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方法論記事

低コスト、小型で、簡単に構築されたフライトのミルを使用してアンブロシア甲虫、カシノナガキクイムシ(村山) の飛行能力を測定

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DOI：

10.3791/57468

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2018年8月6日

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1School of Human Science and Environment, University of Hyogo, 2Laboratory of Forest Biology, Division of Forest and Biomaterials Science, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, 3Hyogo Prefectural Technology Center for Agriculture, Forestry and Fisheries

この記事について

サマリー

低コスト、小型飛行ミルを開発、一般的な項目で構成されて、簡単に実験で使用します。この装置を用いてアンブロシア甲虫、カシノナガキクイムシの飛行能力を測定しました。

要約

アンブロシア甲虫、カシノナガキクイムシ(村山) は、ドングリの木 (日本の ○ カシのいちよう) の大量死を引き起こす真菌病原体のベクトルです。したがって、散布容量を知るより効果的にこの病気を防ぐためにトラップ/木除去努力を知らせる助けるかもしれない。本研究では飛行速度と持続時間を測定し、, 新たに開発した飛行ミルを使用してカブトムシの飛行距離を推定.飛行ミルは低コスト、小型、および一般的な項目を使用して構築されました。飛行ミル腕と垂直軸の両方は、細い針を構成します。カブトムシの標本は瞬間接着剤を使用して腕の先端に釘付けに。その他の先端がプラスチックで覆われているため厚い、従ってそれ腕の回転の検出が容易になります。腕の革命は、赤外線 LED 搭載フォト センサーによって検出され、LED の上に腕が渡された場合、出力電圧の変化で示されます。フォト センサーがパソコンに接続されているし、1 kHz のサンプリング レートで出力電圧データが格納されます。このフライトのミルを使用して実験を行い、カシノナガキクイムシが飛ぶことができることがわかった、少なくとも 27 km。私たちのフライトのミルには、安価で小型の普通のアイテムが構成されている、ため多くの所で飛行を準備し、小さな実験室スペースで同時に使用できます。これにより、短期間で大量のデータを取得する実験者。

概要

動物の長い移行距離食品と仲間を求めて。移行する動物は時々 望ましくない仲間を運ぶかもしれない。女性のアンブロシア甲虫、カシノナガキクイムシ(村山) は病原菌、 Raffaelea quercivora久保野の知られているベクトルら新伊藤。この病原体は、ドングリの木 (日本の ○ カシのいちよう) の大量死亡率と高い死亡率1を引き起こします。1980 年以来、この病気は、日本で展開しています、2深刻な問題となっています。

カシノナガキクイムシは小さな虫 (体長 4-5 mm、体重 4 〜 6 mg)、病気の年間展開彼らが数 km3,4まで飛ぶことができることを示唆しています。男性カシノナガキクイムシはホストのツリーを検索し、男女とも5を集めて集合フェロモンを解放します。その結果、ホストのツリーは質量個体、襲われ、最終的に死にます。男性は着陸後ツリー内トンネルを退屈させるとフェロモン集めて女性がトンネルに入るし、卵を産みます。孵化したP. quercivoursは、大人になるまでトンネルで育ちます。大人は出てくるし、新しいホストを検出する分散します。したがって、病気の拡大はおそらくこのカブトムシの渡り鳥の能力に関連します。ただし、するカブトムシが飛ぶことができる程度はまだ明らかではありません。さらに、女性が男性6より大きい (女性: 4.6 mm と男性: 4.5 mm) 男性カブトムシをターゲット ツリーを検索、木の中のトンネルに入り、女性を魅了しと。これら性差体サイズと彼らの生命飛行の役割を考慮した飛行能力で性差は存在が能力の違いは不明のまま。

一般に、フィールドでの移動能力を測定、特に渡り鳥の領域の広い範囲のため、能力を飛行する非常に困難です。フライト ・ システムなどの係留条件下で実験室で測定した移動能以上 60 年7,8,9,10、11,12,13。 フライト工場システムはいくつかの昆虫が長距離飛行能力を持っていることを示しています。たとえば、飛行機山マツカブトムシの最長飛行距離は以上 24 km14,、 Tetrastichus planipennisiヤン飛んだ最大限 7 km15。飛行ミルは一般に利用できるツールが、生きている動物の生物学的アッセイはしばしば、個人差がかなり大きくします。これを克服するために複数回繰り返す多数の測定が平均分散能力の信頼できる推定値を取得する必要です。したがって、複数の個人は、データの十分な量のクイック コレクションを同時に使用する必要があります。ただし、同時実験複数の実験のセットアップ、広いスペースを必要とする、単一の測定システムと比較して高価であります。したがって、フライト工場は低コストである必要があります、簡単にする必要があります一般的な項目、およびコンパクトを内蔵。さらに、実験の手順が複雑になる必要があります。 または巧みなオペレーターが必要ないです。

本研究で我々 は、実験で簡単に使用できる、アンブロシア甲虫の飛行能力を測定した小型、低コストのフライト ミル (図 1および図 2) を組み立ててカシノナガキクイムシ。

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プロトコル

1、飛行機工場の建設

  1. 飛行ミル装置の試作
    1. 針からプラスチックの一部を切断 (金属パーツ: 40 mm 長さ、直径 0.25 mm; プラスチック部分: 長さ 22 mm 径 2 mm) ニッパー (図 3) で。
    2. エポキシ系接着剤 (図 3) と十字の形で未処理針フライト ミル腕としてそれらを参照しているこの針および軸針を修正します。
      注: 軸針の未処理面は底側をする必要があります。飛行ミル アームの発見のヒント (図 1 bおよび図 3) カブトムシを接着ためです。
  2. 基地建設
    1. 軸の針が水平に滑るを防ぐために爪をハンマーで薄いステンレス金属板 (5 cm × 5 cm) の表面の小さなくぼみを作る (図 4)。
      注: 金属板の実際の寸法は、重要ではない、別の材料は可能ですが; 任意の柔らかい素材を使用しないでください。そうでなければ、その工場の回転を防ぐ、針が立ち往生されます。
    2. 置き、木造に金属板を修正テープで基板 (木製台座)。
    3. ダブル スチール プレートを曲げて L 字 (図 1 図 2 a)。
      注: 壁に家具を固定するための L 字金属板を使用すると便利だった。板のこの種の使用を支持するもう一つの便利な点は、多くの穴がすでにプレートでした。穴は、ねじ、またスナップ ボタン (図 1 a 図 4) を修正するのに使用されました。
    4. 使い捨てプラスチック ピペットの先端を切断することによってシリンダーを作る (高さ 1 cm、径 (外径) 外径 4 mm、内径 (内径) を = = 2 mm) (図 2 aおよび図 4) 軸針を導くため。
    5. 配置し、(図 2 aおよび図 4) 金属板のダブル L 字プレートとシリンダーを修正します。
  3. 検出装置の試作
    1. ように金属板を曲げるようにトップ プレート L 字します。
      注: それは (図 5B-C) の壁に家具を固定するための L 字金属板を使用すると便利だった。もしそうなら、この手順を省略することができます。
    2. トップ プレート (図 2 D・ E図 4、および図 5 a) に小さな金属キャップ (5 mm 長さ、直径 1 mm) を置きます。
      注: cap として我々 はスナップ ボタンを使用します。それは L 字プレート (図 4) の穴を通して渡されます。
    3. L 型プレート (図 4および図 5 a) のフォト センサーを修正します。(図 2 D-E、および図 4) のスペースを節約する L 字プレートのセンサーの回路基板をねじ止め。
    4. 赤外線 LED を接着剤 (150 mW) LED (図 1 a 図 2 a) の回路基板と一緒に小さな磁石で。
    5. LED を配置 (150 mW) フォト センサー (図 1 a 図 2 a) の下にあるベース プレートに。
  4. ホルダーの建設
    1. ように金属板を曲げて L 字します。
      注: それは (図 5B-C) の壁に家具を固定するための L 字型の金属プレートを使用すると便利だった。もしそうなら、この手順を省略することができます。
    2. 木製のプレートを修正ボード (壁) ネジ (図 1図 4、および図 5 b)。木の板の高さが重要な本研究では 7 cm だったです。
  5. ケーブルを接続します。
    1. 通常の電気ケーブル経由で A/D コンバーターのアナログ入力チャンネル (アイン) にフォト センサーを接続します。
      注: それはすべてのケーブルを束ね、乱雑なワークスペースはしばしば実験を通して細かい操作を防止するため L 字プレート (図 5B-D) 固定場合便利です。
    2. A/D コンバーターを USB ケーブル経由でパソコン (PC) に接続します。

2 実験手順

  1. 収集すべてたて現れた死んだミズナラからカシノナガキクイムシ大人ブルーメ (ブナ目: ドングリ) 実験を実行する日の朝 (午前 7-9) の木。
    注: は、前の日に収集のカブトムシを使用しないでください。100 以上のカブトムシが毎日出てきて、新たに出現したカブトムシが毎日チェックします。カブトムシを採集の詳細なメソッドの参照16を参照してください。
  2. Anesthetization の氷の上には、カブトムシを置きます。濡れている; カブトムシを避けるそれ以外の場合、次の手順を完了することは困難ででしょう。氷の上すべての後続の手順を実行します。
  3. ミルの腕、前胸背板甲虫の瞬間接着剤 (ゼリー状接着剤) の 1 つのコンポーネントの少量を配置し、ミル腕、前胸背板との接触を維持します。
    注: この接着剤は単独で使用されるには、ゼリー状の接着剤はゆっくり乾燥されます。しかし、この接着剤は、(材料表) の 2 つのコンポーネントの混合時すぐに機能します。その他のコンポーネント (液体接着剤) は、次の手順で使用されます。
  4. 穿刺または棒を使用して少量の接着剤 (液体接着剤) の他のコンポーネントを追加します。翼が (図 1 b) 接着剤から解放されたことを確認します。液体の接着剤を使用して、ゼリー状の接着剤の硬化を促進します。
  5. L 字プレートの L 型プレート (天板) を保持するために磁石を使用して飛行ミル (図 6) に十字針を調整します。針の天板の高さを調整するとき、単にトップ プレートをスライドさせます。トップ プレート (図 5 a) のスナップ ボタンの穴に軸針の上部の先端を挿入し、ベース プレート (図 6) ガイドに他のヒントを配置します。
  6. センサーの下に IR LED の位置を調整します。

3. 取得し、データを分析

  1. フォト センサーからの増幅された出力信号を記録し、(用 A/D コンバーター ・ ソフトウェア、材料表) (図 7 a) 1,000 ポイント/秒のサンプリング レートで商業ソフトウェアを用いた A/D コンバーターを介して PC に格納します。
  2. DAQFActoryExpress ソフトウェアを起動します。
  3. クロスをクリックして (+) [ワークスペース] ウィンドウでログアイコンをマークします。
  4. ログ セット名を右クリックし、ログ開始] 設定を選択します。
    注: ソフトウェアは、ログとデータを保存を続けます。
  5. 録音を停止するには、ログ セット名を右クリックし、終了ログ設定を.csv ファイルに保存するを選択します。
  6. 上記フライト ミル アームの通過時間記録された電圧がしきい値 (0.5 V) を超えた場合にのみ時間を検出して適切なソフトウェアを使用して赤外線 LED を抽出します。
    注: いくつかのソフトウェア (例えば、MS Excel) では、作成した .csv ファイルを読むことができます、ので、研究の目的に応じて使い慣れたソフトウェアを使用します。必要に応じて、プログラムをダウンロード、カスタムメイド Github を利用 https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill。プログラム、プログラムを使用する手順の詳細については、メイン プログラムとされている README ファイルを参照してください。

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結果

これらの実験では、飛行工場に適用される甲虫の約 50% は 1 つまたは複数の回転を示した。センサーと LED の間の仮想のラインが渡されると、プラスチック部分は、記録された電圧が約 6.5 V、0 V を中心から変更し、渡すの期間は飛行速度に応じて、10-20 ms 以内であった。したがって、スパイク状の電圧変動が 1 回転 (図 7 b) として観察されます。電圧が試合、回転速度や回転時間回転数に関係なく (0.5 V) しきい値を超えた飛行ミル アーム回転、すなわちとき、として、我々 はフライトを定義されています。時間として飛行時間も定義のみ記録された電圧がしきい値を超えました。したがって、1 つだけの時点でプラスチック部品の各通過のため抽出しました。その結果、飛行工場に適用される甲虫の 50%「飛んだ」。ほとんどの場合甲虫ではあるが、フライト前に繰り返し彼らの翼を開閉する傾向があったいくつかの甲虫は、事前の兆候を示すことがなく飛行を開始しました。通常、カブトムシ一定期間 (一部便) 飛行...

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ディスカッション

低コスト、ビルド、小さな昆虫カシノナガキクイムシ(体長 4-5 mm、体重 4 〜 6 mg) などの小型フライト ミルを開発しました。私たちのフライトのミルだけ普通針、赤外線 LED、光センサー、瞬間接着剤などとコンピューター制御の電気機器などの任意の洗練された、高価なまたは稀な項目を必要としません。これは必要な項目の簡単かつ迅速なコレクションを有効にし、実験のコストを削減します。確かに、それはコストのみ 1,000 円 (約 10 米ドル、8 ユーロ、または 7 ポンド) あたりフライト (飛行型ミル特定など PC、A/D 変換器、ソフトウェア、ソフトウェア ライセンス等を除く) さらに、提示された飛行ミルはコンパクト。したがって、準備し、大規模な実験空間 (図 5) を必要とすることがなく複数便ミルズ16を使用することが可能でした。これらは他の飛行のミルズの方法論に関して本法の最強のポイントです。

推進力は、この小さ...

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開示事項

著者が明らかに何もありません。

謝辞

実験を助けるため氏 s. 深谷、奥田さんに直と氏 t. 石野に感謝します本研究は、学術振興 (第 15 K 14755) 日本社会科学研究費補助金によって支えられました。

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材料


この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
針星林Jタイプ No.5×40mm
エポキシ樹脂 接着剤コニシ#16113
ホームセンターの金属板
ホームセンターの使い捨てプラスチックピペット
手芸店のスナップボタン
IRセンサー浜松ホトニクスS7136
IR LEDOptoSupplyOSIR5113A150 mW
カスタムメイドプログラムURL: https://github.com/HidetoshiIkeno/FlightMill
瞬間接着剤東亞合成31204
A/D コンバーターLabJack Co.U3-HV
DAQソフトウェアAzeoTechDAQFactoryExpressAzeoTech Webページからダウンロードできます。
Github. からダウンロード可能な

参考文献

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