Introduction
Flere laboratoriemetoder er blevet udviklet til undersøgelse af insekter flyvning adfærd 1,2. Disse spænder fra simple statisk tethering 3,4 til sofistikerede enheder, der tillader større bevægelsesfrihed for tøjret insekt 5. Til dato flyvning kamre 6-9 repræsenterer de enheder, der gør det muligt det højeste niveau af frihed søgning i kontrollerede forhold. Denne teknik har to væsentlige ulemper: det er vanskeligt at bruge til studiet af store insekter og manuelle procedure for dataindsamling er tidskrævende.
Møller på flyrejser repræsenterer en af de mest almindelige og overkommelige teknikker til studiet af insekter flyvning under laboratorieforhold 10-12. Denne teknik er at foretrække frem for statisk tethering fordi det giver at flytte stimuli 13, men det adskiller sig fra en fri flyvning adfærdsmæssig respons 14-16. Nogle aspekter af flyvningen adfærd på møllen og i naturen er Similar 5,17 så trods nogle begrænsninger, udgør flyvning møller en farbar vej for at undersøge spørgsmål om forekomsten af bestemte flyvning adfærd reaktioner, som det er tilfældet for vandrende flyvning type. Også flyvning møller er lettere at realisere end vindtunneler eller flyvning kamre og dataindsamlingen kan nemt automatiseres. Således forskere interesseret i flyvning adfærd finder ofte, at flyvning møller er det bedste valg, men bør være opmærksomme på de potentielle begrænsninger i metoden. Her er en fleksibel og kan tilpasses flyvning mølle design præsenteret for forskere, der har valgt at udnytte flyvning møller for at undersøge flyvning adfærd.
Adskillige forfattere beskriver alternative flyvning mill design. Generelt hovedparten af flyvningen møllen, dvs., den drejelige møllens arm, er ganske enkelt at realisere. Mindre ligetil er den elektroniske del af flyvningen mill system, som tillader registrering af data. Beskæftiger sig med elNadja kredsløb design kan være en udfordring, især for entomolog eller adfærdsmæssige økolog mangler baggrundsviden om elektronik. Nogle forfattere beskriver en kompliceret eller forældede elektronisk kredsløb komponent i deres flyvning mølle design 18-21, eller beskrivelsen af den elektroniske del af flyvningen møllen mangler 22,23. Andre udformninger beskriver mekanisk komplicerede actographs, som er ganske kompliceret at realisere, men kan hjælpe efterforskerne at foretage mere komplekse adfærdsmæssige observationer 5.
I dette papir et design for en enkel at bygge, er relativt billig flyvning mill for studiet af tøjret flyvning i insekter beskrevet. Sammen med den ekstremt simpel elektronisk komponent, mønstret har en række fordele. Flyvningen Møllen er designet til at blive anvendt i begrænsede rum typisk tilgængelige i standard insekt økologi laboratorium. Strukturen er lavet af transparent akryl pLastic således at en enkelt lyskilde jævnt kan nå hver enkelt i separate kamre i møllen. I betragtning af den åbenhed af materialet og lille størrelse, kan flyvningen møllen skal anvendes i en inkubator for standardiserede lys og temperaturforhold. Endelig kan hele strukturen samles og demonteres let, og når skilles ad, kan det opbevares i et lille rum. En anden fordel ved udformningen af strukturen er, at flyvningen møllen kan modificeres for at tillade undersøgelse af insekter af forskellig størrelse og med forskellige afstande revolution. Denne flyvning mølle er blevet brugt til at indsamle data om insekter så forskellige i størrelse og form som milkweed bugs, Oncopeltus fasciatus 24, kudzu bugs, Megacopta cribraria og begrave biller, Nicrophorus vespilloides. Flyvningen mølle design giver også mulighed for høj gennemgående put kræves til undersøgelser, der kræver store stikprøvestørrelser. Kan indsamles data ved hjælp af 8 samtidige kanaler for hver af de dataloggere used således at et stort antal personer kan analyseres samtidigt og et stort antal prøver kan håndteres på samme dag. Ingen dyre software er nødvendig for at registrere og visualisere data og brugerdefinerede skriftlige script til analyse af data kan ændres efter de specifikke behov i den eksperimentelle design. Flugt reaktion varierer meget i forskellige insektarter. Således forud for udførelsen af en fuld flyvning mølle eksperiment, indledende tests på flyvningen reaktion omdrejningspunktet insekt-modellen anbefales. Disse vil give en forståelse af omfanget af den adfærdsmæssige variation i flugt reaktion, som vil blive anvendt til at finjustere aspekter af analysen flyvning såsom optagelsestid eller flugt hastighedsområde.
Protocol
1. Konstruer Flight Mill
- Konstruere akrylplast bærestrukturen:
- Skær 3 mm tykke transparente acrylplader i de to udvendige lodrette vægge, den ene centrale lodrette væg og fem vandrette hylder, som angivet af i figur 1 viste udformning.
- Saml ved at indsætte hylderne (figur 1 og 2; HS) i lodrette vægge (figur 1 og 2; OW og CW) til dannelse af støttestrukturen (figur 2A).
- Styrke strukturen ved at indsætte polystyren søjler ved de ydre hjørner på bagsiden af enheden (figur 2A og figur 2C). Hvis det er nødvendigt, lime korte stykker af vinkelrette kanter-beskyttere langs den centrale lodret væg knudepunkter for at yde supplerende støtte til de vandrette hylder.
- Konstruer pivoting arm forsamling:
- Lim en længde på 1 cm i diameter plastrør 5 cm ind øverst i midten af hver celle. Lim en længde på 1 cm i diameter plastrør 2 cm ind nederst i midten af hver celle, og sørg top og bund slange i hver celle er justeret. Anvendelse af varm lim, anbringer to 10 mm x 4 mm N42 neodym magneter til udgangen af hver understøtning, der danner det magnetiske leje for møllens arm.
- Indsæt et entomologiske stift ind i en 20 pi pipettespids og fastgør med varm lim. Anbring stiften, således at begge ender strækker sig ud af pipettespidsen til dannelse af armaturet af flyvningen mill.
Bemærk: Under flyvningen forsøg, er toppen af tappen holdes på plads af den øverste sæt af magneter. Den nederste sæt af magneter er at opretholde ankeret i en lodret position, som gør det muligt at dreje om sin egen akse. - Skær en længde på 19 gauge umagnetisk hypodermisk stålrør 24 cm. Anvendelse af varm lim, anbringer midtpunktet til toppen af pipettespidsen from trin 1.2.2. Bøj den ene ende af slangen på 2 cm fra ende til en vinkel på 95 °, hvilket efterlader en lang arm på 12 cm fra midtpunktet og en kort arm med en radius på 10 cm fra centrum til bøjningen (figur 2B).
Bemærk: Radius længde kan varieres for at passe til forskellige revolution afstande.
- Opsætning af IR-sensor og datalogger:
- Fastgør IR sensorer til den evige sider af hver celle ved anvendelse af genanvendeligt klæbemiddel kit, således at sensoren at strække sig ind i cellen gennem åbningerne skæres i de ydre lodrette væg understøtninger (figur 2C).
- Forbind IR-sensorer til en dataloggere gennem en meget grundlæggende elektronisk kredsløb bygget på en SOLDERLESS breadboard (figur 3). Forbinde to modstande på 180 Ω og 2,2 kohm henholdsvis på input og output af IR-forbindelsen på breadboard (figur 3A, B). Placer modstande i alternate rækker langs breadboard at minimere fald i spændingssignalet under optagelse fra flere sensorer (se figur 3C).
2. flyrejser Trials
- Tether insekter til flyvningen mølle armen indirekte gennem et insekt pin:
- Placere en lille folie flag ved udgangen af unbent ende af vippearmen for at maksimere afbrydelse af den infrarøde stråle i sensoren og til at fungere som modvægt.
- Afhængig af insektets størrelse og neglebåndsområdet rådighed til fastgørelse, lægger den eksperimentelle insekt til et insekt pin genanvendelige klæbemiddel kit eller ugiftige hud lim. Hvis det er nødvendigt, bedøver insektet ved enten nedkøling eller med CO2.
- Skimmel en lille mængde lim kit omkring den afrundede spids af en entomologiske stift og dække det med en dråbe giftfri hud lim. Gælder forsigtigt på pronotum området og vente 5-10s indtil limen er tør.
Bemærk: Proprocedure i trin 2.1.3 er velegnet til insekter med hårdt (bille, bugs), eller blød (hvepse, fluer) neglebånd. Insekter med behårede neglebånd (møl, sommerfugle) skal have håret blidt fjernes med en meget fin pensel før tethering. - Sæt stiften med insekt fastgjort i den bøjede ende af den drejelige arm.
- Efter flyvningen testen er afsluttet, skal du fjerne tethering med en fin forcep.
Bemærk: Datalogger oprettet og erhvervelse er blevet optimeret således for det specifikke udstyr opført i materialer bordet og bør justeres til brug med alternativt udstyr.
- Indled en optagelse session med frit tilgængelige WinDAQ Lite-software
- Hent og installer den gratis software WinDAQ Lite (se udstyrsliste).
- Åbn instrumentet hardware manager, vælge de data-loggeren fra pop-op-listen og tryk på 'Start Windaq «. Et nyt vindue vil åbne og input tegnal fra hver sensor vil blive vist.
- Vælg den ønskede sampling frekvens, hvor data-logger læser og viser sensorens output.
Bemærk: Samplingfrekvensen vil afhænge af insektets flyvehastighed, men samplingfrekvenser på mellem 30-45 Hz vil være hurtig nok til at fange flyvningen af små-mellemstore insekter. - Tryk på Ctrl-F4 for at starte en optagelse. Vælg stien destination optagelsen filen i den første pop-up vindue. Vælg den passende længde af tid til at optage flyvning til den særlige insekt og eksperimentere. Definer optagetid i den anden pop-up vindue. Når der er gået optagetiden presse Ctrl-S til at færdiggøre den optagede fil.
- Tjek kvaliteten af optagelsen.
- Åbn den indspillede flyvning spor, og vælg en spænding kanal. Tryk på Ctrl-T for at åbne en pop-up vindue med spænding statistik for hver kanal.
- Sørg for, at ingen store dråberi minima værdi skyldes spændingsfald over kredsløbet (figur 4). Kassér nogen kanaler, hvor forskellen mellem gennemsnittet kanalen og minimale spænding er større end 0,1 V.
- Gem filen i en * .csv format: Gå til Filer> Gem som, og i pop-up vindue skal du vælge "regneark print (CSV)". I "regneark Kommentarer" pop-up vindue skal du vælge "Relativ Time" og fravælge alle de andre muligheder. Klik på OK for at gemme filen.
3. Analyse af Flight data ved hjælp af Python 3.4.x
- Installer den nyeste Python 3.4.x version. Download arkivet Python_scripts.zip (Supplemental Files), åbne den, og gemme standardize_peaks.py og flight_analysis.py på skrivebordet.
- Standardisere og vælg toppene i det optagne signalsom følger
- Højreklik på ikonet standardize_peaks.py. Vælg 'Åbn med IDLE'.
Bemærk: IDLE er standard editor for Python, men enhver teksteditor kan bruges til dette formål. - I Lines 18-19, angiver tærskelværdierne omkring middelværdien spænding, der anvendes til at udføre standardisering af spændingssignalet for hver kanal.
Bemærk: Standardværdierne er indstillet til at levere en fin melodi signal standardisering, men brugeren kan definere en hvilken som helst ønsket tærskel efter værdien af den gennemsnitlige spænding for hver kanal. Disse kan findes i spænding statistikvindue (se trin 2.3). - På linje 45, skal du skrive stien til den mappe, hvor den registrerede * .csv-filen er gemt.
- På linje 91, skal du skrive stien til den mappe, hvor du ønsker at optage * .txt peak-fil.
- På linje 61 og linje 72, angive antallet af kanaler, der er nødvendige. Tilføje eller slette kanaler ved at slette # i starten af linien 61-63 og 72-74 op til en maxmale af 8 kanaler.
- Gem filen og starte scriptet ved at trykke F5.
- Indtast navnet på den * .csv-fil (med eventuelle yderligere undermapper) ind på pop-up vindue, og tryk retur for at gemme en ny * .txt fil med de standardiserede signaler i den angivne mappe.
Bemærk: Afhængigt af antallet af kanaler, der bruges n, denne fil indeholder N + 1 kolonner: den første kolonne er den relative tid af prøveudtagning begivenhed, repræsenterer de andre n kolonner basen og toppe begivenheder fra de n kanaler, der anvendes til optagelsen. En værdi på 0 repræsenterer basisspændingen, mens en værdi på 1 repræsenterer en top afledt fra passagen af flaget gennem IR-sensor.
- Højreklik på ikonet standardize_peaks.py. Vælg 'Åbn med IDLE'.
- Analyser flyvningen sporet ved hjælp af den standardiserede fil: Rediger flight_analysis.py script til at imødekomme brugeren eksperimentelle betingelser:
- Højreklik på ikonet flight_analysis.py. Vælg 'Åbn med IDLE'.
- I overensstemmelse 39 og linie 80 justere længdenaf den cirkulære flyvevej ifølge armen radius.
- Hvis det er nødvendigt, aktivere en valgfri korrektion hastighed loop ved at slette # i linjerne 50-52. Skift hastighed værdi i overensstemmelse hermed.
- På linje 77 og linje 85, redigere tærsklen hastighed og tidsrummet værdier for at korrigere for falske hastighed aflæsninger i flyvningen spor og tegner sig for meget kort tid mellemrum forekommer mellem to på hinanden følgende lange uafbrudte flyvende anfald.
- På linje 198, angive den samlede optagetid i sekunder. Skift værdien intervaller i output linjer fra linje 287 og frem.
Bemærk: Standardindstillingerne intervaller kan ændres i overensstemmelse med brugernes eksperimentelle krav. For at gøre det, alle numeriske værdier inden funktionen (inkluderet dem i variabelnavnet, for eksempel i variablen "flight_300_900") skal ændres til den ønskede værdi. - På linje 248 typen stien til den mappe, hvor den * .txt standardiserede filen er gemt.
- Angive antalletaf kanaler. Tilføje eller slette kanaler ved at tilføje eller slette en # i begyndelsen af linjer 257-259, linjer 270-272 og linjer 279-281 op til et maksimum på 8 kanaler.
- På linje 304 skrive stien til den mappe, hvor du ønsker at gemme output-filer.
- Når alle brugerindstillinger er angivet, gemme filen og starte scriptet ved at trykke F5.
- Indtast navnet på den * .txt-fil for at analysere (med eventuelle yderligere undermapper) i pop-up vindue, og tryk på retur.
Representative Results
Figur 5 viser repræsentative eksempler på den type grafer, som kan opnås ved hjælp af scripts beskrevet i det foregående afsnit. Flyvedata blev indhentet fra eksperimentelt arbejde udført ved Institut for Zoologi ved University of Cambridge ved hjælp af begrave bille Nicrophorus vespilloides som model (Attisano, upublicerede data). To unge uparrede hanner af omkring 20 dage gamle var tøjret til flyvning møller og placeret i kontrollerede miljøforhold 14:10 L: D og 21 ° C. Biller blev efterladt i flyvningen møllen i 8 timer i træk og flyvningen aktivitet blev registreret. Den på skærmen analyse og den grafiske output gør det muligt at løse individuelle forskelle i flyvning aktivitet mønstre. For eksempel den første mandlige (figur 5A) viste en stærk flyvning, der inden for den første times optagelse, kendetegnet ved høj hastighed og kontinuerlig flyvning, der varede omkring tre timer. Ther forlænget aktivitet fase er karakteriseret ved et gradvist fald i hastighed fra ca. 1,6 m / s til ca. 1 m / s, som. Efter den første flyvende Bout, individet viste en næsten periodisk mønster af relativt kort flyvning anfald omkring 10-15 minutters varighed hver. Den anden mand viste en meget anderledes flyvning mønster med flyvende anfald, der aldrig oversteg varigheden af 15-20 minutter (figur 5B). I denne person flyvningen aktivitet er kendetegnet ved en bred spredning af flyvende anfald i de første 4 timers optagelse, hvorefter dens aktivitet bliver næsten periodisk. Denne person præsenterede også meget lav flyvende fart, der kun lejlighedsvis oversteg 0,4 m / s.
Et andet repræsentativt eksempel blev opnået ved hjælp af en anden insekt model, milkweed bug Oncopeltus fasciatus. Data blev indsamlet under en undersøgelse af den vandrende adfærd og fysiologiske reaktion på mad stress i milkweed bug hunner 24. I denne undersøgelseoptagetid blev sat til en time for at karakterisere kvinder som indvandrere eller beboere. Disse adfærdsmæssige typer er kendetegnet ved en "alt eller intet" svar. Migrerende kvinder engagere sig i vedvarende og kontinuerlige flyvninger normalt varede i nogle timer, mens hjemmehørende hunner viser aldrig flyvning aktivitet længere end få minutter. Således vil en vandrende kvindelige viser en flyvning mønsteret i figur 6A, mens en hjemmehørende kvindelig vil være præget af en bevægelse mønster som den i figur 6B.
Figur 1. Design konfiguration for akryl plast støttestruktur. Den akryl plast støttestruktur for flyvningen møller er konstrueret af tre forskellige komponenter. Der er to uden vertikale vægge (OW) indeholder begge slots for hylderne og en åbning til at rumme de infrarøde sensors (A). Der er en enkelt central lodret væg (CW) med spalter til hylderne. Og der er 5 vandrette hylder (HS) med slots til væggene. Den magnetiske pivot er limet til de vandrette hylder ved position B. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Samlet flyvning mill. (A) akryl plast støttestrukturen er samlet ved at skubbe de fem vandrette hylder (HS) i spalterne i de to udvendige vægge (OW) og den centrale væg (CW), hvilket resulterer i en struktur med 8 individuelle celler, der hver indeholder en magnetisk pivot og en IR-sensor, der giver mulighed for 8 personer til at blive fløjet på samme tid. (B) Den svingarmen, som insekterne er tøjret kan konstrueres til at accomm Odate mange forskellige størrelser og morfologier af insekter. (C) Da den tøjret insekt bevæger drejearmen ophængt mellem magneterne, folien flaget i den anden ende af armen aktiverer IR-sensoren (pil). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Design af ledning, der forbinder de infrarøde sensorer til dataloggeren. (A) En simpel kredsløb forbinder input fra IR-sensor til dataloggeren. (B) Hver datalogger kan drives og forbundet til dataloggeren via en SOLDERLESS breadboard hjælp af diagrammet. (C) Flere sensorer kan tilsluttes til den fælles datalogger ved brug af samme breadboard.large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. Eksempler på optagne flyvning arrangementer. Spændingsspidser repræsenterer komplette omdrejninger af flyvningen mølle arm. (A) En høj kvalitet optagelse af en flyvning begivenhed uden spændingsfald i det optagede signal. (B) En flyvning begivenhed med et spændingsfald på det optagede signal. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5. Repræsentative flyvedata fra nedgravning bille Nicrophorus vespilloides. Individuel variation i flyvningadfærd let indregnet i flyvning optagelser. (A) En enkelt fløj kontinuerligt i ca. tre timer efter forsøgets start og derefter fløj periodisk ved høj hastighed i resten af forsøget. (B) adfærd individet er anderledes i, at denne bille fløj kun sporadisk i hele forsøgsperioden og aldrig fløj ved de høje hastigheder, der ses i den enkelte i panel A (bemærk forskellen i skalaen på Y-aksen). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6. Repræsentative flyvedata fra milkweed bug Oncopeltus fasciatus. To forskellige adfærdsmønstre er klart observeres mellem flyvning data optagelser. (A (B) Den adfærd i panel A er i kontrast til den typiske flyvning opførsel af en hjemmehørende person. Beboere flyve ved lavere hastigheder og fly anfald kun vare kort tid (bemærk forskellen i skalaen på X-aksen for A og B). Klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
En overkommelig, fleksibel og justerbar flyvning mølle design.
Insekt opførsel flyvning er af interesse for en række forskere, fra de interesserede i grundlæggende adfærd insekter under variable miljøer til specialister i biologisk bekæmpelse, som har behov for at forstå, hvordan vilkårene indflydelse tilbøjelighed et skadedyr arter spreder. Fly adfærd kan studeres ved forskellige metoder, der spænder fra flyvning 'løbebånd «og vindtunneler, der tilnærmelsesvis marken for statisk bundne flyvning enheder. Tøjrede flyvning møller, som den præsenteres her, er begrænset i at visse aspekter af en flyvning, såsom ændringer i højde, kan ikke måles 14. Men bundne flyvning møller tillader insekter at flyve uafbrudt og dermed give forskerne at kvantificere parametre såsom hastighed, distance og hyppighed søgning og korrelere disse parametre med miljøforhold, fysiologi og morphology.
Flyvningen mølle præsenteres her er designet til at tillade forskere uden specialviden af elektronik til at opbygge og bruge et tøjret flyvning mølle for at studere flyvning adfærd i insekter. En fordel ved denne konstruktion er, at de samlede omkostninger af flyvningen møllen er lav sammenlignet med andre udformninger. De samlede udgifter kan holdes et godt stykke under 300 dollars. Plast acrylplader er de mest kostbare element. Den anden fordel er, at flyvningen møllen er passende til de begrænsede kontrollerede tilstand arbejdsområder fås i mange laboratorier, i modsætning til en specialiseret vindtunnel. Anvendelsen af 3 mm tykke transparente akryl plastplader betyder, at strukturen både er gennemsigtigt, for at muliggøre let observation af insekter og også lette vægt, gør det muligt for flyvningen møllen skal flyttes til den relevante placering for flyvning forsøg. Den stablede konfiguration af flyvning mill celler maksimerer antallet af prøver køres samtidig minimere fodenudskrive på enheden. Endvidere kan anordningen være let at skille ad. Desuden blev det fly mølle designet til at give mulighed for et stort antal enkeltpersoner der skal udtages prøver relativt let. Hver flyvning mølle indeholder 8 celler, der gør det muligt for forskerne at optage flyvning aktivitet af flere individer på samme tid. Montering insekter indirekte til svingarmen via et insekt pin giver individuelle insekter, der skal placeres i og fjernes fra flyvningen mill hurtigt. Endelig dataregistrering elektronik er enkel og let at bruge, med frit tilgængelig software til dataanalyse. Når samlet, anvender flyvningen mill simple IR sensorer til at registrere flyvning aktivitet. Passagen af folien flag på enden af armen gennem den infrarøde stråle tillader hver omdrejning af armen, der skal optages. Satsen revolution giver data som hastighed, distance, total flyvetid og mønstre af flyvning registreres som input til en data-logger.
Flyvningen mølleer i stand til at tilpasses til en række forskellige typer af insekter. Anvendelsen af hypodermiske stålrør for svingarmen er mere effektivt end andre muligheder, såsom træstave eller sugerør, for selv om tungere, er træk fremstilles reduceret med den smalle diameter, så selv små insekter at være et fly-testet. For nylig har små stykker af optisk fiber været anvendt i en flyvning mølle for små insekter 25. Det bøjede slutning af armen kan limes til armaturet ved forskellige vinkler i forhold til understøtningen akse for at placere den eksperimentelle insekt i sin naturlige flyveretning. I udformningen vist, hvor radius er 10 cm i længden, hele distance ved en omdrejning er 62,8 cm. Fjernelse af centrale lodrette væg vil gøre det muligt en alternativ konfiguration af flyvningen møllen hvor armen radius kan fordobles i længden til at rumme større insekter og revolution afstande på op til 1,20 m. I dette tilfælde stærkere magneter er henstilded til at rumme og stabilisere længere mølle arm.
Som nævnt overalt, flyvningen mølle design er fleksibelt og kan tilpasses til de insektarter af interesse og forskere er i stand til at tilpasse det til deres særlige behov. Dette omfatter ikke kun de fysiske behov insektet, herunder parametre såsom størrelse, effekt, struktur kutikula, men også de biologiske forskelle mellem arterne. En mulig ulempe for alle fly møller er, at manglen på tarsal support 'styrkers insekter til at flyve, måske til udmattelse. Mens dette er sandt i nogle arter, for eksempel, observerede vi den automatiske flyvning respons med vores milkweed bug prøvelser, er det ikke sandt for alle de insekter, vi har testet (f.eks N. vespilloides). Men selv med den automatiske reaktion, vi aldrig observeret insekter flyver til udmattelse eller død, dels på grund af optagetiden vi valgte at imødekomme biologi insekter. Således er det vigtigt at gøreindledende bemærkninger om insekt af interesse at forstå dens adfærd i flyvningen møllen for at optimere dataindsamlingen. En yderligere, velkendte problem med flyvning møller, er, at inerti kan opretholde bevægelse, selv efter insektet er stoppet aktivt flyvende. Scriptet forudsat regnskab for misreadings grund inerti af flyvningen møllen, karakteriseret ved hurtigt fald i flyvehastighed og stigende afstande mellem toppe. Scriptet 'flight_analysis.py »skiller disse" falske toppe' og konstruerer et nyt signal til analyse. Brugeren kan vælge tærsklen hastighed for korrektion, som forklaret i noterne leveres i scriptet.
En 5 V strømkilde er nok til at opnå en læsbar spændingssignal, men en motor med variabel udgangsspænding kan anvendes som strømkilde for at tillade strøm input til varieres og dermed optimere arbejder spænding for hver sensor. En sådan løsning kan også bidrage til at øge visualisering kvalitet of peak signaler i softwarens optagelse grænseflade. Sensorens udgangssignal er vist i software interface som er dannet af en base og spidsspændinger hvor basisspændingen repræsenterer den laveste udgangsspænding fra sensoren i hvile (når den infrarøde stråle ikke afbrydes), mens den maksimale spænding er stigningen fra basisspændingen der opstår, når den infrarøde stråle afbrydes, så armen bevæger sig gennem strålen. Et input spænding på 5 V giver en stigning på omkring 100 mV samtidig øge input til 7 V øger højdepunkt er anledning til 300 mV giver mulighed for en klarere skelnen mellem basen og peak spændinger. Størrelsen af den valgte solderless breadboard bestemmer, hvor mange flyrejser celler kan imødekommes. For at minimere fald i spændingssignalet under optagelse fra flere sensorer, anbefales det at placere modstandene i skiftende rækker langs breadboard (se figur 3C).
Standardisering og analysi tilpasselig signals scripts skrevet til åben adgang programmeringssproget Python.
Gennemføres standardisering og analyse af spændingen signal ved hjælp af brugerdefinerede skriftlige scripts i Python, som er et gratis, udbredte generelle formål og højt niveau programmeringssprog. Slutbrugeren kan nemt tilpasse scripts til at arbejde med egne angivne indstillinger. Tilpasningen sker ved blot at ændre numeriske værdier eller variable navne. Bemærkninger om, hvordan du tilpasser parametrene kan findes inden scripts selv. Standardværdierne i scripts er indstillet til at levere en finindstille signal standardisering, men brugeren kan definere ethvert ønsket grænsen ifølge værdien af den gennemsnitlige spænding for hver kanal. I flyvningen analyse scriptet, funktionen flying_bouts fra linie 105 beregner varigheden i sekunder af længste og korteste flyvende anfald, den procentdel af tiden tilbragt i flyvning over den samlede optagetid, og antallet af flyvende Bout begivenheds af en bestemt varighed interval. Intervallerne kan ændres i overensstemmelse med brugernes eksperimentelle krav. For at gøre det, alle numeriske værdier inden funktionen (inkluderet dem i variabelnavnet, for eksempel i variablen "flight_300_900") skal ændres til den ønskede værdi. Antallet af intervaller og deres varighed simpelthen afhænger af brugerens specifikationer. Scriptet vil udskrive på skærmen resultaterne af analysen for hver kanal. Disse omfatter: gennemsnitlig flyvende fart, total flyvetid, distance, korteste og længste flyvende anfald og flyvning sammensætning. Derudover scriptet returnerer en * .dat-fil for hver kanal og gemmer det i output mappe angivet af brugeren. Hver * .DAT fil indeholder to kolonner: den første er den relative tidspunktet for peak tilfælde, den anden er den detaljerede hastighedsvariation mellem to på hinanden peak begivenheder. Denne fil kan importeres i Excel eller R for at frembringe en graf over hastigheden variation overtid og visualisere flyvning aktivitetsmønstre.
Afslutningsvis disse resultater viser, at denne flyvning mølle design kan let og med succes gennemført for at indsamle data til adfærdsmæssige undersøgelser ser på flyvende aktivitet mønstre i forskellige insekt-modeller. Sådanne data kan anvendes til at undersøge individuel variation i bevægelsesmønstre som afhængige for eksempel på fysiologi og morfologi. Dette kan tilbyde store indsigt i de underliggende fysiologiske og morfologiske træk bestemmer individuel variation i bevægelsesmønstre som fouragering eller vandrende aktivitet, som i sidste ende påvirker befolkningen som helhed. Den detaljerede hastighed variation over tid kan anvendes i kombination med detaljerede fysiologiske og morfologiske målinger, der tilbyder et værktøj til at studere mønstre i ressourceforbrug eller effekter af variation i kropsdel 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).
