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Using light stable isotopes to understand nutrient cycling in soils and how these isotopic techniques can be leveraged to investigate the ecology and biology of insects – A review

Rebecca Hood-Nowotny
Rebecca Hood-Nowotny
   | Mar 09, 2018
Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment's Cover Image
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Article Category: Research Article
Published Online: Mar 09, 2018
Page range: 237 - 248
Received: Nov 13, 2017
Accepted: Jan 15, 2018
DOI: https://doi.org/10.1515/boku-2017-0019
Keywords
© 2017 Rebecca Hood-Nowotny
This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License, which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Figure 1

The soil nitrogen cycleAbbildung 1. Der Stickstoffkreislauf im Boden
The soil nitrogen cycleAbbildung 1. Der Stickstoffkreislauf im Boden

Figure 2

Schematic of the sterile insect technique (SIT) and the problem of determining who is mating who, as if a sterile male insect mates with the fertile female it is almost impossible to determine who has fathered the subsequent eggs as these are sterile. Using isotope labeling provides an answer to these questions.Abbildung 2. Prinzip der Sterile-Insekten-Technik (SIT) und dem Problem der Bestimmung, wer wenn begattet. Denn wenn ein steriles männliches Insekt ein fertiles weibliches begattet, ist es fast unmöglich zu bestimmen, wer die daraus entstehenden Eier gezeugt hat, da diese steril sind. Durch die Isotopenmarkierung kann eine Antwort auf diese Fragen gegeben werden.
Schematic of the sterile insect technique (SIT) and the problem of determining who is mating who, as if a sterile male insect mates with the fertile female it is almost impossible to determine who has fathered the subsequent eggs as these are sterile. Using isotope labeling provides an answer to these questions.Abbildung 2. Prinzip der Sterile-Insekten-Technik (SIT) und dem Problem der Bestimmung, wer wenn begattet. Denn wenn ein steriles männliches Insekt ein fertiles weibliches begattet, ist es fast unmöglich zu bestimmen, wer die daraus entstehenden Eier gezeugt hat, da diese steril sind. Durch die Isotopenmarkierung kann eine Antwort auf diese Fragen gegeben werden.

Figure 3

The sperm transfer from male to female mosquitoes can be measured by isotope labeling. One set of mosquitoes are isotopically labeled (represented by the red color); the labeled females are discarded and another set of males are raised naturally. Then, the isotope-labeled sperm is traced from the males into the unlabeled female’s spermathacae. In the real experiments, both differentially treated (either fertile or sterilized and regular or labeled) male mosquitoes are added to the cage and compete for the females to determine the impacts of the sterilization process on the mosquito’s ability to mate with the females.Abbildung 3. Der Spermientransfer von männlichen zu weiblichen Stechmücken kann durch die isotopische Markierung gemessen werden. Ein Satz von Stechmücken ist isotopisch markiert (in roter Farbe dargestellt), die markierten Weibchen werden verworfen und ein weiterer Satz an Männchen wird natürlich großgezogen. Dann wird das isotopisch markierte Sperma des Männchen in die nicht markierte Spermathek des Weibchen verfolgt. Im realen Experiment werden verschieden behandelte (entweder fertile oder sterile und normale oder markierte) männliche Stechmücken in den Käfig gesetzt und konkurrieren um die Weibchen, um den Einfluss des Sterilisationsprozesses auf die Fähigkeit der Stechmücke, sich mit Weibchen zu paaren, zu bestimmen.
The sperm transfer from male to female mosquitoes can be measured by isotope labeling. One set of mosquitoes are isotopically labeled (represented by the red color); the labeled females are discarded and another set of males are raised naturally. Then, the isotope-labeled sperm is traced from the males into the unlabeled female’s spermathacae. In the real experiments, both differentially treated (either fertile or sterilized and regular or labeled) male mosquitoes are added to the cage and compete for the females to determine the impacts of the sterilization process on the mosquito’s ability to mate with the females.Abbildung 3. Der Spermientransfer von männlichen zu weiblichen Stechmücken kann durch die isotopische Markierung gemessen werden. Ein Satz von Stechmücken ist isotopisch markiert (in roter Farbe dargestellt), die markierten Weibchen werden verworfen und ein weiterer Satz an Männchen wird natürlich großgezogen. Dann wird das isotopisch markierte Sperma des Männchen in die nicht markierte Spermathek des Weibchen verfolgt. Im realen Experiment werden verschieden behandelte (entweder fertile oder sterile und normale oder markierte) männliche Stechmücken in den Käfig gesetzt und konkurrieren um die Weibchen, um den Einfluss des Sterilisationsprozesses auf die Fähigkeit der Stechmücke, sich mit Weibchen zu paaren, zu bestimmen.

Figure 4

Results of 13C labeling to trace sperm transfer. From left to right: a mosquito, a female’s spermathacae, and the results from an experiment. In this experiment, female mosquitoes were inseminated (upper triangles) by 13C isotopically labeled males or not inseminated (lower bold lines). N+ is the number of analyzed inseminated females and N-is the number of uninseminated females as determined by microscopy. Segregated female control is the average isotopic abundance of spermathacae in females that had no contact with males and were raised on regular diets. All isotope values are referred back to international isotope standards, and error bars are standard error of the mean.Abbildung 4. Ergebnisse der 13C Markierung für die Nachverfolgung des Spermientransfers. Von links nach rechts: eine Steckmücke, eine weibliche Spermathek und die Ergebnisse des Experiments. In diesem Experiment wurden weibliche Moskitos durch 13C isotopisch markierte Männchen inseminiert (obere Dreiecke) oder nicht inseminiert (untere fette Linien). N+ ist die Anzahl an analysierter inseminierter Weibchen und N-ist die Anzahl an analysierter nicht inseminierter Weibchen (Bestimmung mittels Mikroskopie). Die abgetrennte weibliche Kontrolle gibt die durchschnittliche Häufigkeit von Spermatheken bei Weibchen an, die keinen Kontakt zu Männchen hatten und mit normalem Futter großgezogen wurden. Alle Isotopenwerte beziehen sich auf internationale Isotopenstandards, Fehlerbalken sind die Standardfehler der Mittelwerte.
Results of 13C labeling to trace sperm transfer. From left to right: a mosquito, a female’s spermathacae, and the results from an experiment. In this experiment, female mosquitoes were inseminated (upper triangles) by 13C isotopically labeled males or not inseminated (lower bold lines). N+ is the number of analyzed inseminated females and N-is the number of uninseminated females as determined by microscopy. Segregated female control is the average isotopic abundance of spermathacae in females that had no contact with males and were raised on regular diets. All isotope values are referred back to international isotope standards, and error bars are standard error of the mean.Abbildung 4. Ergebnisse der 13C Markierung für die Nachverfolgung des Spermientransfers. Von links nach rechts: eine Steckmücke, eine weibliche Spermathek und die Ergebnisse des Experiments. In diesem Experiment wurden weibliche Moskitos durch 13C isotopisch markierte Männchen inseminiert (obere Dreiecke) oder nicht inseminiert (untere fette Linien). N+ ist die Anzahl an analysierter inseminierter Weibchen und N-ist die Anzahl an analysierter nicht inseminierter Weibchen (Bestimmung mittels Mikroskopie). Die abgetrennte weibliche Kontrolle gibt die durchschnittliche Häufigkeit von Spermatheken bei Weibchen an, die keinen Kontakt zu Männchen hatten und mit normalem Futter großgezogen wurden. Alle Isotopenwerte beziehen sich auf internationale Isotopenstandards, Fehlerbalken sind die Standardfehler der Mittelwerte.

Figure 5

Percentage of relative abundance of fatty acids of the diet and the resulting female and male mosquitoes reared on that diet. The profiles are average of three replicate mosquitoes. In essence, this graph shows that for mosquitoes at least, you are essentially what you eat and that the fatty acid profile of the diet is directly retained in the adult form.Abbildung 5. Prozentuelle relative Häufigkeit der Fettsäureprofile des Futters und der damit gefütterten männlichen und weiblichen Steckmücken. Die Profile sind Mittelwerte von drei Wiederholungen. Die Kernaussage dieser Graphik ist, dass das Fettsäureprofil des Futters direkt im erwachsenen Tier wiedergefunden werden kann.
Percentage of relative abundance of fatty acids of the diet and the resulting female and male mosquitoes reared on that diet. The profiles are average of three replicate mosquitoes. In essence, this graph shows that for mosquitoes at least, you are essentially what you eat and that the fatty acid profile of the diet is directly retained in the adult form.Abbildung 5. Prozentuelle relative Häufigkeit der Fettsäureprofile des Futters und der damit gefütterten männlichen und weiblichen Steckmücken. Die Profile sind Mittelwerte von drei Wiederholungen. Die Kernaussage dieser Graphik ist, dass das Fettsäureprofil des Futters direkt im erwachsenen Tier wiedergefunden werden kann.
eISSN:
0006-5471
Language:
English
Publication timeframe:
4 times per year
Journal Subjects:
Life Sciences, Ecology, other
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