Introduction
Flere laboratorieteknikker har blitt utviklet for studiet av insekt flight atferd 1,2. Disse spenner fra enkel statisk tethering 3,4 til sofistikerte enheter som tillater større bevegelsesfrihet for tethered insekt 5. Oppdaterte flight kamre 6-9 representerer enhetene slik at den høyeste grad av frihet til å fly i kontrollerte forhold. Denne teknikken har to store ulemper: det er vanskelig å bruke for studiet av store insekter og den manuelle fremgangsmåten for innsamling av data er tidkrevende.
Flight møller representerer en av de mest vanlige og rimelige teknikker for studiet av insekt flight under laboratorieforhold 10-12. Denne teknikken er å foretrekke fremfor statisk tethering fordi det tilbyr flytting stimuli 13, men det er forskjellig fra en gratis flytur atferdsrespons 14-16. Noen aspekter av flygingen oppførsel på møllen og i naturen er Similär 5,17 så til tross for noen begrensninger, fly møller representerer et levedyktig alternativ for å undersøke spørsmål om forekomsten av bestemte flight atferd svar, slik tilfellet er for trekkende flight type. Også flight møller er lettere å realisere enn vindtunneler eller fly kamre og datainnsamlingen kan enkelt automatiseres. Dermed forskere er interessert i flukt atferd ofte at fly møller er det beste valget, men bør være klar over den potensielle begrensninger i metoden. Her er en fleksibel og tilpasningsdyktig flight mill utforming presenteres for forskere som har valgt å benytte fly møller å undersøke flight atferd.
Flere forfattere beskriver alternative flight mill design. Generelt er hoveddelen av flukten fressystem, dvs. svingmølle arm, er ganske enkelt å realisere. Mindre oversiktlig er den elektroniske delen av flyturen fressystem, som tillater registrering av data. Håndteringen av electronic kretser design kan være utfordrende, spesielt for entomolog eller atferds økolog mangler i bakgrunnen kunnskap om elektronikk. Noen forfattere beskriver et komplisert eller utdatert elektronisk kretskomponent i flukten fresutforming 18-21, eller beskrivelsen av den elektroniske delen av uren møllen mangler 22,23. Andre design beskrive mekanisk kompliserte actographs, som er ganske komplisert å realisere, men kan hjelpe etterforskerne å foreta mer komplekse atferdsobservasjoner 5.
I denne utredningen et design for en enkel å bygge, er relativt billig mill flytur for studiet av tethered fly i insekter beskrevet. Sammen med den ekstremt enkle elektroniske komponenten, har utformingen en rekke fordeler. Isen møllen er konstruert for å bli brukt i begrensede områder vanligvis er tilgjengelige i standard insekt økologi laboratorium. Strukturen er laget av gjennomsiktig akryl pLastic slik at en enkelt lyskilde kan jevnt nå hver enkelt i separate kammere i møllen. Gitt gjennomsiktigheten til materialet og liten størrelse, kan det uren mølle anvendes i en inkubator for standardiserte lys- og temperaturforhold. Endelig kan hele strukturen monteres og demonteres lett og, når demontert, kan den lagres i en liten plass. En annen fordel med konstruksjonens utforming er at uren møllen kan endres for å tillate undersøkelse av insekter av forskjellig størrelse og ved bruk av forskjellige omdreinings avstander. Denne flyturen mill har blitt brukt til å samle inn data om insekter som varierte i størrelse og form som milkweed bugs, Oncopeltus fasciatus 24, kudzu bugs, Megacopta cribraria og begrave biller, Nicrophorus vespilloides. Flyturen mill designen gjør også at for høy gjennom-put kreves for studier som krever store utvalgsstørrelser. Data kan samles inn ved hjelp av 8 samtidige kanaler for hver av de datalogger used, slik at et høyt antall individer kan analyseres samtidig, og et stort antall prøver kan behandles på samme dag. Ingen dyr programvare er nødvendig for å ta opp og visualisere data og tilpassede skrevet manus til dataanalyse kan endres etter de spesifikke behovene til den eksperimentelle design. Flight respons er svært variabel i ulike insektarter. Dermed før du utfører en full flukt mill eksperiment, er foreløpige tester på responsen fly av fokus insekt modellen anbefales. Disse vil gi en forståelse av omfanget av de atferdsmessige variasjonen i flukt reaksjon, som vil bli brukt til å finjustere aspekter ved analyse uren som registreringstid eller flygehastighetsområdet.
Protocol
1. Konstruer Flight Mill
- Konstruer akrylplast støttestruktur:
- Skjær 3 mm tykke gjennomsiktige akrylplater inn i de to ytre vertikale veggene, en sentral vertikal vegg, og de fem horisontale hyller som spesifisert av utformingen vist i figur 1.
- Sette sammen ved å sette inn hyller (figurene 1 og 2; HS) i vertikale vegger (figurene 1 og 2, OW og CW) for å danne den bærende konstruksjon (figur 2A).
- Styrke strukturen ved innføring av polystyren kolonner ved de ytre hjørnene på baksiden av enheten (figur 2A og figur 2C). Hvis det er nødvendig, lim korte stykker av rettvinklet kantbeskyttere langs de sentrale vertikale vegg veikryss for å gi ekstra støtte for de horisontale hyller.
- Konstruer pivoting arm forsamlingen:
- Lim et 5 cm lengde av 1 cm diameter plastrøret inn i toppen av hver celle. Lim et 2 cm lengde på 1 cm diameter plastrøret inn i bunnen midten av hver celle, slik at den øverste og nederste rør i hver celle er innrettet. Ved hjelp av varmt lim, påføre to 10 mm x 4 mm N42 neodymmagnetene til enden av hver støtte, som danner den magnetiske peiling for møllen arm.
- Sett inn en entomologiske pinnen inn i en 20 mL pipette tips og fikse på plass med varmt lim. Plasser pinnen slik at begge ender strekker seg ut av pipettespissen å danne ankeret av flygingen mill.
Merk: Under flyturen studier er toppen av pinnen holdes på plass av topp sett magneter. Den nederste settet av magneter er å opprettholde armaturen i en vertikal stilling, slik at det å dreie seg om sin akse. - Skjær en 24 cm lengde på 19 måler ikke-magnetisk sprøyte stålrør. Ved hjelp av varmt lim, påføre midtpunkt til toppen av pipettespissen from trinn 1.2.2. Bend en ende av røret ved 2 cm fra ende til en vinkel på 95 °, slik at en lang arm på 12 cm fra midtpunktet, og en kort arm med en 10 cm radius fra sentrum til bøyen (figur 2B).
Merk: radius lengden kan varieres for å imøtekomme ulike revolusjon avstander.
- Sett opp IR-sensor og datalogger:
- Fest IR-sensorer til de evige sidene av hver celle ved hjelp av gjenbrukbare lim kitt, slik at sensoren å strekke seg inn i cellen gjennom åpningene skåret i det ytre vertikale veggstøtter (Figur 2C).
- Koble IR-sensorer til en dataloggere gjennom en svært enkel elektronisk krets bygget på en loddefri brødfjel (figur 3). Koble to motstander av 180 Ω og 2,2 kohm henholdsvis på inngangen og utgangen av IR-tilkoblingen på breadboard (figur 3A, B). Plasser motstander i alternate rader langs brødfjel å minimal dråper i spenningssignalet under opptak fra flere sensorer (se Figur 3C).
2. Flight Trials
- Tjore insekter til flyet mill arm indirekte gjennom et insekt pin:
- Plasser en liten folie flagg ved enden av den ubøyde ende av den svingbare arm for å maksimere forstyrrelse av IR-strålen i sensoren, og for å virke som en motvekt.
- Avhengig av insekt størrelse og skjellaget området tilgjengelig for feste, feste den eksperimentelle insekt til et insekt pin med gjenbrukbare lim kitt eller giftfri hud lim. Om nødvendig, bedøve insekt enten kjøling eller med CO 2.
- Forme en liten mengde lim kitt rundt den avrundede spissen av en entomologiske pin og dekke den med en dråpe giftfri hud lim. Forsiktig bruke på pronotum området og vente 5-10s til limet er tørt.
Merk: promåten i trinn 2.1.3 er egnet for insekter med hard (bille, bugs) eller myke (veps, fluer) skjellaget. Insekter med hårete cuticle (møll, sommerfugler) må ha håret forsiktig fjernes med en veldig fin pensel før tethering. - Sett pinnen med insektet er festet til den bøyde ende av svingearmen sammenstillingen.
- Etter flyturen test er avsluttet, fjern tethering med en fin forcep.
Merk: Datalogger sette opp og oppkjøp har blitt optimalisert slik for det spesifikke utstyret oppført i materialer tabellen og bør justeres for bruk med alternativt utstyr.
- Initiere en innspilling med fritt tilgjengelig WinDAQ Lite programvare
- Last ned og installere gratis programvare WinDAQ Lite (se utstyrsliste).
- Åpne instrument hardware manager, velger data-logger fra hurtigmenyen, og trykk på "Start Windaq '. Et nytt vindu åpnes og inngangs tegnal fra hver sensor vil bli vist.
- Velg ønsket samplingsfrekvens ved hvilken dataloggeren leser og viser følerens utgang.
Merk: samplingfrekvens vil avhenge av insekt flytur hastighet, men prøvetaking frekvenser som spenner mellom 30-45 Hz vil være rask nok til å fange fly av små og mellomstore insekter. - Trykk Ctrl-F4 for å starte innspillingen. Velg destinasjonen banen innspillingen filen i første pop-up vindu. Velg riktig lengde på tide å ta fly for den spesielle insekt og eksperimentere. Definere opptakstid i andre pop-up vindu. Når opptakstiden er utløpt trykker Ctrl + S for å sluttføre den innspilte filen.
- Sjekk kvaliteten på opptaket.
- Åpne registrert flight spor, og velg en spenning kanal. Trykk Ctrl-T for å åpne en pop-up vindu med spennings statistikk for hver kanal.
- Sørg for at ingen store dråperi minimumsverdi resulterte fra spenningsfall over kretsen (figur 4). Kast alle kanaler hvor forskjellen mellom kanal gjennomsnitt og minimum spenning den er større enn 0,1 V.
- Lagre filen i en * .csv-format: Gå til Fil> Lagre som, og i pop-up vindu velger du "regneark print (CSV)". I "regneark Kommentarer" pop-up vindu velger du "Relativ Time" og velg bort alle de andre alternativene. Klikk OK for å lagre filen.
3. Analyse av Flight Data Python 3.4.x
- Installere den nyeste Python 3.4.x versjon. Last ned arkivet Python_scripts.zip (Opplysning-filer), åpne den, og lagre standardize_peaks.py og flight_analysis.py til skrivebordet.
- Standardisere og velg toppene i det registrerte signaletsom følger
- Høyreklikk på standardize_peaks.py ikonet. Velg "Åpne med IDLE".
Merk: IDLE er standard editor for Python, men hvilken som helst tekst editor kan brukes til dette formålet. - I linjer 18-19 angir terskelverdiene rundt middelspenningen brukes til å utføre standardisering av spenningssignalet for hver kanal.
Merk: Standardverdiene er satt til å levere et signal finjustere standardisering, men brukeren kan definere hvilken som helst ønsket terskel i henhold til verdien av den midlere spenning for hver kanal. Disse kan bli funnet i spenning statistikk vinduet (se trinn 2.3). - I linje 45, skriver du inn banen til mappen der den innspilte * CSV-filen er lagret.
- I tråd 91, skriver du inn banen til mappen hvor du ønsker å ta opp * .txt peak-fil.
- I tråd 61 og linje 72, angi antall kanaler som trengs. Legge til eller slette kanaler ved å slette bort # fra begynnelsen av linjen 61-63 og 72-74 opp til en maksimum av 8 kanaler.
- Lagre filen og starte skriptet ved å trykke F5.
- Skriv inn navnet på den * CSV-fil (med noen flere undermapper) inn til pop-up vindu og trykk på retur å lagre en ny * .txt-fil med de standardiserte signaler i den angitte mappen.
Merk: Avhengig av antall kanaler som brukes n, inneholder denne filen n + 1 kolonner: den første kolonnen er den relative tidspunkt for prøvetaking arrangementet, de andre n kolonner representerer base og toppene hendelser fra n-kanaler som anvendes for opptaket. En verdi på 0 representerer basisspenningen, mens en verdi på 1 viser en topp avledet fra passasje av flagget gjennom IR-sensor.
- Høyreklikk på standardize_peaks.py ikonet. Velg "Åpne med IDLE".
- Analyser flyet spor ved hjelp av standardiserte file: Redigere flight_analysis.py script for å imøtekomme bruker eksperimentelle forhold:
- Høyreklikk på flight_analysis.py ikonet. Velg "Åpne med IDLE".
- I linje 39 og linje 80 justere lengdenav den sirkulære flygebanen i henhold til armen radius.
- Hvis det er nødvendig, kan du aktivere en valgfri hastighet korreksjon løkke ved å slette # i linjene 50-52. Endre hastighet verdi tilsvarende.
- I tråd 77 og linje 85, redigere hastigheten terskel og tidsavstanden verdier til rette for falske fartsmålinger i flyet spor og står for svært korte tids hullene som oppstår mellom to påfølgende lange uavbrutte flygende anfall.
- I tråd 198, angi den totale opptakstiden i sekunder. Endre verdikjeder i utgangslinjer fra linje 287 og utover.
Merk: Standard områder kan endres i henhold til bruker eksperimentelle krav. For å gjøre det, alle de numeriske verdiene inne i funksjon (inkludert de i variabelnavnet, for eksempel i variabelen "flight_300_900") må endres til ønsket verdi. - I tråd 248 typen banen til mappen som * .txt standardisert filen er lagret.
- Angi antallav kanaler. Legge til eller slette kanaler ved å legge til eller slette en # i begynnelsen av linjene 257-259, linjer 270-272 og linjer 279-281 opp til maksimalt 8 kanaler.
- I tråd 304 skriver du inn banen til mappen hvor du ønsker å lagre utdatafiler.
- Når alle brukerinnstillingene er spesifisert, lagre filen og starte skriptet ved å trykke F5.
- Skriv inn navnet på den * .txt-fil til å analysere (med noen flere undermapper) i pop-up vindu og trykk retur.
Representative Results
Figur 5 viser representative eksempler på den type grafer som kan oppnås ved hjelp av skript som er beskrevet i forrige avsnitt. Flygedata ble innhentet fra eksperimentelt arbeid utført ved Institutt for zoologi ved Universitetet i Cambridge bruker nicrophorus Nicrophorus vespilloides som modell (Attisano, upubliserte data). To unge unmated hanner av omtrent 20 dager gammel var tjoret til flyet møller og plasseres under kontrollerte miljøforhold 14:10 L: D og 21 ° C. Billene ble forlatt i møllen uren i 8 sammenhengende timer og flyet ble registrert aktivitet. På skjermen analyse og grafisk utgang gjør det mulig å løse individuelle forskjeller i flight aktivitetsmønstre. For eksempel, den første mannlige (figur 5A) viste en sterk flight aktivitet innen den første timen av opptak, preget av høy hastighet og kontinuerlig uren som varte i ca tre timer. Ther forlenget aktivitet fasen kjennetegnes av en gradvis reduksjon i hastighet fra ca. 1,6 m / s til 1 m / s, som. Etter den første flygende bout, den enkelte viste en nesten periodisk mønster av relativt kort flytur anfall ca 10-15 minutters varighet hver. Den andre mannlige viste en helt annen flight mønster med flying bouts som aldri oversteg varigheten av 15-20 minutter (Figur 5B). I denne personen flyet aktivitet er preget av en bred spredning av flygende anfall i de første 4 timer med opptak, etter som blir aktiviteten nesten tidsskrift. Denne personen også presentert veldig lavt flygende fart som bare tidvis overskredet 0,4 m / s.
En annen representant eksempel ble oppnådd ved å bruke en annen insekt modell, milkweed bug Oncopeltus fasciatus. Data ble samlet inn i løpet av en studie om vandringsmønstrene og fysiologisk reaksjon på mat stress i milkweed bug kvinner 24. I denne studien varopptakstid ble satt til en time for å karakterisere kvinner som innvandrere eller beboere. Disse atferdstypene er preget av en "alt eller ingenting" respons. Trekkende kvinner engasjere seg i vedvarende og kontinuerlig flyreiser vanligvis varer i noen timer, mens fastboende kvinner viser aldri flight aktivitet lenger enn noen få minutter. Dermed vil en migrant kvinnelig viser en flytur mønster som i figur 6A, mens bosatt kvinnelig vil være preget av et bevegelsesmønster som den i figur 6B.
Figur 1. Design konfigurasjon for akrylplast støttestruktur. Den akrylplast støttestruktur for flyge møller er konstruert fra tre forskjellige komponenter. Det er to utenfor vertikale vegger (OW) som inneholder både spor for hyller og en åpning for å imøtekomme IR sensORS (A). Det er en enkelt sentral vertikal vegg (CW) med spor for hyllene. Og det er 5 horisontale hyller (HS) med spor for veggene. Den magnetiske pivot er limt til den horisontale hyller i posisjon B. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Montert flight mill. (A) Et akryl-plast-støttestrukturen er satt sammen ved å skyve de fem horisontale hyller (HS) i sporene på de to ytre vegger (OW) og den sentrale vegg (CW), noe som resulterer i en struktur med 8 individuelle celler som hver inneholder en magnetisk pivot og en IR-sensor, slik at for 8 personer som skal flys samtidig. (B) Den svingarmen til hvilken insektene er bundet kan konstrueres til værelset Odate en rekke størrelser og morfologi av insekter. (C) Som tethered insekt beveger pivot arm suspendert mellom magnetene, folien flagget i den andre enden av armen aktiverer IR-sensor (pil). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Utforming av kretsen som forbinder IR-sensorer til dataloggeren. (A) En enkel krets forbinder input fra IR-sensoren til dataloggeren. (B) Hver datalogger kan bli drevet og koblet til dataloggeren via en loddefritt koblingsbrett ved hjelp av diagrammet. (C) Flere sensorer kan kobles til en enkelt datalogger ved hjelp av samme brødfjel.large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Eksempler på innspilte fly hendelser. Spenningstopper representerer fullstendige omdreininger av flight mill arm. (A) En høy kvalitet opptak av en flytur hendelse uten spenningsfall i det registrerte signalet. (B) En flytur hendelse med et spenningsfall i det registrerte signalet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5. Representative data flypriser fra de nicrophorus Nicrophorus vespilloides. Individuell variasjon i fluktatferd er lett gjenkjennelig i flyet innspillinger. (A) En privat fløy kontinuerlig i omtrent tre timer etter starten av rettssaken og deretter fløy med jevne mellomrom i høy hastighet gjennom resten av rettssaken. (B) Oppførselen til den enkelte er annerledes ved at denne billen fløy bare sporadisk gjennom hele rettssaken og aldri fløy på høye hastigheter sett i den enkelte i panel A (merk forskjellen i skalaen på Y-aksen). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6. Representative data flypriser fra milkweed bug Oncopeltus fasciatus. To forskjellige atferdsmønstre er tydelig observert mellom flygedata opptak. (En (B) Den atferd i Panel A kontrasteres med den typiske flight oppførselen til en person bosatt individ. Beboere fly ved lavere hastigheter og fly bouts bare vare en kort tid (merk forskjellen i skalaen på X-aksen for A og B). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Discussion
En rimelig, fleksibel og justerbar flight mill design.
Insect flight atferd er av interesse for en rekke forskere, fra de som er interessert i den grunnleggende oppførsel av insekter under varierende miljøer til spesialister i biokontroll som har behov for å forstå hvordan forholdene påvirker tilbøyelighet til et skadedyr å spre. Flight atferd kan studeres ved hjelp av forskjellige metoder som spenner fra flight 'tredemøller' og vindtunneler som omtrentlige feltforhold til statisk tethered fly enheter. Tethered fly møller, lik den som presenteres her, er begrenset ved at visse aspekter av flyturen, for eksempel endringer i høyde, ikke kan måles 14. Men ikke tethered fly møller tillate insekter å fly uavbrutt og dermed tillate forskere å kvantifisere parametere som hastighet, distanse og periodisitet av fly og relatere disse parametrene med miljøforhold, fysiologi, og morphology.
Flyturen mill presenteres her er designet for å tillate forskere uten spesialisert kunnskap om elektronikk for å bygge og bruke en tethered flytur mill for å studere flight atferd i insekter. En fordel med denne utformingen er at den totale kostnaden for flygingen møllen er lav i forhold til andre utførelser. Den totale kostnaden kan holdes godt under 300 dollar. Plastakrylplater er de mest kostbare elementet. Den andre fordelen er at flygingen mill er tilpasningsdyktig for de begrensede kontrollerte tilstanden arbeidsområder tilgjengelig i mange laboratorier, i motsetning til en spesialisert vindtunnel. Bruken av 3 mm tykke transparente akrylplastplater menes at strukturen er både transparent, for å tillate enkel observasjon av insekter, og også lav vekt, slik at flyet møllen å bli flyttet til det aktuelle stedet for flyge forsøk. Den stablede konfigurasjon av uren møllen cellene maksimerer antallet prøver kjøres samtidig som fotenut av enheten. Videre kan enheten enkelt demonteres for lagring. I tillegg ble det uren møllen konstruert for å tillate et stort antall individer som skal avsøkes forholdsvis lett. Hver flight mill inneholder 8 celler, slik at forskerne å registrere aktivitet fly av flere personer samtidig. Feste insekter indirekte til den svingbare arm ved en insektpinnen gir individuelle insekter som skal plasseres i og fjernes fra uren møllen hurtig. Til slutt, er dataregistreringselektronikk enkel og lett å bruke, med fritt tilgjengelig programvare for dataanalyse. Når montert, bruker flyet mill enkle IR-sensorer for å registrere flight aktivitet. Passasjen av folien flagget på enden av armen gjennom den infrarøde strålen lar hver omdreining av armen som skal tas opp. Frekvensen av revolusjonen gjør at data som hastighet, distanse, total flytid og mønstre av flyturen skal registreres som innspill til en data-logger.
Flyturen miller i stand til å tilpasses for en rekke forskjellige typer av insekter. Bruk av sprøyte stålrør for svingarmen er mer effektive enn andre alternativer, for eksempel tre pinner eller sugerør fordi, selv om tyngre, er drag produsert reduseres med liten diameter, slik at selv små insekter å være flight-testet. Nylig har små stykker av optisk fiber er benyttet i et fly mølle i 25 små insekter. Den bøyde avslutning av armen kan limes til armaturen i forskjellige vinkler i forhold til bæreaksen for å posisjonere den eksperimentelle insekt i sin naturlige flyretning. I utformingen presenteres, der radien er 10 cm i lengde, er hele avstanden i en omdreining 62,8 cm. Fjerning av den sentrale vertikale vegg vil tillate en alternativ konfigurasjon av flyvningen mølle i hvilken armen radius kan dobles i lengde for å gi plass til større insekter og omdreining avstander opp til 1,20 m. I dette tilfellet sterkere magneter er anbefalingended å imøtekomme og stabil lenger mill arm.
Som nevnt over, er flyturen mill utformingen fleksibel og tilpasningsdyktig for insektarter av interesse og forskere er i stand til å tilpasse den til deres spesielle behov. Dette inkluderer ikke bare de fysiske behov insekt, inkludert parametere som størrelse, kraft, struktur av skjellaget, men også biologiske forskjeller mellom arter. En mulig ulempe for alle fly møller er at mangelen på tarsal støtte 'styrkenes insekter å fly, kanskje til utmattelse. Selv om dette er sant i noen arter, for eksempel, observerte vi automatisk respons flytur med våre milkweed bug prøvelser, er det ikke sant for alle insektene vi har testet (for eksempel N. vespilloides). Men selv med den automatiske svar, vi har aldri observert insekter flyr til utmattelse eller død, delvis på grunn av opptakstiden valgte vi å imøtekomme biologi insekter. Derfor er det viktig å gjøreforeløpige observasjoner på insekt av interesse for å forstå sin oppførsel i flight mill for å optimalisere datainnsamlingen. En ekstra, velkjent problem med fly møller, er at treghet kan opprettholde bevegelse selv etter at insektet har stoppet aktivt flyr. Manuset gitt kontoer for misreadings grunn av treghet av flygingen mill, preget av rask nedgang i flukt hastighet og økende avstand mellom toppene. Skriptet 'flight_analysis.py' forkaster disse "falske topper 'og konstruerer et nytt signal for analyse. Brukeren kan velge hastigheten terskelen for korreksjon, som forklart i notene gitt i manuset.
A 5 V kraftkilde er nok til å oppnå en lesbar spenningssignal, men en kraftenhet med variabel utgangsspenning kan brukes som strømkilde for å tillate at krafttilførselen til varieres og dermed optimalisere driftsspenning til hver sensor. En slik løsning kan også bidra til å øke kvaliteten visualisering of peak signaler i programvarens innspillingen grensesnitt. Sensorens utgang er vist i programvare-grensesnittet som er dannet av en base og spennings hvor basisspenningen representerer den laveste utgangsspenningen fra sensoren i ro (når IR-strålen ikke er brutt), mens toppspenning er til økningen fra basisspenningen som oppstår når IR-strålen brytes når armen beveger seg gjennom bjelken. En inngangsspenning på 5 V gir en økning på rundt 100 mV samtidig øke innspill til 7 V øker peak stige til 300 mV noe som åpner for en klarere diskriminering av base og topp spenninger. Størrelsen på den valgte solderless brødfjel bestemmer hvor mange fly celler kan innkvarteres. For å minimere dråper i spenningssignalet under opptak fra flere sensorer, er det anbefalt å plassere motstander i annenhver rad langs brødfjel (se Figur 3C).
Passelig signal standardisering og analyseverktøs skript skrevet for åpen tilgang programmeringsspråket Python.
Standardisering og analyse av spenningssignalet er utført ved hjelp av tilpassede skrift skript i Python, som er et gratis, mye brukt generell og Høynivåspråk. Sluttbrukeren kan enkelt tilpasse skript for å jobbe med egne spesifiserte innstillinger. Tilpassingen er oppnådd ved å endre numeriske verdier eller variabelnavn. Merknader om hvordan du tilpasser parametrene kan finnes innenfor skript selv. Standardverdiene i manuskripter blir satt til å levere et signal finjustere standardisering, men brukeren kan definere hvilken som helst ønsket terskel i henhold til verdien av den midlere spenning for hver kanal. I flight analyse script, funksjons flying_bouts fra linje 105 beregner varighet i sekunder på lengste og korteste flygende anfall, prosentandel av tiden brukt i fly over den totale opptakstiden og antallet flygende bout events av en bestemt varighet range. Områdene kan endres i henhold til bruker eksperimentelle krav. For å gjøre det, alle de numeriske verdiene inne i funksjon (inkludert de i variabelnavnet, for eksempel i variabelen "flight_300_900") må endres til ønsket verdi. Antall områder og deres varighet avhenger bare av brukerens spesifikasjon. Manuset blir skrevet ut på skjermen resultatene av analysen for hver kanal. Disse inkluderer: vanlig flygende fart, total flytid, distanse, korteste og lengste flyr anfall og flight komposisjon. I tillegg returnerer manuset en * DAT-fil for hver kanal og lagrer det i output-mappen som er angitt av brukeren. Hver * DAT-filen inneholder to kolonner: Den første representerer den relative tiden av peak hendelsen, andre er detaljert hastighetsvariasjoner mellom to påfølgende peak hendelser. Denne filen kan importeres i Excel eller R for å gi en grafisk fremstilling av hastighetsvariasjoner i løpettid og visualisere flight aktivitet mønstre.
I konklusjonen, disse resultatene viser at denne reisen mill design kan være enkelt og implementert for å samle data for atferdsstudier ser på flygende aktivitetsmønstre i ulike insekt modeller. Slike data kan benyttes for å undersøke individuelle variasjoner i bevegelsesmønstre som avhengige for eksempel på fysiologi og morfologi. Dette kan gi stor innsikt i de underliggende fysiologiske og morfologiske trekk som bestemmer individuell variasjon i bevegelsesmønstre som beite eller vandrende aktivitet, som til slutt påvirker befolkningen som helhet. Den detaljerte hastighetsvariasjoner over tid kan brukes i kombinasjon med detaljerte fysiologiske og morfologiske målinger, med et verktøy for å studere mønstre av ressursforbruk eller effektene av variasjon i kroppsdelen morfologi på flyet aktivitet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Data Logger | DATAQ Instruments, Ohio, USA | DI-149 | These particular data loggers were chosen because they can be easily connected via USB to a computer and come with free proprietary software (WinDaq/Lite, DATAQ Instruments, Ohio, USA) to visualize and record the sensor's output, increasing the affordability of the flight mill design. |
| Data Logger - potential alternative | A potential alternative to the DATAQ data loggers is an RS232 to USB adaptor, readily available through office or electronic supply stores. These should be able to read data directly from the serial port via the pyserial module. | ||
| Entomological pins | BioQuip | ||
| Hypodermic steel tubing 19 guage | Small Parts | B000FN5Q3I | Available through Amazon.com; other suppliers are available but be sure to purchase austenitic steel tubing to ensure the arm in non-magnetic |
| IR Sensors | Optek Technology Inc., Texas USA | OPB800W | |
| N42 neodymium magnets | Readily available; can be purchased through specialized magnet suppliers, hobby stores or Amazon | ||
| Plexiglass/perspex | Readily available at any hardware store | ||
| Polystyrene columns for support | Any polystyrene or styrofoam packing materials that might otherwise be discarded or recycled can be used to fashion the support columns for the flight mill. Otherwise, styrofoam insulation sheets are available at any hardware store. | ||
| Solderless Breadboard Power Supply Module | Arrela | MB102 | The 5V power unit, breadboard and solderless male-male jumper wires can be easily purchased as a kit. |
References
- Hardie, J.
- Reynolds, D., Riley, J. Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: a survey of existing and potential techniques. Comput. Electron. in Agric. 35, 271-307 (2002).
- Davis, M. A. Geographic patterns in the flight ability of a monophagous beetle. Oecologia. 69, 407-412 (1986).
- Dingle, H., Blakley, N. R., Miller, E. R. Variation in body size and flight performance in milkweed bugs (Oncopeltus). Evolution. , 371-385 (1980).
- Gatehouse, A., Hackett, D. A technique for studying flight behaviour of tethered Spodoptera exempta moths. Physiol. Entomol. 5, 215-222 (1980).
- Grace, B., Shipp, J. A laboratory technique for examining the flight activity of insects under controlled environment conditions. Inter. J Biometeorol. 32, 65-69 (1988).
- Kennedy, J., Booth, C.
- Kennedy, J., Ludlow, A. Co-ordination of two kinds of flight activity in an aphid. J. Exp. Biol. 61, 173-196 (1974).
- Laughlin, R. A modified Kennedy flight chamber. Aust. J. Entomol. 13, 151-153 (1974).
- Krell, R. K., Wilson, T. A., Pedigo, L. P., Rice, M. E. Characterization of bean leaf beetle (Coleoptera: Chrysomelidae) flight capacity. J. Kansas Entomol Soc. , 406-416 (2003).
- Liu, Z., Wyckhuys, K. A., Wu, K. Migratory adaptations in Chrysoperla sinica (Neuroptera: Chrysopidae). Environ. Entomol. 40, 449-454 (2011).
- Wang, X. G., Johnson, M. W., Daane, K. M., Opp, S. Combined effects of heat stress and food supply on flight performance of olive fruit fly (Diptera: Tephritidae). Ann. Entomol. Soc. Am. 102, 727-734 (2009).
- Dingle, H. Migration: the biology of life on the move. , Oxford University Press. (2014).
- Blackmer, J. L., Naranjo, S. E., Williams, L. H. Tethered and untethered flight by Lygus hesperus and Lygus lineolaris (Heteroptera: Miridae). Environ. Entomol. 33, 1389-1400 (2004).
- Riley, J., Downham, M., Cooter, R. Comparison of the performance of Cicadulina leafhoppers on flight mills with that to be expected in free flight. Entomol. Exp. App. 83, 317-322 (1997).
- Taylor, R., Bauer, L. S., Poland, T. M., Windell, K. N. Flight performance of Agrilus planipennis (Coleoptera: Buprestidae) on a flight mill and in free flight. J. Insect Behav. 23, 128-148 (2010).
- Cooter, R., Armes, N. Tethered flight technique for monitoring the flight performance of Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae). Environ. Entomol. 22, 339-345 (1993).
- Chambers, D., Sharp, J., Ashley, T. Tethered insect flight: A system for automated data processing of behavioral events. Behav. Res. Meth. Instr. 8, 352-356 (1976).
- Clarke, J., Rowley, W., Christiansen, S., Jacobson, D. Microcomputer-based monitoring and data acquisition system for a mosquito flight. Ann. Entomol. Soc. Am. 77, 119-122 (1984).
- Resurreccion, A., Showers, W., Rowley, W. Microcomputer-interfaced flight mill system for large moths such as black cutworm (Lepidoptera: Noctuidae). Ann. Entomol. Soc. Am. 81, 286-291 (1988).
- Taylor, R., Nault, L., Styer, W., Cheng, Z. -B. Computer-monitored, 16-channel flight mill for recording the flight of leafhoppers (Homoptera: Auchenorrhyncha). Ann. Entomol. Soc. Am. 85, 627-632 (1992).
- Bruzzone, O. A., Villacide, J. M., Bernstein, C., Corley, J. C. Flight variability in the woodwasp Sirex noctilio (Hymenoptera: Siricidae): an analysis of flight data using wavelets. J. Exp. Biol. 212, 731-737 (2009).
- Schumacher, P., Weyeneth, A., Weber, D. C., Dorn, S. Long flights in Cydia pomonella L. (Lepidoptera: Tortricidae) measured by a flight mill: influence of sex, mated status and age. Physiol. Entomol. 22, 149-160 (1997).
- Attisano, A., Tregenza, T., Moore, A. J., Moore, P. J. Oosorption and migratory strategy of the milkweed bug, Oncopeltus fasciatus. An. Behav. 86, 651-657 (2013).
- Martini, X., Hoyte, A., Stelinski, L. L. Abdominal color of the Asian citrus psyllid (Hemiptera: Liviidae) is associated with flight capabilities. Ann. Entomol. Soc. Am. 107, 627-632 (2014).
