A comparative study of preparation methods used for bee heads prior to microCT imaging as well comparing eye to head ratio in five different bee species

Abstract

The complexity and importance of the eyes of a rather simple organism, the bee, is apparent when looking at the adaptation to their environment. The so called compound eyes consists of multiple facets, each having their own point of view and combined results in a larger image. For being able to study the magnificent eyes on a bee's head, there have been in recent studies an increase by X-ray tomographic imaging. Tomographic imaging, in this case micro computed tomography (CT), has enabled for scientists to virtually in 3D study both the external as well internal structures of a subject of interest. To get a fine external structure of a bee's head, one need to prepare it in a way that it does not lose any parts or contain artefacts before the microCT. Thus, the main aim with this report was to think of a preparation method that would be suitable for analyzing the bee's head surface. By doing so, another old method was compared for a basis to determine if there was in fact any advantages by using this new method. The old method had some issues retaining the surface where either the mandibles or antenna were lost during the preparations. The new method showed prominent results where the external structure remained intact however the internal structure was somewhat damaged. The secondary aim was to compare the eye to head ratio between five different bee species and to see what advantages the eye size might have in their specific habitat, to know what they are seeing and how their technique is utilized by navigating in dense rainforests. But more studies must be done in this field to draw any real conclusions.

Popular Abstract (Swedish)

För att undersöka hur bins ögon och struktur ser ut behöver man först göra förberedningar så att bihuvudet man undersöker ser snyggt ut. För att åstadkomma detta kan man i princip säga att de enda kunskaperna som krävs är att veta hur man klipper papper, klistrar och limmar fast föremål på önskat ställe som i detta fall är på toppen av en liten nål. Flertalet bihuvuden (94 st)har alltså fästs på nålar med hjälp av lim, där en liten tillklippt pappersbit sitter mellan nålen och huvudet. Detta har gjorts enligt en serie av alkoholkoncentrationer om 70, 80, 96 och 100 % etanol för att dehydrera proven, byta ut innehåll av vatten mot etanol. Detta görs eftersom att efter dehydreringen så ska proven torkas med critical point drying, som innebär att flytande koldioxid blandas med etanolen under högt tryck, och under stigande temperaturer så omvandlas koldioxiden vid sin kritiska punkt till gasform. Detta hade även funkat för vatten, men en betydligt högre temperatur och tryck hade behövts för att kunna torka proven. Så, efter dessa prepareringsteg, analyseras proven via röntgen-skanning med en så kallad micro computed tomography (CT). Detta innebär att bilder tas från alla olika håll på bihuvudet som är fäst på nålen, så att en virtuell 3D bild kan skapas. Bihuvudet kan således senare analyseras via ett datorprogram kallat Amira, där kan man kolla på yttre, men även inre strukturer hos bihuvudet. Efter att provet har skannats så ser det oftast inte helt rent ut, med diverse partiklar, limrester och smuts som sitter kvar. Detta kan sedan tas bort med hjälp av Amira, så att man får ett klart och tydligt bihuvud utan några som helst skavanker. Men, ibland så har provet under förberedelseprocessen på något sätt förstörts så att t.ex. käke eller antenner saknas, detta går givetvis inte att justera via Amira. Det intressanta med detta projekt är att förhindra att detta sker, så att man kan få ut så bra yttre struktur som möjligt av sitt prov. Två metoder jämförs, vår nya metod mot den gamla för att kunna bevisa olika framsteg. I den gamla metoden så har proven även genomgått en alkoholserie och sedan fixerats. Istället för critical point drying behandlades proven med ett kåda-liknande material, där det yttre lagret sedan avlägsnades. Huvudet fästes istället för på nålar, på hårda transparenta plastbitar, kallad perspex blocks. Genom olika anlyser via Amira, fastställdes det att vår nya metod var betydligt bättre när det gällde att studera yttre strukturen på bina, medan den gamla metoden var bättre på att bevara den inre strukturen hos bihuvudena såsom ögon och hjärna osv.

Vidare var vi intresserade av att studera binas ögon, som består av så kallade fasettögon. Detta innebär att varje öga består av upp mot tusentals linser, där varje enskild lins leder in ljus mot en gemensam mottagare. Alltså kan man säga att en lins utgör en pixel av bilden bina ser. Till skillnad från bina så består våra ögon endast av en lins per öga. Detta betyder då inte att bina har "bättre" syn än oss, men utan att deras ögon är bättre anpassade till den miljön de lever i, vilket kan vara att de har bättre skärpa på kortare avstånd men sämre på längre, och beroende på ögonstorlek har de kanske olika brett synfält. Så, genom att jämföra ögonstorlek i relation till huvudstorleken hos fem olika biarter (Euglossa Cordat, Melipona Bicolor, Nannotrigona Testaceicornis, Tetragona Clavipes och Trigona Spinipes) så ville vi veta varför det var fördelaktigt hos dessa biarterna. Mer forskning krävs för att kunna bestämma vad som anses fördelaktigt för dessa biarters ögon för att överleva i den tropiska miljön de lever i. Hur de använder ögonen för att kunna navigera sig framåt i täta miljöer såsom i regnskogar där även väldigt lite ljus släpps igenom. Således, genom att studera binas ögon kan vi få en uppfattning av vad de ser och jämföra dessa olika attribut hos arterna för att peka på styrkor och svagheter när det kommer till att kunna navigera så smidigt som de ändå gör. Med denna information förhoppningsvis framtagen inom en snar framtid, hade detta kunnat appliceras på modern teknik såsom att utveckla en optimal kamera för att kunna klara av att navigera i dessa miljöer. Exempelvis ett ypperligt område för tekniker runt om i världen att prova på aktuella, små eller stora drönare som med binas ögondesign enkelt och snabbt kan ta sig fram i täta och svåra områden utan att behöva krocka med träd.

• author: Alftrén, Per
• supervisor: Emily Baird
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBK01 20161
• year: 2016
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 8894165
• date added to LUP: 2016-10-27 14:18:34
• date last changed: 2016-10-27 14:18:34