Parte a colecției Curriculum pentru Young Naturalist Awards.

studiu

Într-o zi călduroasă de vară acum cinci ani, eu și prietenul meu am plecat într-o expediție. Ne-am prefăcut că suntem nativi americani adunând provizii pentru a le aduce înapoi tiparului nostru. Nu au apărut nuci sau fructe de pădure la vedere, așa că a trebuit să ne mulțumim cu „ceapă”. Totuși, acestea nu erau ceapă obișnuită; aceste sfere ciudate au crescut pe plante de tijă de aur. Am petrecut ore întregi adunându-le pe câmp până când am fost chemați înăuntru la cină. Agățându-ne capetele, ne-am îndreptat încet spre casă, sperând că ne vom întoarce mai târziu.

fundal

Abia ani mai târziu, când am început proiectul meu de cercetare pentru Young Naturalist Awards, am descoperit ceea ce se întindea în interiorul a ceea ce noi numeam „ceapă”. Ascunse în aceste creșteri ale plantelor erau mici larve de muscă cu bilă de aur. Musca adultă a găurii de aur (Eurosta solidaginis) are dimensiunea unei muște mici și are marcaje întunecate pe aripi. Aceste mici creaturi suferă un ciclu de viață complex și intrigant. Începe atunci când femela își injectează oul într-un mugur terminal pe o plantă de tijă de aur la sfârșitul primăverii. Oul eclozează în aproximativ o săptămână, iar larva se deplasează în jos în țesutul meristematic (celulele de creștere ale unei plante) din tulpină. Acolo creează o deschidere în timp ce se hrănește cu materie vegetală. Planta de tijă de aur reacționează la musca bilioasă făcând un fiel în formă de sferă în jurul insectei. Larva va chema acea fiere acasă timp de 11 luni (Sandro 2006).

Toamna, larva biliară scufundă un tunel de ieșire pentru a scăpa din fiere după pupație în primăvară. Tot ce lasă la capătul tunelului este epiteliul sau stratul exterior al fielei. Pe măsură ce zilele devin mai reci la sfârșitul toamnei, larvele biliare se pregătesc să petreacă iarna în fiere prin creșterea nivelului său de glicerol și sorbitol pentru a crea un antigel natural (Etaj). Insecta încetează să mai mănânce și intră în diapauză (creșterea și dezvoltarea sunt suspendate) în pregătirea pentru frig după încetinirea ratei metabolice (Sandro 2006). Larva pupează primăvara și apoi apare ca o muscă adultă după aproximativ două săptămâni. Pentru a se elibera de fiere, musca de bilă de aur se târăște prin tunelul de ieșire pe care l-a făcut în toamnă și se ancorează până la capăt. Trimite fluide corporale în cap, care sparge stratul exterior al fielei, eliberând musca. În exteriorul fierei, se odihnește și își usucă aripile. După împerechere, ciclul de viață începe din nou (Collicut).

Începând de la Scratch - Generarea unei idei de proiect

Interesul meu pentru muștele biliare a început când am vorbit cu Phil Stephens, un naturalist la Chippewa Nature Center din Midland, Michigan. Din moment ce locuiesc în Michigan și începeam proiectul în decembrie, el a sugerat studiul insectelor în timpul iernii. La asta nu mă gândisem până atunci, așa că am decis să-i urmez ideea. El a recomandat să citească A Guide to Nature in Winter și A Guide to Insect Lives, ambele de Donald Stokes.

Când am citit aceste cărți, mi-am dat seama că știam foarte puțin despre activitatea insectelor în timpul iernii. Am fost fascinat de tehnicile de supraviețuire a insectelor la frig. Desigur, nu mi-am putut lăsa ancheta la fel de amplă ca „insectele în timpul iernii”. A trebuit să aleg o anumită insectă pe care să-mi concentrez atenția. Rachel Larimore, o altă naturalistă care lucrează la Chippewa Nature Center, mi-a trimis prin e-mail idei pentru restrângerea cercetărilor mele. După ce m-am uitat peste opțiunile mele, am decis că mușcătura de aur a fi un subiect interesant.

Stabilirea unei întrebări de cercetare

În timp ce studiam ciclul de viață al mustei biliare, mi-am dat seama că această insectă era secretul ascuns în interiorul „cepei” și prietenul meu am colectat-o ​​în timp ce eram copii de 9 ani. Tunelurile de ieșire pe care le realizează mi-au atras atenția. Pe măsură ce am aflat despre pasajele lor de evadare, mi-a venit în minte o întrebare: au mușcăturile de galben auriu o preferință direcțională în plasarea tunelului de ieșire?

Pentru a ajuta la răspunsul la întrebarea mea, am împărțit felul în două emisfere, cea superioară și cea inferioară. Patru cadrane erau în emisfera superioară și patru erau în partea inferioară. Fiecare set reprezenta nordul, sudul, estul și vestul. Într-un studiu realizat de Universitatea din Kansas, efectul gravitației asupra fluturilor monarhi (Danaus plexippus) a fost testat la Stația Spațială Internațională. Le-au observat într-un mediu de microgravitație de la stadiul omidiei la fluturele adult. Rezultatele au concluzionat că specia a depins de gravitație pentru orientare („Omizile„ s-au pierdut ”în spațiu fără gravitație”, 2010). Decizia mustei biliare atunci când își planifică evadarea ar putea fi, de asemenea, afectată de gravitație, ceea ce l-ar ajuta să determine în sus de jos. Din păcate, nu am avut acces la ISS pentru cercetarea mea, dar pe baza experimentului lor cu fluturi monarhi, am emis ipoteza că mușcătura de gal gal de aur ar prefera emisfera superioară din cauza simțului său de gravitație. Acest lucru ar face mult mai ușor ca musca să se odihnească și să-și usuce aripile pe vârful fierei după ce a scăpat prin tunelul de ieșire.

Într-un alt studiu al fluturelui monarh realizat de Jason Etheredge, insectele au fost testate în diferite scenarii de câmp magnetic. Rezultatele sale au indicat faptul că fluturele monarh are o busolă magnetică internă utilizată pentru migrația către sud-vest (Etheredge 1999). Acest lucru a adus întrebarea dacă musca biliară are o busolă magnetică internă. Știam că aceasta este doar o ușoară posibilitate, dar am simțit că este o întrebare demnă de răspuns. Larva se află într-un spațiu închis, deci nu poate folosi Soarele în scopuri direcționale. O busolă internă ar putea ajuta la amplasarea tunelurilor lor de ieșire.

Dacă există un model pentru tunelurile de ieșire ale mușcăturii de aur, asta ar putea însemna că, la fel ca fluturele monarh, folosește și o busolă magnetică internă. Dacă acest lucru ar fi adevărat, direcția spre sud părea să ofere cel mai mare beneficiu. Când insecta iese din tunelul de ieșire orientat spre sud, razele Soarelui ar fi cele mai intense de pe acea parte, uscând mai repede aripile muștei. Am emis ipoteza că, dacă mușca biliară de aur folosește informații magnetice pentru a se orienta, atunci preferința sa direcțională ar fi față de cadranele sudice.

Proceduri

Am vrut să-mi concentrez cercetările pe o rază de cinci mile de orașul meu natal, Evart, Michigan. Am obținut permisiunea să mă uit în curți, șanțuri la marginea drumului și într-o zonă mare de camping. Cu un jurnal de teren în mână, am plecat pentru a doua oară să vânez „ceapă”. Odată ce am găsit un site care avea cel puțin 12 gale, am folosit o busolă pentru a determina direcția nord și am marcat cadranul nord superior al fierei cu un stilou de vopsea. Apoi am ales fiecare specimen folosind tăietori și am pus galele într-o cutie cu ouă numerotată pentru a le menține separate una de alta. După ce am terminat procedura cu o fiere, am mers la următoarea la cel puțin patru metri distanță. Odată ce am strâns 12 gale, m-am mutat pe un alt site la cel puțin 100 de metri distanță. Privirea de-a lungul drumului în șanțuri era locul meu cel mai puțin preferat de privit; mulți oameni pe care îi știam că vor trece pe acolo, întrebându-mă ce fac eu vadând într-un picior de zăpadă smulgând tije de aur. Desigur, vremea era complet diferită față de vara de acum cinci ani, dar totuși îmi plăcea foarte mult să fiu afară. Frumusețea în aer liber în timpul iernii, cu Soarele sclipitor pe suprafața zăpezii, a făcut o scenă irezistibilă. Galele au fost colectate în lunile ianuarie și februarie. În total, am colectat pe 13 site-uri diferite.

Acum că am colectat galele, trebuia să analizez amplasarea tunelurilor de ieșire. Înainte de a-mi deschide exemplarele, am folosit un stilou de vopsea diferit colorat pentru a marca o linie verticală în josul fiecărui bil, astfel încât să știu unde se află partea de nord când le-am tăiat în jumătate. De asemenea, am folosit un etrier pentru a măsura diametrul fiecărei fiere. Cu un cuțit, o sondă mică și o mână fermă, galele au fost deschise la linia mediană și explorate. Dacă totul ar merge bine, aș găsi o larvă albă plinuță (Eurosta solidaginis). Cu toate acestea, frecvent bilul conținea adesea alte creaturi nedorite. Folosind ghidul găsit în „Goldenrod Gall Size ca rezultat al selecției naturale”, am identificat ceea ce am observat (Colvard 1998). Viespea obtuză (Eurytoma obtusiventris) este un parazitoid al muștei biliare. Aceasta face ca larva să pupe mai devreme decât în ​​mod normal înainte de a se hrăni cu ea. Dacă acesta a fost scenariul, am văzut un mic pupariu maro. Un alt parazitoid al muștei bilioase de aur este viespea uriașă (Eurytoma gigantea). Larva albă a acestei insecte era prezentă ocazional sau am văzut doar o cameră înnegrită.

O altă insectă pe care am văzut-o a fost o larvă de gândac (Mordellistena unicolor). Uneori, fiere a fost goală, deoarece păsările, cum ar fi puiul cu cap negru (Parus atricapillus) sau ciocănitorul pufos (Picoides pubescens), au deschis deja fiere pentru a devora larva (Colvard 1998). Toate aceste creaturi diferite au făcut din deschiderea galelor o experiență distractivă pentru că nu am știut niciodată exact ce aș găsi în interiorul lor.

După ce am observat interiorul unui fiere, am marcat capătul tunelului de ieșire cu un știft dacă un fiel poseda un tunel de ieșire. Apoi am înregistrat emisfera în care se afla. Am tipărit o diagramă a cadranelor, inclusiv gradele, așezând bilul deasupra diagramei. Apoi am aliniat marca de vopsea cu nord și am înregistrat cadranul tunelului de ieșire. În total, am analizat 156 de bile, dar doar 50 dintre ele conțineau de fapt larve de muscă biliară cu tuneluri de ieșire. Am colectat de mai multe ori pentru că numărul galelor cu paraziți a fost foarte mare. Aveam nevoie de suficiente galuri pentru a obține o dimensiune suficientă a eșantionului. Unele galoane fuseseră ciupite de păsări în timpul iernii. Prin urmare, tunelul de ieșire era prezent, dar nu le-am inclus în totalul galurilor cu tuneluri de ieșire. Aleg să-mi concentrez atenția asupra galelor care aveau o zbura efectivă cu un tunel de ieșire pentru a crește precizia studiului meu.

Rezultate

În galele pe care le-am colectat, 78% din tunelurile de ieșire se aflau în primele patru cadrane (emisfera superioară). Conform datelor mele, am ajuns la concluzia că mușcătura de bilă aurie pare să prefere emisfera superioară pentru a-și construi tunelul de ieșire. Acest lucru mi-a confirmat ipoteza că mușca bilioasă de aur ar prefera emisfera superioară din cauza simțului său de gravitație. Pentru a confirma în continuare ipoteza mea, ar fi interesant să studiez plasarea tunelului într-un mediu de microgravitație și să vedem dacă rezultatele au fost aceleași. Emisfera superioară are avantaje pentru musca biliară; alături de posibilitatea de a se odihni și de a-și usca aripile mai ușor pe vârful galului, acesta ar putea fi „un punct de vedere mai bun pentru primul zbor” (Larimore).

Din păcate, nu pare să existe o preferință semnificativă pentru o singură direcție (nord, sud, est sau vest). Din aceste rezultate, am concluzionat că preferința de direcție este în mare parte aleatorie. Acest lucru înseamnă că cel mai probabil nu au o busolă internă care să-i poată ajuta la plasarea tunelurilor de ieșire. Ipoteza mea că preferința direcțională ar fi cadranele sudice a fost incorectă. Când mi-am dat seama de acest lucru, am încercat să mă uit la diametrul mediu al fierei din fiecare cadran pentru a vedea dacă există o relație între plasarea tunelului de ieșire și dimensiunea fierei. Din nou, a fost întâmplător.

În timp ce am marcat galurile cu stiloul de vopsea în câmp, am încercat să așez corect linia pe partea de nord, dar aceasta ar fi putut fi o sursă de eroare. De asemenea, o dimensiune mai mare a eșantionului ar ajuta la îmbunătățirea acurateței cercetărilor mele.

Secretele sub zăpadă

După ce am terminat studiul, știam că trebuie să fac ceva mai mult. Am vorbit cu un profesor la școala elementară din Evart și mi s-a oferit ocazia să predau o clasă a IV-a pentru o după-amiază. Când aveam 9 ani, nu știam absolut nimic despre musca biliară din comorile mele. Am vrut să împărtășesc cu ceilalți lucruri pe care le-am descoperit despre musca biliei de aur și activitatea insectelor în timpul iernii. În clasă, am discutat despre obiceiurile de iarnă ale viespei negre și galbene (Sceliphron caementarium), molia cattailului (Lymnaecia phragmitella), puricii de zăpadă (Achorutes nivicolus), omida cortului estic (Malacosoma americana) și, de desigur, musca galonului de aur (Eurosta solidaginis). Ne-am uitat la o prezentare PowerPoint și am trecut în jurul specimenelor fiecărei insecte. Am inclus un pachet de luat acasă, cu o lupă, un creion și un ghid de natură pe care l-am creat, astfel încât să poată ieși și să caute insecte în timpul iernii. Toți păreau să se bucure uitându-se la diferitele creaturi sub noile lor lupe și scriind despre descoperirile lor în ghiduri. A fost palpitant să împărtășesc clasei câteva secrete care se află sub zăpadă.

Concluzie

William Lawrence Bragg a spus odată: „Important în știință nu este atât obținerea unor noi fapte, cât descoperirea unor noi moduri de a gândi despre ele”. Prin acest proiect de cercetare, am găsit noi moduri de a gândi despre galul de tijă de aur. Acum cinci ani, tot ce știam despre aceste creșteri ciudate de plante a fost distracția pe care am avut-o colectând. Acum știu că în interiorul „cepei” noastre erau insecte mici cu o poveste de viață captivantă. Cercetările pe care le-am făcut m-au motivat să fac în continuare studii aprofundate despre musca biliară și alte insecte în viitor. Poate că într-o bună zi voi avea ocazia să trimit un galon de tijă de aur la stația spațială, dar deocamdată voi începe cu picioarele pe pământ. Un lucru pe care aș putea să-l studiez mai detaliat sunt paraziții care mi-au făcut cercetarea atât de provocatoare. Am găsit mult mai mulți paraziți decât mă așteptam în galls. Este acest lucru tipic pentru toate zonele din Michigan? Sau este deosebit de ridicat în acest domeniu? Aceste întrebări rămân fără răspuns ... deocamdată. Aștept cu nerăbdare să studiez creaturile minuscule care ies din gală în primăvară. După toate cercetările mele, acest lucru este cu siguranță că nu vreau să ratez.

Bibliografie

Abrahamson, Warren și Paul Heinrich. „Pagina de biologie Eurosta”. Laboratorul Abrahamson, Universitatea Bucknell. Adus de pe World Wide Web la 15 decembrie 2009. http://www.facstaff.bucknell.edu/abrahmsn/solidago/eurosta.html

Abrahamson, Warren și Paul Heinrich. „Golden Fly Gall Fly”. Școlile publice din județul Fairfield. Adus de pe World Wide Web la 15 decembrie 2009. http://www.fcps.edu/islandcreekes/ecology/goldenrod_gall_fly.htm

„Omizile„ au pierdut ”în spațiu fără gravitație.” Universitatea din Kansas. Futurity (15 februarie 2010). Adus de pe World Wide Web. http://futurity.org/top-stories/caterpillars-lost-in-space-without-gravity/

Collicutt, Doug. „Golden Fly Gall Fly”. NatureNorth.com: revista online de natură din Manitoba. Adus de pe World Wide Web la 15 decembrie 2009. http://www.naturenorth.com/winter/gallfly/gallfly1.html

Colvard, Mary și Tom Vawter. „Mărimea galului Goldenrod ca rezultat al selecției naturale”. Institutul Cornell pentru profesori de biologie (15 dec. 1998). Adus de pe World Wide Web pe 20 decembrie 2009. http://cibt.bio.cornell.edu/labs/dl/GGAL.PDF

Etheredge, Jason A. și colab. „Fluturii monarhi (Danaus plexippus L.) folosesc o busolă magnetică pentru navigație”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (1999). Academia Națională de Științe. Adus de pe World Wide Web pe 12 februarie 2010. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC24152/

Evans, Arthur V. National Wildlife Federation Ghid de teren pentru insecte și păianjeni și specii conexe din America de Nord. New York: Sterling, 2007.

The Goldenrod Gall Fly: Evoluția unei interacțiuni. Hemlock Scientific Films și Laboratorul Abrahamson, Universitatea Bucknell. Adus de pe World Wide Web în decembrie 2009. http://www.facstaff.bucknell.edu/abrahmsn/solidago/gallfly_video.html

Larimore, Rachel. Naturalist, Centrul de natură Chippewa. Interviu prin e-mail. 15 februarie 2010.

Lawlor, Elizabeth P. Descoperă natura iarna: lucruri de știut și lucruri de făcut. Mechanicsburg, PA: Stackpole, 1998.

Sandro, Luke H. și Richard E. Lee, Jr. „Biologia iernii și înghețarea toleranței la mușcătura galbenului Goldenrod.” Profesorul american de biologie (ianuarie 2006): 29-35.

„Citate și ziceri științifice”. Grădina Citatelor - Citate, Proverbe, Citate, Versete. Adus de pe World Wide Web pe 12 februarie 2010. http://www.quotegarden.com/science.html

Stokes, Donald și Lillian Stokes. Ghidul Stokes la natură în timpul iernii. Boston: Little, Brown and Company, 1979.

Stokes, Donald și Lillian Stokes. Ghidul Stokes pentru observarea vieților insectelor. Boston: Little, Brown and Company, 1984.