen används i uppvaktning och parning, rekommenderar vi således upprätthålla genetisk mångfald, antingen genom att återupprätta kolonin eller genom påfyllning kolonin med fältet insamlade individer, regelbundet. Detta är viktigt eftersom sexuell selektion påverkar den genetisk drivan av befolkningen. Faktiskt, i de vilda, manliga familjen blomflugor måste identifiera och avlyssna lämplig kompisar, samt att konkurrera med andra hanar för parning rättigheter genom att försvara sina territorier34. Denna process säkerställer att hanar med bästa vision och spatial uppmärksamhet kommer sannolikt att vara den mest framgångsrika i parning, och därmed dessa egenskaper förs vidare till nästa generation. Effekten av dessa pågående processer, delvis framgår av förekomsten av sexuella dimorphisms i visuell väg av familjen blomflugor35,36. I fångenskap män inte har samma hinder för lyckad parning som i fältet: för det första, honorna är lätt tillgängliga, och dels små, trånga inneslutningen förnekar effekten av territoriella beteenden, som verkar för att avskräcka andra parning tillgång konkurrenskraftiga hanar. Experimentell avlägsnande av sexuellt urval i Drosophila melanogaster, har visat sig ha en betydande effekt på fångenskap populationer med en minskning av total kroppsstorlek, testiklarna storlek och spermier produktion37och reducerade priser av manliga uppvaktning beteenden38. Således kan en avel program, utan någon hänsyn till sexuell selektion, i fångenskap ha en stor inverkan på både de visuella och beteendevetenskapliga studier därefter.
Här beskriver vi en enkel och kostnadseffektiv lösning som ger ett konsekvent leverans av friska familjen blomflugor. Protokollet är flexibel och lätt att starta och/eller exklusiva, beroende på forskning.
Med våra tekniker (figur 1) har familjen blomflugor underhålls i laboratoriet för en period på över 1 år och framgångsrikt använts i beteende experiment efter 7 månader i fångenskap39. Faktiskt, även om det verkar bakvända, håller den familjen blomflugor i en mer naturlig miljö, under 12 h ljus: 12 h mörka förhållanden, vid rumstemperatur, väsentligt minskar deras livslängd till 2-3 månader. Att upprätthålla E. tenax i vår konstgjorda dvala cykel för över ett år är betydligt längre än tidigare försök med olika protokoll (77 dagar33, 4 månader9, 18 veckor30). Den viktigaste faktor som påverkar detta ökad livslängd är sannolikt användningen av konstgjorda dvala på 8-10 ° C. Genom cykliskt bryta vinterdvalan, tillåter varje 3-4 dagar (steg 2, figur 1), vi familjen blomflugor att både mata och själv groom, därmed upprätthålla den näringstillstånd och välbefinnande i den familjen blomflugor, vilket framgår av en observerad ökning i vikt ( Figur 4) och ingen förändring i rörelseaktivitet även efter långa perioder i fångenskap (figur 3och se39). Rapporter i litteraturen av misslyckade försök på konstgjorda dvala Bryt faktiskt inte övervintra cykeln, vilket leder till ökad dödlighet och förekomsten av mögel9.
Dessutom finns det vissa kontroverser i hela litteraturen när det gäller tillhandahållande av pollen som en näringskälla. Flera uppsatser konstatera att bee pollen är inte tillräckligt specifikt för ovipositionen, och endast torr eller verkligen färskt pollen tillhandahålls av lämplig9,29. Våra fynd visar att genom att komplettera bipollen med honung och vatten, ser vi både livslängd och ovipositionen, även efter långa perioder av fångenskap, med en ökning i vikt sett både könen (figur 4) och ovipositionen fortfarande förekommer i kvinnor efter mer än 5 månader i fångenskap39. Detta ökade livslängd tillåter oss att studera beteenden av familjen blomflugor i alla levnadsstadier.
I fältet kvinnliga familjen blomflugor är befruktade innan säsongens viloläge och förbli i reproduktiva diapause, där spermier lagras och oocyter förbli underutvecklade, tills våren28. Eftersom en typisk kvinnlig är kapabel att lägga 3000 ägg i 60 dagar29, uppfödning av dessa ägg är därför en snabb och effektiv sätt att öka vår fångenskap befolkning. Vår nuvarande förståelse av de faktorer som leder till äggcellen utveckling efter en period av viloläge är dock begränsade. Temperatur, luftfuktighet, ljusintensitet och näringstillstånd har alla föreslagits som spelar en roll i kontrollen av reproduktiva diapause28,40. Experimentell manipulation av sådana faktorer kan leda till en större ekonomisk styrning av ovipositionen timing och priser.
Likaså har vi framgångsrikt försenad utveckling av larver, samt eclosion av puppor, av lagring i mörker vid 8-10 ° C i 2 veckor, även om lönsamheten kan vara mycket längre. Faktiskt rapporterade läka30 en Pupp Spellängd ökning av upp till 37 dagar när Pupp temperaturen var minskade från 25 ° C till 10 ° C. Anställa dessa strategier och senarelägga produktionen av ägg och/eller utvecklingen av puppor skulle möjliggöra en större manipulation av demografin i fångenskap befolkningen.
Tidsmässiga samstämmigheten i utbudet är av mycket större betydelse för våra krav än stor avkastning, kan detta vara viktigare för andra användningsområden, till exempel pollinering i växthus. Vi fann att när du använder vår teknik med kanin avföring, vi fick 163 ± 34 eclosed familjen blomflugor från varje koppling av ägg (N = 3). Med tanke på att en typisk Honan lägger upp till 200 ägg40, skulle vi kunna öka denna avkastning genom antingen minskande överbeläggning och mat konkurrens, eller genom att justera temperaturen, eftersom dessa har varit inblandade som avsevärt påverkar larval tillväxt9 ,31,40,41. Det finns dock inget som tyder på att grunden för media påverkar i hög grad avkastningen32. I motsats till avföring från andra ryggradsdjur29,30,31,42, kanin avföring är dessutom relativt lukt gratis, så att kolonin hållas under normala laboratorieförhållanden utan behov av extra ventilation. Minskar tätheten av larver i media, eller lägga till näringsmässiga tillskott såsom jäst, samt att hålla en konstant temperatur mellan 20-25 ° C, är förmodligen tillräckligt för att fullt optimera avkastningen31,32, 40.
Praktiska för att samla in tillräckligt antal fritt flygande familjen blomflugor eller upprätthålla en genetiskt olika fångenskap befolkning, är både opraktiskt och tid restriktiva för småskaliga forskningsprojekt. Därför tillåter uppfödning avkomma till vilda Parade honor och komplettera leveranser genom att skörda mogna larverna7, de mest praktiska alternativen för året runt-bruk av E. tenax i forskning miljö. Eftersom dessa metoder är begränsade av årstiderna där samling kan uppstå, det finns ett behov för båda att säkerställa livslängden hos vuxna familjen blomflugor och uppfödning några ägg som fångat dräktiga honor.
The authors have nothing to disclose.
Forskningen i vårt labb finansieras för närvarande av det australiska forskningsrådet (ARC, DP170100008 och DP180100144), oss Air Force Office för vetenskaplig forskning (AFOSR, FA9550-15-1-0188) och Stiftelsen Olle Engkvist Byggmästare (2016/348). Vi tackar tidigare medlemmar i labbet som har bidragit till att utveckla hoverfly bestånd, Cederholms Lantbruk och C M & T L grön & Son för åtkomst till kodynga och familjen blomflugor på sina gårdar, och den Adelaide och Uppsala botaniska trädgården för samling tillstånd och löpande support.
Bee Pollen | Forest Super Foods | any brand of bee pollen is suitable | |
Honey | Bramwells | any brand of liquid honey is suitable | |
Rabbit Faeces | can be substituted with cow or pig manure made into a slurry | ||
BugDome | Australia Entomological Supplies | EM42222 | |
Plastic Bags | Woolworths Homebrand | ||
Mosquito netting | Clas Ohlson | 34-1113 | |
Cotton Balls | Woolworths Select | ||
Fridge | Hisense | fridge needs to maintain a stable 8-10°C | |
Buckets (2-3L) | |||
Large plastic tubs (30L) | |||
Wood shavings | Pollards Sawdust Supplies | MaxiFlake (75) | |
Bag clips | IKEA | Bevara 303.391.70 | |
Petri Dish (100mm x 20mm) | Corning | 430167 |