Un semplice volo Mill per lo Studio del Tethered Volo in Insetti

Sommario

Il volo negli insetti è influenzato da una serie di fattori e la propensione a disperdersi è una variabile importante nella comprensione dell'ecologia degli insetti e delle strategie di controllo biologico. Descriviamo la costruzione e l'uso di un mulino a volo semplice, relativamente economico e flessibile per misurare i parametri del volo legato negli insetti.

Abstract

Il volo degli insetti può essere un volo migratorio a lungo raggio, un volo di dispersione a medio raggio o un volo a corto raggio alla ricerca di ospiti. Studi precedenti hanno dimostrato che i mulini volanti sono strumenti preziosi per lo studio sperimentale del comportamento di volo degli insetti, consentendo ai ricercatori di esaminare come fattori come l'età, le piante ospiti o la fonte della popolazione possono influenzare la propensione di un insetto a disperdersi. I mulini volanti consentono ai ricercatori di misurare i componenti del volo come la velocità e la distanza percorsa. La mancanza di informazioni dettagliate su come costruire un dispositivo del genere può far sembrare la loro costruzione proibitivamente complessa. Presentiamo un mulino a volo semplice e relativamente economico per lo studio del volo legato negli insetti. Gli insetti sperimentali possono essere legati con adesivi atossici e ruotare attorno a un asse per mezzo di un cuscinetto magnetico a bassissimo attrito. Il mulino è progettato per lo studio del volo in condizioni controllate in quanto può essere utilizzato all'interno di un'incubatrice o di una camera ambientale. I punti di forza sono la circuiteria elettronica molto semplice, il design che permette a sedici insetti di volare contemporaneamente permettendo la raccolta e l'analisi di un gran numero di campioni in poco tempo e la possibilità di utilizzare il dispositivo in uno spazio di lavoro molto limitato. Questo design è estremamente flessibile e abbiamo adattato il mulino per ospitare diverse specie di insetti di varie dimensioni.

Introduzione

Sono state sviluppate diverse tecniche di laboratorio per lo studio del comportamento insetto volo ^1,2. Queste vanno da semplici tethering statico ^3,4 a sofisticati dispositivi che consentono una maggiore libertà di movimento per l'insetto tethered ^5. Ad oggi camere di volo ^6-9 rappresentano i dispositivi che consentano il più alto livello di libertà di volo in condizioni controllate. Questa tecnica presenta due grossi inconvenienti: è difficile da utilizzare per lo studio di grossi insetti e la procedura manuale di raccolta dei dati è molto tempo.

Mulini voli rappresentano una delle tecniche più comuni e convenienti per lo studio del volo degli insetti in condizioni di laboratorio ^10-12. Questa tecnica è preferibile a tethering statica in quanto offre stimoli in movimento ^13, ma si differenzia da un volo gratuito risposta comportamentale ^14-16. Alcuni aspetti del comportamento in volo sul mulino e in natura sono similar ^5,17 così, nonostante alcune limitazioni, mulini aerei rappresentano una valida opzione per indagare questioni riguardanti il verificarsi di particolari risposte comportamentali di volo, come è il caso di migratori tipo volo. Inoltre, i mulini di volo sono più facili da realizzare di gallerie del vento o delle camere di volo e la raccolta dei dati può essere facilmente automatizzato. Così, i ricercatori interessati nel comportamento volo spesso che mulini di volo sono la scelta migliore, ma devono essere consapevoli dei potenziali limitazioni al metodo. Qui, un disegno mulino volo flessibile e personalizzabile è presentato per i ricercatori che hanno scelto di utilizzare mulini di volo per studiare il comportamento di volo.

Diversi autori descrivono disegni mulino volo alternativo. In generale, la parte principale del sistema laminatoio volo, cioè, il braccio del laminatoio basculante, è abbastanza semplice da realizzare. Meno semplice è la parte elettronica del sistema laminatoio volo, che consente la registrazione dei dati. Trattare con ELprogettazione di circuiti ectronic può essere impegnativo, soprattutto per l'entomologo o ecologista comportamentale privo di conoscenze di base di elettronica. Alcuni autori descrivono un complicato o di componente circuito elettronico data nel loro disegno mulino volo ^18-21, o la descrizione della parte elettronica del mulino volo è mancante ^22,23. Altri disegni descrivono actographs meccanicamente complicati, che sono abbastanza complicate da realizzare, ma può aiutare gli investigatori a intraprendere più complesse osservazioni comportamentali ^5.

In questo documento un disegno per un semplice da costruire, mulino volo relativamente poco costoso per lo studio di volo legato negli insetti è descritto. Insieme con il componente elettronico estremamente semplice, il disegno ha una serie di vantaggi. Il mulino volo è progettato per essere utilizzato negli spazi ridotti tipicamente disponibili in laboratorio standard di insetto ecologia. La struttura è realizzata in acrilico trasparente plastic modo che una singola sorgente di luce può raggiungere uniformemente ogni individuo in camere separate del mulino. Data la trasparenza del materiale e le dimensioni ridotte, il mulino volo può essere utilizzato in un incubatore per condizioni di luce e temperatura standardizzati. Infine, l'intera struttura può essere montato e smontato con facilità e, una volta smontato, può essere conservato in un piccolo spazio. Un altro vantaggio per il disegno della struttura è che il mulino volo può essere modificato per consentire lo studio di insetti di dimensioni diverse e con diverse distanze rivoluzione. Questo mulino volo è stato usato per raccogliere i dati sugli insetti tanto diversi per forma e dimensioni come bug euforbia, Oncopeltus fasciatus ^24, bug kudzu, Megacopta cribraria, e coleotteri, seppellendo vespilloides Nicrophorus. Il design mulino volo consente anche per alta through-put richiesto per studi che richiedono campioni di grandi dimensioni. I dati possono essere raccolti con 8 canali simultanei per ognuno dei data logger used modo che un elevato numero di individui può essere analizzato e contemporaneamente un gran numero di campioni può essere maneggiati giorno. Nessun software costoso è necessaria per registrare e visualizzare i dati e lo script scritta su misura per l'analisi dei dati può essere modificato secondo le specifiche esigenze del disegno sperimentale. Risposta volo è molto variabile nelle diverse specie di insetti. Quindi, prima di effettuare un esperimento completo mulino volo, sono raccomandati test preliminari sulla risposta di volo del modello dell'insetto focale. Questi forniranno una comprensione della portata della variazione comportamentale in risposta volo, che sarà utilizzato per affinare aspetti dell'analisi volo come tempo di registrazione o gamma di velocità di volo.

Protocollo

1. Costruire il volo Mill

1. Costruire la struttura di supporto in plastica acrilica:
   1. Tagliare spesse lastre acriliche trasparente 3 mm nelle due pareti verticali esterne, una parete verticale centrale e cinque ripiani orizzontali stabiliti disegno mostrato in Figura 1.
   2. Assemblare inserendo i ripiani (figure 1 e 2; HS) nelle pareti verticali (figure 1 e 2; OW e CW) per formare la struttura di supporto (Figura 2A).
   3. Rafforzare la struttura inserendo colonne polistirene agli angoli esterni sul retro del dispositivo (Figura 2A e 2C Figura). Se necessario, incollare piccoli pezzi di rettangoli edge-protettori lungo le giunzioni parete verticale centrale per fornire sostegno supplementare per i ripiani orizzontali.
2. Costruire il pivoting gruppo del braccio:
   1. Incollare una lunghezza 5 centimetri di 1 cm di diametro tubo di plastica in alto al centro di ogni cella. Incollare una lunghezza di 2 cm di 1 centimetro di diametro tubo di plastica nel centro della parte inferiore di ogni cella, assicurandosi che il tubo superiore e inferiore in ogni cella è allineata. Utilizzando colla a caldo, apporre due 10 mm x 4 mm magneti al neodimio N42 alla fine di ciascun supporto, formando il cuscinetto magnetico per il braccio del laminatoio.
   2. Inserire un perno entomologico in un puntale 20 microlitri e fissarlo in posizione con colla a caldo. Posizionare il perno in modo che entrambe le estremità sporgono della punta della pipetta per formare l'armatura del mulino volo.
      Nota: Durante le prove di volo, la parte superiore del perno è tenuto in posizione dal set top di magneti. L'insieme di fondo di magneti è quello di mantenere l'armatura in posizione verticale, permettendogli di ruotare attorno al proprio asse.
   3. Tagliare una lunghezza 24 centimetri di tubi di acciaio ipodermico non magnetico 19 gauge. Utilizzando colla a caldo, apporre il punto centrale per la parte superiore della punta della pipetta from passo 1.2.2. Bend un'estremità del tubo a 2 cm dalla fine ad un angolo di 95 °, lasciando un lungo braccio di 12 cm dal punto centrale e un braccio corto raggio 10 cm dal centro verso la curva (Figura 2B).
      Nota: La lunghezza del raggio può essere variata per soddisfare diverse distanze rivoluzione.
3. Impostare il sensore IR e data logger:
   1. Fissare i sensori IR ai lati eterno di ciascuna cella utilizzando riutilizzabile mastice adesivo, consentendo al sensore di estendere nella cella attraverso le aperture tagliate nei supporti verticali delle pareti esterne (Figura 2C).
   2. Collegare i sensori IR per un data logger tramite un circuito elettronico molto semplice costruito su una basetta senza saldature (Figura 3). Collegare due resistenze di 180 Ω e 2,2 k rispettivamente all'ingresso e all'uscita della connessione IR sulla basetta (Figura 3A, B). Posizionare le resistenze in alterighe rnate lungo la basetta per ridurre al minimo gocce nel segnale di tensione durante la registrazione da più sensori (vedi Figura 3C).

2. Le prove di volo

1. Legare insetti al braccio mulino volo indirettamente tramite un pin di insetto:
   1. Inserire una bandierina foglio alla fine della fine unbent del braccio girevole per massimizzare interruzione del raggio IR nel sensore e di fungere da contrappeso.
   2. A seconda delle dimensioni e la cuticola dell'insetto zona disponibile per l'attacco, attaccare l'insetto sperimentale ad un pin insetto con riutilizzabili stucco adesivo o colla pelle non tossici. Se necessario, anestetizzare l'insetto da una refrigerazione o di CO _2.
   3. Stampo una piccola quantità di stucco adesivo intorno alla punta arrotondata di un pin entomologica e coprire con una goccia di colla pelle non tossici. Applicare delicatamente sulla zona pronoto e aspettare 5-10s fino a quando la colla è asciutta.
      Nota: I dati proprocedura nella fase 2.1.3 è adatto per gli insetti con hard (scarabeo, insetti) o morbido (vespe, mosche) cuticola. Insetti con cuticola peloso (falene, farfalle) dovranno avere i capelli delicatamente rimosso con un pennello fine prima di tethering.
   4. Inserire il perno con l'insetto in allegato l'estremità piegata del gruppo del braccio oscillante.
   5. Dopo il test di volo è finito, rimuovere il tethering con un bel pinza.
      Nota: Data logger istituito e l'acquisizione è stato ottimizzato come segue per l'attrezzatura specifica elencato nella tabella dei materiali e deve essere regolato per l'utilizzo di altri equipaggiamenti.
2. Avviare una sessione di registrazione con il software Windaq Lite disponibili gratuitamente
   1. Scaricare e installare il software gratuito Windaq Lite (vedere inventario).
   2. Aprire il manager hardware dello strumento, selezionare la data-logger dalla lista pop-up e premere 'Start Windaq'. Una nuova finestra si aprirà e il segno di ingressoal da ciascun sensore verrà mostrato.
   3. Selezionare la frequenza di campionamento desiderata alla quale il datalogger legge e visualizza l'uscita del sensore.
      Nota: La frequenza di campionamento dipende dalla velocità di volo dell'insetto, tuttavia frequenze di campionamento comprese tra 30-45 Hz, sarà abbastanza veloce per catturare il volo di insetti di piccole-medie dimensioni.
   4. Premere Ctrl-F4 per avviare una sessione di registrazione. Selezionare il percorso di destinazione del file di registrazione nella prima finestra pop-up. Scegli la lunghezza appropriata di tempo per registrare volo per la particolare insetto e sperimentare. Definire il tempo di registrazione nella seconda finestra pop-up. Una volta trascorso il tempo di registrazione Premete CTRL-S per finalizzare il file registrato.
3. Verificare la qualità della registrazione.
   1. Aprire la pista di volo registrata e selezionare un canale di tensione. Premere Ctrl-T per aprire una finestra pop-up con le statistiche di tensione per ogni canale.
   2. Garantire che nessuna grosse goccein minimi valore determinato da cadute di tensione attraverso il circuito (Figura 4). Eliminare i canali in cui la differenza tra la media del canale e la tensione minima è maggiore di 0,1 V.
4. Salvare il file in un formato CSV *: Andate su File> Salva con nome e nella finestra pop-up selezionare "print Spreadsheet (CSV)". Nella finestra pop-up "foglio di calcolo Commenti" selezionare "Ora Relative" e deselezionare tutte le altre opzioni. Fare clic su OK per salvare il file.

3. Analisi dei dati di volo con Python 3.4.x

1. Installa l'ultima versione di Python 3.4.x. Scaricare l'archivio Python_scripts.zip (Supplemental File), aprirlo, e salvare standardize_peaks.py e flight_analysis.py sul desktop.
2. Standardizzare e selezionare i picchi nel segnale registratocome segue
   1. Fare clic destro sull'icona standardize_peaks.py. Seleziona 'Apri con IDLE'.
      Nota: IDLE è l'editor predefinito per Python, ma qualsiasi editor di testo può essere utilizzato per questo scopo.
   2. In linee 18-19, specificare i valori di soglia attorno tensione media utilizzata per eseguire la normalizzazione del segnale di tensione per ogni canale.
      Nota: i valori predefiniti sono impostati per fornire un segnale di normalizzazione multa sintonizzare, ma l'utente può definire una soglia desiderata in funzione del valore della tensione media per ciascun canale. Questi possono essere trovati nella finestra delle statistiche di tensione (vedi punto 2.3).
   3. In linea 45, digitare il percorso della cartella in cui il file CSV registrati * viene salvato.
   4. In linea 91, digitare il percorso della cartella in cui si desidera registrare il file di picco * .TXT.
   5. In linea 61 e la linea 72, specificare il numero di canali necessari. Aggiungere o eliminare i canali cancellando il # all'inizio della linea 61-63 e 72-74 fino ad un massimosimo di 8 canali.
   6. Salvare il file e avviare lo script premendo F5.
   7. Immettere il nome del file * .csv (con eventuali sotto-cartelle aggiuntive) per la finestra pop-up e premere Invio per salvare un nuovo file .TXT * con i segnali standardizzati nella cartella specificata.
      Nota: A seconda del numero di canali utilizzati n, questo file contiene n + 1 colonne: la prima colonna è il tempo relativo dell'evento campionamento, gli altri n colonne rappresentano la base e picchi eventi da n canali utilizzati per la registrazione. Il valore 0 rappresenta la tensione di base, mentre un valore di 1 rappresenta un picco derivato dal passaggio della bandiera attraverso il sensore IR.
3. Analizzare la pista di volo utilizzando il file standard: Modificare lo script flight_analysis.py per ospitare le condizioni sperimentali utente:
   1. Fare clic destro sull'icona flight_analysis.py. Seleziona 'Apri con IDLE'.
   2. In linea 39 e la linea 80 regolare la lunghezzadella traiettoria circolare secondo il raggio del braccio.
   3. Se necessario, attivare un ciclo di correzione di velocità opzionale eliminando il # di linee 50-52. Modificare il valore della velocità di conseguenza.
   4. In linea 77 e la linea 85, modificare la soglia di velocità ed i valori intervallo di tempo per correggere le letture falsi velocità nella pista di volo e spiegare le lacune di tempo molto brevi che si verificano tra due periodi di volo ininterrotto lunghi consecutivi.
   5. In linea 198, specificare il tempo totale di registrazione in secondi. Modificare i campi di valori nelle linee di uscita dalla linea 287 in poi.
      Nota: Le gamme di default possono essere modificati in base alle esigenze dell'utente sperimentali. Per fare ciò, tutti i valori numerici all'interno della funzione (inclusi quelli del nome della variabile, ad esempio nel "flight_300_900" variabile) devono essere cambiati al valore desiderato.
   6. In linea 248 tipo il percorso della cartella in cui il file di * .txt standard viene salvato.
   7. Specificare il numerodi canali. Aggiungere o eliminare i canali con l'aggiunta o l'eliminazione di un # all'inizio delle righe 257-259, linee 270-272 e linee 279-281 fino a un massimo di 8 canali.
   8. In linea 304 digitare il percorso della cartella in cui si desidera salvare i file di output.
   9. Una volta che sono specificate tutte le impostazioni utente, salvare il file e avviare lo script premendo F5.
   10. Immettere il nome del file * .TXT da analizzare (con eventuali ulteriori sottocartelle) nella finestra pop-up e premere Invio.

Risultati

Figura 5 mostra esempi rappresentativi del tipo di grafici che possono essere ottenuti utilizzando gli script descritti nella sezione precedente. Dati di volo sono stati ottenuti dal lavoro sperimentale condotto presso il Dipartimento di Zoologia presso l'Università di Cambridge con il coleottero seppellendo Nicrophorus vespilloides come modella (Attisano, dati non pubblicati). Due giovani maschi non accoppiati di circa 20 giorni di età sono stati legati ai mulini di volo e posto in condizioni ambientali controllate di 14:10 L: D e 21 ° C. Gli scarafaggi sono stati lasciati nel mulino volo per 8 ore consecutive e l'attività di volo è stata registrata. L'analisi su schermo e l'uscita grafica rendono possibile risolvere le differenze individuali nei modelli di attività di volo. Ad esempio, il primo maschio (Figura 5A) ha mostrato una forte attività di volo entro la prima ora di registrazione, caratterizzato da elevata velocità e volo continuo durato circa tre ore. Thè fase prolungata attività è caratterizzata da una progressiva diminuzione della velocità di circa 1,6 m / s fino a circa 1 m / s che. Dopo l'incontro di volo iniziale, l'individuo ha mostrato un modello quasi periodica di relativamente breve volo attacchi circa 10-15 minuti di durata ciascuno. Il secondo maschio ha mostrato un modello di volo molto diverso con attacchi volanti che mai superato la durata di 15-20 minuti (Figura 5B). In questo individuo l'attività di volo è caratterizzato da un'ampia diffusione di attacchi volanti nelle prime 4 ore di registrazione, dopo di che la sua attività diventa quasi periodico. Questo individuo ha anche presentato molto bassa velocità di volo che solo occasionalmente ha superato 0,4 m / s.

Un altro esempio rappresentativo è stato ottenuto utilizzando un modello diverso di insetto, l'erba-latte bug Oncopeltus fasciatus. I dati sono stati raccolti durante uno studio sul comportamento migratorio e la risposta fisiologica allo stress alimentare nelle femmine milkweed bug ^24. In questo studio, latempo di registrazione è stato impostato su un'ora al fine di caratterizzare le femmine gli immigrati o residenti. Questi tipi di comportamento sono caratterizzati da una risposta "tutto o niente". Femmine migratori impegnarsi in voli prolungati e continui di solito della durata di poche ore, mentre le femmine residenti non mostrano l'attività di volo più di qualche minuto. Così, una femmina migrante mostrerà un modello di volo come in Figura 6A, mentre una donna residente sarà caratterizzata da un modello di movimento come quella nella Figura 6B.

Figura 1. Configurazione Design per acrilico struttura di supporto in plastica. La struttura di supporto in plastica acrilica per i mulini di volo è costruita da tre componenti differenti. Ci sono due pareti verticali esterne (OW) contenenti entrambi gli alloggiamenti per i ripiani e un'apertura per accogliere i sens IRors (A). C'è una singola parete verticale centrale (CW) con slot per i ripiani. E ci sono 5 ripiani orizzontali (HS) con slot per le pareti. Il perno magnetico è incollato ai ripiani orizzontali in posizione B. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2. assemblato mulino volo. (A) La struttura di supporto in plastica acrilica è assemblato inserendo i cinque ripiani orizzontali (HS) nelle fessure le due pareti esterne (OW) e la parete centrale (CW), risultando in una struttura con 8 celle individuali contenenti ciascuna una magnetica perno e un sensore IR, consentendo 8 individui da percorrere contemporaneamente. (B) Il braccio di perno a cui gli insetti sono tenuti legati possono essere costruiti per accomm Odate una varietà di dimensioni e morfologie di insetti. (C) Poiché l'insetto legato muove il braccio girevole sospeso tra i magneti, la bandiera lamina all'altra estremità del braccio attiva il sensore IR (freccia). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3. Progettazione del circuito che collega i sensori IR al data logger. (A) Un semplice circuito collega input dal sensore IR per il data logger. (B) Ogni data logger può essere alimentato e collegato al data logger tramite un tagliere solderless utilizzando il diagramma. (C) I sensori possono essere collegati al data logger singolo utilizzando la stessa basetta.large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4. Esempi di eventi di volo registrati. I picchi di tensione rappresentano giri completi del braccio del mulino volo. (A) una registrazione di alta qualità di un evento volo senza cadute di tensione nel segnale registrato. (B) Un evento di volo con una caduta di tensione nel segnale registrato. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5. dati di volo rappresentante della seppellendo scarabeo Nicrophorus vespilloides. Variazione individuale in volocomportamento è facilmente riconoscibile nelle registrazioni di volo. (A) Un individuo volato continuamente per circa tre ore dopo l'inizio del processo e poi volato periodicamente ad alta velocità in tutto il resto della prova. (B) Il comportamento del singolo è diversa in quanto questo coleottero volato solo sporadicamente tutto il processo e mai volato alle alte velocità visti in dell'individuo in pannello A (si noti la differenza di scala sull'asse Y). Cliccate qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6. dati di volo rappresentativi del Milkweed bug Oncopeltus fasciatus. Due diversi modelli di comportamento sono chiaramente osservate tra le registrazioni dei dati di volo. (A ) Questa registrazione è tipico del tipo di volo comportamento visto in individui migratori. Individui migratori volano ad una velocità relativamente costante per lunghi periodi di tempo. (B) Il comportamento nel riquadro A è in contrasto con il comportamento tipico volo di un individuo residente. I residenti volano a velocità inferiori e attacchi aerei durano solo un breve periodo di tempo (si noti la differenza di scala sull'asse X per A e B). Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Discussione

Un design mulino volo accessibile, flessibile e regolabile.

Comportamento volo degli insetti è di interesse per una vasta gamma di scienziati, da coloro che sono interessati il ​​comportamento di base di insetti in ambienti variabili a specialisti di biocontrollo che hanno bisogno di capire come le condizioni influenzano la propensione di una specie parassita per disperdere. Comportamento in volo può essere studiato con vari metodi che vanno dalla 'tapis roulant' di volo e gallerie del vento che le condizioni di campo approssimativi per statica dispositivi volo tethered. Mulini di volo legati, come quello qui presentato, sono limitate in quanto alcuni aspetti del volo, come i cambiamenti di altitudine, non può essere misurato ^14. Tuttavia, mulini voli frenati permettono insetti di volare senza interruzioni e quindi permettono ai ricercatori di quantificare i parametri come la velocità, la distanza e la periodicità di volo e di correlare questi parametri con le condizioni ambientali, la fisiologia, e morphology.

Il mulino volo presentato qui è stato progettato per permettere ai ricercatori senza conoscenze specifiche di elettronica per costruire e utilizzare un mulino volo legato al fine di studiare il comportamento in volo degli insetti. Un vantaggio di questo disegno è che il costo complessivo del mulino volo è basso rispetto ad altri disegni. Il costo complessivo può essere mantenuta ben al di sotto di 300 dollari USA. Le lastre acriliche di plastica sono la voce più costosa. Il secondo vantaggio è che il mulino volo è adattabile per gli spazi di lavoro limitati condizioni controllate disponibili in molti laboratori, al contrario di una galleria del vento specializzata. L'utilizzo di spessi strati di plastica acrilico trasparente da 3 mm significa che la struttura sia trasparente, per consentire una facile l'osservazione degli insetti, e anche il peso leggero, permettendo al mulino volo da spostare nella posizione appropriata per le prove di volo. La configurazione impilata delle cellule mulino volo massimizza il numero di campioni eseguito mentre minimizzando il piedestampa del dispositivo. Inoltre, il dispositivo può essere facilmente smontata. Inoltre, il mulino volo è stato progettato per consentire un gran numero di individui da campionare in modo relativamente semplice. Ogni mulino volo contiene 8 celle, consentendo ai ricercatori di registrare l'attività di volo di più individui contemporaneamente. Collegamento insetti indirettamente al braccio girevole tramite un perno insetto permette singoli insetti da collocare e rimossi dal mulino volo rapidamente. Infine, l'elettronica di registrazione dei dati è semplice e facile da usare, con software liberamente disponibili per l'analisi dei dati. Una volta assemblato, il mulino volo utilizza sensori a infrarossi semplice per registrare l'attività di volo. Il passaggio della bandiera lamina all'estremità del braccio attraverso il raggio a infrarossi permette ogni giro del braccio da registrare. Il numero di giri consente di dati come la velocità, la distanza percorsa, il tempo totale di volo e del ritmo di volo da registrare come input in un data-logger.

Il mulino voloè in grado di essere adattato per un certo numero di diversi tipi di insetti. L'uso di tubi in acciaio ipodermico per il braccio oscillante è più efficace rispetto ad altre opzioni, come bastoni di legno o di cannucce perché, anche se più pesante, la resistenza prodotto viene ridotto dal diametro stretto, permettendo anche piccoli insetti siano volo-test. Recentemente, piccoli pezzi di fibra ottica sono stati utilizzati in un mulino volo per piccoli insetti ^25. La fine piegata del braccio può essere incollato all'armatura a diversi angoli rispetto all'asse del supporto per posizionare l'insetto sperimentale nel suo orientamento naturale volo. Nel disegno presentato, in cui il raggio è di 10 cm di lunghezza, l'intera distanza percorsa in un giro è 62,8 cm. Rimozione della parete verticale centrale consentirà una configurazione alternativa del mulino volo in cui il raggio braccio può essere raddoppiato in lunghezza per ospitare grandi insetti e rivoluzione distanze fino a 1,20 m. In questo caso, i magneti più forti sono raccoDED per accogliere e stabilizzare il braccio di più mulino.

Come si è detto tutto, il disegno mulino volo è flessibile e adattabile per le specie di insetti di interesse e ricercatori sono in grado di personalizzare per le loro particolari esigenze. Questo include non solo le esigenze fisiche dell'insetto, tra cui parametri quali la dimensione, il potere, la struttura della cuticola, ma anche differenze biologiche tra le specie. Un potenziale svantaggio di tutti i mulini di volo è che la mancanza degli insetti 'forze' di supporto tarsale di volare, forse per stanchezza. Anche se questo è vero in alcune specie, ad esempio, abbiamo osservato la risposta automatica volo con le nostre prove milkweed bug, non è vero per tutti gli insetti che abbiamo testato (ad esempio N. vespilloides). Tuttavia, anche con la risposta automatica, non abbiamo mai osservato insetti volanti ad esaurimento o la morte, in parte a causa del tempo di registrazione abbiamo scelto di ospitare la biologia degli insetti. Pertanto, è importante fareosservazioni preliminari sul insetto interessare comprendere il comportamento nel mulino volo al fine di ottimizzare la raccolta dei dati. Un ulteriore, problema ben noto con mulini di volo, è che l'inerzia può mantenere movimento anche dopo l'insetto ha smesso di volare attivamente. Lo script ha fornito i conti per i fraintendimenti a causa dell'inerzia del mulino volo, caratterizzata da rapidi diminuzione della velocità di volo e distanze tra i picchi crescenti. Lo script 'flight_analysis.py' scarta questi "falsi picchi" e costruisce un nuovo segnale per l'analisi. L'utente può scegliere la soglia di velocità per la correzione, come spiegato nelle note fornite nello script.

Una fonte di alimentazione 5 V è sufficiente per ottenere un segnale di tensione leggibile, tuttavia un alimentatore con tensione di uscita variabile può essere utilizzata come fonte di energia per consentire l'ingresso di alimentazione sia varia e quindi ottimizzare la tensione di funzionamento per ciascun sensore. Tale soluzione può anche contribuire a migliorare la qualità di visualizzazione osegnali di picco f nella interfaccia di registrazione del software. L'uscita del sensore è mostrato nell'interfaccia software come formato da una base e di picco tensioni in cui la tensione di base rappresenta la tensione più bassa di uscita dal sensore a riposo (quando il fascio IR non viene interrotto), mentre la tensione di picco è l'aumento di tensione di base che si verifica quando il raggio IR viene interrotta quando il braccio viaggia attraverso il fascio. Una tensione di ingresso 5 V fornisce un aumento di circa 100 mV, aumentando l'ingresso 7 V aumenta ascesa del picco a 300 mV consentendo una chiara discriminazione delle tensioni di base e di picco. La dimensione della basetta saldatura scelto determina il numero di cellule di volo possono essere ospitati. Per minimizzare gocce nel segnale di tensione durante la registrazione da più sensori, si raccomanda di posizionare le resistenze in file alternate lungo la basetta (vedere Figura 3C).

La normalizzazione del segnale personalizzabile e l'analisi dells script scritti per l'accesso aperto linguaggio di programmazione Python.

La standardizzazione e l'analisi del segnale di tensione sono condotti utilizzando script scritti personalizzato in Python, che è un uso generale e di alto livello linguaggio di programmazione libero, ampiamente utilizzato. L'utente finale può facilmente personalizzare gli script di lavorare con proprie impostazioni specificate. La personalizzazione si ottiene semplicemente cambiando i valori numerici o nomi di variabili. Note su come personalizzare i parametri possono essere trovati all'interno degli script stessi. I valori predefiniti negli script sono impostati per fornire un segnale di normalizzazione multa sintonizzare, ma l'utente può definire una soglia desiderata in funzione del valore della tensione media per ciascun canale. Nello script analisi volo, i flying_bouts funzione dalla linea 105 calcola la durata in secondi di più lungo e attacchi volanti più brevi, la percentuale di tempo trascorso in volo sopra il tempo di registrazione totale e il numero di volare incontro eventos di una gamma durata specificata. Gli intervalli possono essere modificati in base alle esigenze dell'utente sperimentali. Per fare ciò, tutti i valori numerici all'interno della funzione (inclusi quelli del nome della variabile, ad esempio nel "flight_300_900" variabile) devono essere cambiati al valore desiderato. Il numero di intervalli e la loro durata dipende semplicemente specifiche dell'utente. Lo script stamperà sullo schermo i risultati dell'analisi per ogni canale. Questi includono: velocità media di volo, tempo totale di volo, distanza percorsa, e attacchi breve Più lungo volo e la composizione di volo. Inoltre, lo script restituisce un file .dat * per ogni canale e lo salva nella cartella di output specificata dall'utente. Ciascun file * .DAT contiene due colonne: il primo rappresenta il tempo relativa dell'evento picco, il secondo è la variazione dettagliata velocità tra due eventi successivi picchi. Questo file può essere importato in Excel o R per produrre un grafico della variazione di velocità sutempo e visualizzare i modelli di attività di volo.

In conclusione, questi risultati dimostrano che questo disegno mulino volo può essere facilmente e correttamente implementato per raccogliere dati per studi comportamentali guardando volare modelli di attività in diversi modelli di insetti. Tali dati possono essere utilizzati per studiare variazioni individuali in schemi di movimento come dipendente per esempio sulla fisiologia e morfologia. Questo può offrire grandi intuizioni le caratteristiche fisiologiche e morfologiche sottostanti che determinano variazioni individuali in schemi di movimento come bottinatrici o attività migratoria, che colpisce in ultima analisi, la popolazione nel suo complesso. La variazione di velocità dettagliata nel tempo può essere utilizzato in combinazione con misurazioni fisiologiche e morfologiche dettagliate, offrendo uno strumento per studiare gli schemi di consumo di risorse o effetti di variazione nel corpo parte morfologia sull'attività volo.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Registratore di dati	DATAQ Instruments, Ohio, USA	DI-149	Questi particolari registratori di dati sono stati scelti perché possono essere facilmente collegati tramite USB a un computer e sono dotati di software proprietario gratuito (WinDaq/Lite, DATAQ Instruments, Ohio, USA) per visualizzare e registrare l'uscita del sensore, aumentando l'accessibilità del design del mulino di volo.
Data Logger - potenziale alternativa			Una potenziale alternativa ai data logger DATAQ è un adattatore da RS232 a USB, prontamente disponibile presso l'ufficio o i negozi di forniture elettroniche. Questi dovrebbero essere in grado di leggere i dati direttamente dalla porta seriale tramite il modulo pyserial.
Perni entomologici	BioQuip
Tubi in acciaio ipodermico calibro 19	Minuteria	B000FN5Q3I	Disponibile tramite Amazon.com; sono disponibili altri fornitori, ma assicurati di acquistare tubi in acciaio austenitico per garantire il braccio in sensori IR non magnetici
	Optek Technology Inc., Texas USA	OPB800W
magneti			al neodimio N42Prontamente disponibile; può essere acquistato tramite fornitori specializzati di magneti, negozi di hobby o Amazon
Plexiglass/perspex			Prontamente disponibile in qualsiasi negozio di ferramenta
Colonne di polistirene per supporto			Qualsiasi materiale di imballaggio in polistirene o polistirolo che altrimenti potrebbe essere scartato o riciclato può essere utilizzato per modellare le colonne di supporto per il mulino di volo. Altrimenti, i fogli isolanti in polistirolo sono disponibili in qualsiasi negozio di ferramenta.
Modulo di alimentazione breadboard senza saldatura	Arrela	MB102	L'unità di alimentazione da 5 V, la breadboard e i ponticelli maschio-maschio senza saldatura possono essere facilmente acquistati come kit.