Name: 昆虫における係留飛行の研究のための簡単なフライトミル (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 42 s
Description: 学ぶ昆虫の係留飛行を測定するフライトミル装置の構築と使用方法。アクリル樹脂とIRセンサーを用いた簡易な装置で、個体差や移行性・定着性の飛行パターンを解析し、害虫防除戦略に応用できます。

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Alfredo Attisanoは、ヨーロッパ社会基金の学生によって支援されました。James T. Murphyは、USDA-NIFA Award 2013-34103-21437の支援を受けています。

1.フライトミルを構築<ol><li> アクリル系プラスチック支持構造体を構築します 。 <ol><li> 図1に示される設計で指定されたように、2つの外側の垂直な壁、一つの中央垂直壁と5横の棚に厚さ3mmの透明なアクリルシートをカットします。 </li><li>支持構造体（ 図2A）を形成するために 、垂直壁（OWとCW 図1及び図2）に、棚（HS 図1および図2）を挿入することによって組み立てます。 </li><li>デバイス（ 図2Aおよび図2C）の背面の外部コーナーにポリスチレン列を挿入することにより、構造を強化します。必要に応じて、水平方向の棚のための追加サポートを提供するために、中央垂直壁の接合部に沿って直角エッジプロテクターの小品を接着。 </li></ol></li><li> pivotinを構築グラムアームアセンブリ。 <ol><li>各セルの上部中央に直径1cmのプラスチック管の5cmの長さを接着。各セルの上部と下部のチューブが整列されていることを確認すること、各セルの下部中央に直径1cmのプラスチック管の2cmの長さを接着。ホットグルーを使用して、工場の腕のための磁気軸受を形成し、各支持の最後に2つの10ミリメートル×4ミリメートルN42のネオジム磁石を貼り付けます。 </li><li> 20μlのピペットチップに昆虫学のピンを挿入し、ホットグルーで所定の位置に固定します。両端が飛行ミルのアーマチュアを形成するために、ピペットチップの外に延びるようにピンを配置します。 注：飛行試験中に、ピンの頂部は、磁石の上部セットによって適所に保持されます。磁石の下部セットは、その軸線を中心に展開することができ、垂直位置にアーマチュアを維持することです。 </li><li> 19ゲージの非磁性皮下鋼管24センチ長さに切ります。ホットグルーを使用して、ピペットチップfの頂部に中心点を固定ロムステップ1.2.2。 95°の角度に端から2センチメートルでチューブの曲げ一端ベンド（ 図2B）に中心点から12cmの長腕と中心から10cmの半径の短腕を残します。 注：半径の長さが異なる回転距離に対応するために変化させることができます。 </li></ol></li><li> 赤外線センサーとデータロガーを設定します。 <ol><li>センサーが外部垂直壁のサポート（ 図2C）にカットした開口部を通って細胞内に拡張することができ、再利用可能な接着剤パテを使用して、各セルの永遠の側面にIRセンサを修正。 </li><li>ブレッドボード（ 図3）上に構築された非常に基本的な電子回路を介してデータロガーへのIRセンサを接続します。ブレッドボード（ 図3A、B）のIR接続の入力と出力にそれぞれ180Ωと2.2kΩのの二つの抵抗を接続します。アルテに抵抗を配置します複数のセンサからの記録時の電圧信号の低下を最小限に抑えるために、ブレッドボードに沿っrnate行が（ 図3Cを参照）。 </li></ol></li></ol> 2.フライト試験<ol><li> 虫ピンを介して間接的に飛行ミルアームに昆虫をテザー ： <ol><li>センサーのIRビームの破壊を最大化し、カウンターウェイトとして機能するように旋回アームの曲がっていない最後の最後に小さな箔フラグを配置します。 </li><li>添付ファイルに使用可能な昆虫のサイズとキューティクルエリアに応じて、再利用可能な接着剤パテまたは非毒性の皮膚接着剤で虫ピンに実験的な昆虫を添付します。必要に応じて、冷却またはCO 2とのいずれかの方法で虫を麻酔。 </li><li>昆虫学ピンの丸い先端の周りに接着剤パテ、少量の金型と非毒性の皮膚接着剤のドロップでそれをカバーしています。ゆっくりと前胸背板の領域に適用し、接着剤が乾燥するまで5-10s待ちます。 注：プロステップ2.1.3でcedureハード（カブトムシ、バグ）またはソフト（スズメバチ、ハエ）キューティクルと昆虫に適しています。毛深いクチクラと昆虫（蛾、蝶が）髪が優しくテザリング前に、非常に微細な絵筆で除去されている必要があります。 </li><li>ピボットアームアセンブリの屈曲端に取り付けられた昆虫とのピンを挿入します。 </li><li>飛行試験が終了した後、細かい鉗子でテザリングを削除します。 注：データロガーの設定と取得は、材料の表に記載されている特定の機器のために、以下のように最適化されており、代替機器で使用するために調整する必要があります。 </li></ol></li><li> 自由に利用できるWinDAQ Liteソフトウェアで記録セッションを開始 <ol><li>フリーソフトウェアWinDAQ Liteは（機器のリストを参照）ダウンロードし、インストールします。 </li><li>機器のハードウェア・マネージャを開き、ポップアップリストからデータロガーを選択し、キーを押し、「開始Windaq」。新しいウィンドウが開きますと入力記号各センサからのアルが表示されます。 </li><li>データロガーは、センサの出力を読み取り、表示される所望のサンプリング周波数を選択します。 注：サンプリング周波数は、しかし、30〜45 Hzの間の範囲のサンプリング周波数は、小中規模の昆虫の飛行をキャプチャするのに十分に高速になり、昆虫の飛行速度に依存します。 </li><li>記録セッションを開始するにはCtrlキーを押しながらF4キー。最初のポップアップウィンドウで記録ファイルの保存先のパスを選択します。特定の昆虫と実験のための飛行を記録するために適切な時間の長さを選択してください。 2つ目のポップアップウィンドウで、録音時間を定義します。記録時間は、プレスを経過した後にCtrl-Sが記録されたファイルを確定します。 </li></ol></li><li> 録音の品質を確認してください 。 <ol><li>記録された飛行軌道を開き、電圧チャンネルを選択します。各チャネルの電圧統計でポップアップウィンドウを開くには、Ctrlキーを押しながら、T。 </li><li>それは大きな液滴を確認していません最小値回路の両端の電圧降下（ 図4）から生じました。チャネルの平均値と最小電圧との差が0.1 [V]よりも大きい任意のチャネルを捨てます</li></ol></li><li> *の.CSV形式でファイルを保存します。ファイルに移動&gt;として保存し、ポップアップウィンドウで「スプレッドシートの印刷（CSV）」を選択します。 「スプレッドシートのコメント「ポップアップウィンドウで、「相対時間」を選択し、他のすべてのオプションの選択を解除します。ファイルを保存するには、[OK]をクリックします。 </li></ol> Pythonのバージョン3.4.xを使用して3フライトデータの解析<ol><li> 最新のPythonのバージョン3.4.xのバージョンをインストールします 。アーカイブをダウンロード<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53377/Python_scripts.zip">Python_scripts.zip、（</a>補足ファイル）を開き、デスクトップにstandardize_peaks.pyとflight_analysis.pyを保存します。 </li><li> 標準化し、記録された信号のピークを選択します次のように<ol><li> standardize_peaks.pyのアイコンを右クリックします。 「IDLEで開く」を選択します。 注：IDLEは、Pythonのデフォルトのエディタであるが、任意のテキストエディタは、この目的のために使用することができます。 </li><li>行18-19において、各チャネルの電圧信号の標準化を行うために使用される平均電圧付近しきい値を指定。 注：デフォルト値は微調整信号の標準化を提供するために設定されているが、ユーザーは各チャンネルの平均電圧の値に応じて、任意の所望のしきい値を定義することができます。これらは、電圧統計ウィンドウで見つけることができます（ステップ2.3を参照）。 </li><li>ライン45には、記録された* .CSVファイルが保存されているフォルダへのパスを入力します。 </li><li>行91で、あなたは* .TXTピークファイルを記録するフォルダへのパスを入力します。 </li><li>ライン61とライン72には、必要なチャネルの数を指定します。最大までのライン61-63と72-74の先頭に＃を削除することによって、チャンネルを追加または削除8チャンネルのIMUM。 </li><li>ファイルを保存し、F5キーを押してスクリプトを起動します。 </li><li>指定されたフォルダ内の標準化された信号を使用して新しい* .txtファイルを保存するには、ポップアップウィンドウを押し戻すための（追加のサブフォルダを含む）* .CSVファイルの名前を入力します。 注：nは使用されるチャネルの数に応じて、このファイルは、n + 1列があります。最初の列は、サンプリングイベントの相対的な時間であり、他のn列を記録するために使用されるnチャネルからのベースとピークのイベントを表します。 1の値は、IRセンサを介してフラグの通路に由来するピークを表す0の値は、ベース電圧を表します。 </li></ol></li><li> 標準化されたファイルを使用してフライトトラックを分析 ：ユーザー実験条件に対応するためにflight_analysis.pyスクリプトを編集します。 <ol><li>右flight_analysis.pyアイコンをクリックしてください。 「IDLEで開く」を選択します。 </li><li>ライン39とライン80で長さを調整しますアーム半径に応じて円形飛行経路の。 </li><li>必要に応じて、ライン50-52の＃を削除することによって、任意の速度補正ループを有効にします。それに応じて速度値を変更します。 </li><li>ライン77とライン85で、飛行軌道で誤った速度の測定値を補正するために速度閾値との時間差の値を編集して、二つの連続する長い中断のない飛行の試合の間に発生する非常に短い時間のギャップを占めています。 </li><li>ライン198で、秒単位で記録時間を指定します。以降のライン287からの出力線の値の範囲を変更します。 注：デフォルトの範囲は、ユーザーの実験の要件に応じて変更することができます。そうするためには、関数内のすべての数値は、（変数「flight_300_900」で、たとえば変数名でものを、含まれている）を所望の値に変更する必要があります。 </li><li>ライン248種類に* .txtの標準化されたファイルが保存されているフォルダへのパス。 </li><li>番号を指定しますチャンネルの。 8チャンネルの最大値まで279から281を追加または削除するチャンネルをライン257〜259の先頭に＃を追加または削除して、ライン270から272及びライン。 </li><li>ライン304であなたは、出力ファイルを保存するフォルダへのパスを入力します。 </li><li>すべてのユーザー設定を指定すると、ファイルを保存し、F5キーを押してスクリプトを起動します。 </li><li>ポップアップウィンドウを押しリターンで（追加のサブフォルダを含む）を分析する* .TXTファイルの名前を入力します。 </li></ol></li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

、手頃な価格で柔軟、そして調節可能なフライトミル設計 。 昆虫の飛行動作条件が分散する害虫種の傾向に影響を与えるかを理解する必要が生物防除の専門家への変数の環境下での昆虫の基本的な動作に興味のある人から、科学者の範囲に関心があります。飛行行動は、飛行​​「トレッドミル」とおおよそのフィールド条件がつなが飛行デバイスをstaticに風洞の範囲で種々の方法により研究することができます。係留飛行工場は、ここに提示されている1つのように、14を測定することができない、そのような高度の変化など、フライトの特定の側面に限定されています。しかし、繋留飛行工場は虫が中断飛ぶので、研究者は、このような飛行速度、距離や周期などのパラメータを定量化することを可能にし、環境条件、生理学、およびmのこれらのパラメータを相関させることができますorphology。 ここで紹介するフライトミルは、エレクトロニクスの専門知識がなくても、研究者が昆虫で飛行挙動を研究するために繋留飛行工場を建設し、使用できるように設計されました。この設計の一つの利点は、飛行ミルの全体のコストは他の設計に比べて低いことです。全体的なコストは、よく300ドル未満に維持することができます。プラスチックアクリルシートは最も高価なアイテムです。第2の利点は、特殊な風洞とは対照的に、フライトミルは、多くの研究室で利用可能な制限され制御された状態のワークスペースに適応であるということです。厚さ3mmの透明なアクリルプラスチックシートの使用は、飛行試験のための適切な場所に移動する飛行ミルを可能にする、昆虫の容易な観察、また軽量化を可能にするために、構造体は、透明でもあることを意味します。足を最小限に抑えながら飛行ミルセルの積層構造は、実行のサンプルの数を最大化しますデバイスの印刷。さらに、装置を容易に保管するために分解することができます。また、フライトミルは、個人の多くは、比較的容易にサンプリングすることができるように設計しました。各フライトミルは、同時に複数の個人の飛行活動を記録するために研究者を可能にする、8個の細胞が含まれています。個々の昆虫が中に入れ、急速にフライトミルから除去するために虫ピンを介して回動アームに間接的に昆虫を取り付けることができます。最後に、データ記録用電子機器は、データ分析のために自由に利用可能なソフトウェアと、シンプルで使いやすいです。組み立てた後、飛行ミルは、フライトの活動を記録するために、単純なIRセンサを使用しています。赤外線ビームを介して、アームの端部におけるホイルフラグの通路は、アームの各回転を記録することを可能にします。革命の速度は、速度、距離などのデータは、データロガーへの入力として記録するフライトの総飛行時間やパターンを旅することを可能にします。 フライトミル昆虫の異なる種類の数に適合させることが可能です。重い、生産ドラッグが狭い直径減少していても、ため、ピボットアームのための皮下鋼管の使用は、小さな昆虫は飛行試験することができるように、そのような木の棒やストローなどの他のオプション、より有効です。近年、光ファイバの小片は、小昆虫飛行25ミルで使用されてきました。アームの屈曲終了は、その天然の飛行方向で実験昆虫を位置決めするために支持軸に対して異なる角度で、電機子に接着することができます。半径は長さ10cmである提示の設計では、一回転で旅全体の距離は62.8センチメートルです。中央垂直壁を削除すると、アームの半径が大きくなる昆虫や革命1.20メートルまでの距離に対応するために、長さが倍増することができるフライトミルの別の構成が可能になります。この場合には、より強力な磁石はrecommenあります長い工場のアームに対応し、安定させるためにDED。 全体で述べたように、フライトミルのデザインは、柔軟で、関心の昆虫種に適応可能であると研究者は、彼らの特定のニーズに合わせてカスタマイズすることができます。これは、サイズ、消費電力、キューティクルの構造だけでなく、種間の生物学的な違いのようなパラメータを含む昆虫の物理的なニーズだけでなく、含まれています。すべてのフライト工場への一つの潜在的な欠点は、足根サポート「軍の昆虫の欠如は、おそらく枯渇に、飛ぶことということです。これはいくつかの種では事実ですが、例えば、私たちはトウワタバグ試験で自動飛行応答は、それは我々が（例えばN.のvespilloidesのために）テストしたすべての昆虫には当てはまりません観察しました。記録時間の私達は昆虫の生態に適応することを選んだので、しかし、自動応答で、我々は、部分的に、枯渇または死に飛翔昆虫を観察することはありません。したがって、それは行うことが重要です興味のある昆虫の予備的観察は、データ収集を最適化するために、飛行ミルでその挙動を理解します。フライト工場と追加、よく知られた問題で、慣性が昆虫が積極的に飛行を停止した後も運動を維持することができるということです。スクリプトは、飛行速度の急激な低下を特徴とし、ピーク間の距離を増加させ、原因飛行ミルの慣性に誤読のアカウントを提供しました。スクリプト「flight_analysis.py &#39;は、これらの「偽ピーク」を破棄し、分析のための新しい信号を作成します。スクリプトで提供ノートで説明したように、ユーザは、補正のための速度閾値を選択することができます。 5 V電源は、しかし、可変出力電圧電源装置は、電力入力を変化させ、したがって、各センサのための動作電圧を最適化できるように動力源として使用することができ、読み取り可能な電圧信号を得るのに十分です。このような溶液はまた、視覚化品質Oを高めるのを助けることができますソフトウェアの記録インタフェースのピークfの信号。ベース電圧がピーク電圧がベース電圧から上昇している間（IRビームが遮断されていない）安静時のセンサからの最低出力電圧を表し、ベースピーク電圧によって形成されるように、センサの出力は、ソフトウェアインタフェースに表示されアームがビームを通過するように赤外線ビームが遮断されたときに発生します。 7 Vへの入力を増加させながら、5 Vの入力電圧は、ベースとピーク電圧のより明確な区別を可能にする300 mVのピークの上昇が増加し、約100 mVの上昇を提供します。選択したブレッドボードの大きさは、多くの飛行細胞を収容することができる方法を決定します。複数のセンサからの記録時の電圧信号の低下を最小限に抑えるためには、（ 図3Cを参照）ブレッドボードに沿って交互の列に抵抗を配置することが推奨されます。 カスタマイズ可能な信号の標準化とanalysiオープンアクセスプログラミング言語のPython用に書かれたのスクリプト。 電圧信号の標準化と解析は、フリー、広く使用されている汎用および高レベルのプログラミング言語ではPythonで書かれたカスタムスクリプトを使用して行われます。エンドユーザーが簡単に自分の指定した設定で動作するようにスクリプトをカスタマイズすることができます。カスタマイズは、単に数値や変数の名前を変更することによって達成されます。パラメータをカスタマイズする方法についての注意事項は、スクリプト自身の中に見つけることができます。スクリプトのデフォルト値を微調整信号の標準化を提供するために設定されているが、ユーザーは各チャンネルの平均電圧の値に応じて、任意の所望のしきい値を定義することができます。飛行解析スクリプトでは、ライン105からの機能flying_boutsは、最長の秒単位の持続時間と最短飛行発作、総記録時間にわたって飛行に費やした時間の割合とイベント試合飛行の数を計算します指定された期間の範囲の秒。範囲は、ユーザーの実験の要件に応じて変更することができます。そうするためには、関数内のすべての数値は、（変数「flight_300_900」で、たとえば変数名でものを、含まれている）を所望の値に変更する必要があります。範囲の数とその期間は、単にユーザーの仕様に依存します。このスクリプトは、画面上の各チャネルの解析結果を出力します。これらには、平均飛行速度、総飛行時間、走行距離、最短と最長の飛行発作と飛行組成を。また、スクリプトは、各チャネルの* .datファイルを返し、ユーザが指定した出力フォルダに保存します。各* .DATファイルには、2つの列があります。最初のものは、ピークイベントの相対時間を表し、第二は、2つの連続した​​ピークのイベント間の詳細な速度変化です。このファイルは、上で速度変化のグラフを作成するために、ExcelまたはRにインポートすることができます時間や飛行活動パターンを可視化します。 結論として、これらの結果は、このフライトミルの設計を容易にし、正常に異なる昆虫モデルにおいて活動パターンを飛行見行動研究のためのデータを収集するために実施することができることを示しています。このようなデータは、生理学および形態学上の例のように依存する移動パターン内の個々の変化を調査するために使用することができます。これは、最終的に全体として人口に影響を与える採餌や遊走活性などの動きのパターンには個人差を決定する基礎となる生理学的および形態学的な特性に優れた洞察力を提供することができます。経時的な詳細な速度変動は、リソース消費のパターンまたは飛行活性に対する身体部分の形態の変化の影響を研究するためのツールを提供し、詳細な生理学的および形態学的測定と組み合わせて使用​​することができます。

いくつかの実験技術は、昆虫の飛行行動1,2の研究のために開発されてきました。つなが昆虫5の移動の自由度を可能にする洗練されたデバイスへの単純な静的テザリング3,4からこれらの範囲。日付飛行室6-9への制御された条件での飛行の自由の最高レベルを可能にするデバイスを表します。この技術は、2つの主要な欠点​​がある：それは時間がかかり、大きな昆虫やデータ収集の手動手順の研究のために使用することは困難です。 フライトミルは、実験室条件下で昆虫の飛行10-12の研究のための最も一般的で手頃な価格のいずれかの方法を表します。それは刺激13を動かす提供しているため、この技術は、静的なテザリングに好適であるが、それは自由飛行行動反応14-16とは異なります。ミルの野生での飛行動作の一部はsimilaです渡り鳥の飛行タイプの場合のようにR 5,17ので 、いくつかの制限にもかかわらず、飛行ミルは、特定の飛行行動応答の発生に関する質問を調査するために実行可能な選択肢を表します。また、フライトミルは、風洞や飛行室より実現が容易であり、データ収集が容易に自動化することができます。したがって、飛行行動に興味を持って研究者は多くの場合、飛行工場は最良の選択であることがわかりますが、メソッドへの潜在的な制限に注意する必要があります。ここでは、柔軟でカスタマイズ可能なフライトミル設計は飛行挙動を調査するために飛行工場を活用することを選択した研究者のために提示されます。 いくつかの著者は、代替フライトミルの設計について説明します。一般的に飛行ミルシステムの主要部分、 すなわち 、ピボットミルの腕は、実現するのは非常に簡単です。以下簡単なデータの記録を可能にする飛行ミルシステムの電子部品です。エルの対処ectronic回路の設計は、特に昆虫学者や電子機器の背景知識に欠けた行動生態学者のために、挑戦することができます。何人かの著者は彼らの飛行ミル設計18-21、または22,23が欠落しているフライトミルの電子部品の説明では、複雑な日付や電子回路部品のうちを記述する。他の設計は実現するのは非常に複雑であるが、より複雑な行動観察5に着手する研究者を助けることができ、機械的に複雑actographsを、説明します。 シンプルな設計を構築するために本論文​​では、昆虫でつなが飛行の研究のための比較的安価なフライトミルが記載されています。一緒に非常に簡単な電子部品を用いて、デザインは、多くの利点を有します。フライトミルは、標準的な昆虫生態学研究室で一般的に利用可能なスペースに制約で使用されるように設計されています。構造は、透明なアクリルPから作られます単一の光源を均一に粉砕機の別々のチャンバ内のすべての個々に到達できるようにラスチック。材料及び小型の透明性を与え、飛行ミルは、標準化された光および温度条件のためにインキュベーターに使用することができます。最後に、全体の構造が組み立てと分解を容易と、一度分解することができ、それは、小さなスペースに格納することができます。構造の設計に対する別の利点は、飛行ミルは、異なるサイズ、異なる回転距離を使用する昆虫の研究を可能にするように改変することができるということです。この飛行ミルはトウワタのバグ、Oncopeltus fasciatus 24、葛のバグ、 タイワンマルカメムシ 、およびカブトムシ、Nicrophorusのvespilloidesを埋め込 ​​むよう大きさや形状が多様な昆虫に関するデータを収集するために使用されています。フライトミルデザインも大きなサンプルサイズを必要とする研究のために必要なスループット高を可能にします。データは、データロガーUのそれぞれに対して8同時チャネルを使用して収集することができ個人の高い数を同時に分析することができ、多数のサンプルを同じ日に扱うことができるようにsedの。高価なソフトウェアは、データを記録し、可視化するために必要とされず、データ解析のためのカスタム書かれたスクリプトは、実験計画の具体的なニーズ以下の変更することができます。フライト応答が異なる昆虫種で非常に可変です。このように、フルフライトミル実験を行う前に、焦点昆虫モデルの飛行応答の予備試験をお勧めします。これらは、記録時間や飛行速度範囲として飛行解析の微調整の側面に使用される飛行応答の行動変化の程度の理解を提供します。

<table><tbody><tr><td>データロガー</td><td>DATAQ Instruments, Ohio, USA</td><td>DI-149</td><td>これらの特定のデータロガーは、USB経由でコンピュータに簡単に接続でき、センサーの出力を視覚化して記録するための無料の専用ソフトウェア(WinDaq/Lite, DATAQ Instruments, Ohio, USA)が付属しているため、フライトミルの設計の手頃な価格を向上させるため、選ばれました。</td></tr><tr><td>データロガー - 潜在的な代替品</td><td></td><td></td><td>DATAQデータロガーの潜在的な代替品は、オフィスや電化製品店ですぐに入手できるRS232-USBアダプターです。&nbsp;これらは、pyserial モジュールを介してシリアルポートから直接データを読み取ることができる必要があります。</td></tr><tr><td>昆虫学のピン</td><td>BioQuip</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hypodermicの鋼鉄管19ゲージ</td>の<td>小さい部品の</td><td>B000FN5Q3I</td> Amazon.com によって利用できる;他の供給業者は利用できるが、非磁性IRセンサーOptekの技術株式会社、テキサス州米国OPB800W <td></td>N42ネオジム磁石</tr><tr><td></td><td></td><td></td>の腕を保障するためにオーステナイトの鋼鉄管を購入することを確かめて下さい<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>すぐに利用できます。専門の磁石サプライヤー、ホビーストア、またはアマゾン</td></tr><tr><td>プレキシガラス/パースペックス</td><td></td><td></td>を通じて購入できます <td>任意の金物店で容易に入手可能</td></tr><tr><td>サポート</td><td></td><td></td>用ポリスチレンカラム <td>そうでなければ廃棄またはリサイクルされる可能性のあるポリスチレンまたは発泡スチロールの梱包材は、フライトミルのサポートコラムのファッションに使用できます。&nbsp;それ以外の場合、発泡スチロール断熱シートはどの金物店でも入手できます。</td></tr><tr><td>はんだレスブレッドボード電源モジュール</td><td>Arrela</td><td>MB102</td><td>5V電源ユニット、ブレッドボード、はんだレスオス-オスジャンパー線はキットとして簡単に購入できます。</td></tr></tbody></table>

昆虫における係留飛行の研究のための簡単​​なフライトミル

A Simple Flight Mill for the Study of Tethered Flight in Insects

>jove_content<昆虫の飛翔は、長距離の移動飛行、中距離の分散飛行、または短距離の宿主探索飛行である可能性があります。これまでの研究では、フライトミルは昆虫の飛翔行動の実験的研究のための貴重なツールであることが示されており、研究者は年齢、宿主植物、個体群源などの要因が昆虫の分散傾向にどのように影響するかを調べることができます。フライトミルを使用すると、研究者は速度や飛行距離などの飛行の構成要素を測定できます。このようなデバイスの構築方法に関する詳細な情報が不足していると、その構造が非常に複雑に見える可能性があります。昆虫のテザー飛行の研究のためのシンプルで比較的安価なフライトミルを紹介します。実験用昆虫は、無毒の接着剤でつなぎ合わせ、非常に低摩擦の磁気ベアリングによって軸を中心に回転させることができます。このミルは、インキュベーターや環境チャンバー内で使用できるため、制御された条件下での飛行の研究用に設計されています。最も強力なポイントは、非常にシンプルな電子回路、16匹の昆虫が同時に飛ぶことができる設計により、短時間で多数のサンプルの収集と分析が可能になり、非常に限られたワークスペースでデバイスを使用できる可能性があることです。この設計は非常に柔軟性があり、さまざまなサイズのさまざまな種類の昆虫に対応するようにミルを調整しました。

図5は、前のセクションで説明したスクリプトを使用して得ることができるグラフの種類の代表的な例を示しています。フライトデータが埋め甲虫Nicrophorus vespilloidesモデルとして（Attisano、 未発表データ）を使用して、ケンブリッジ大学で動物学の学部で行われた実験研究から得られた。年齢の約20日の二人の若い嵌合解除男性は、フライトミルに繋がであり、 Dおよび21°C：14時10 Lの制御された環境条件に置か。カブトムシは連続8時間のフライトミルに残された飛行活動を記録しました。画面解析とグラフィック出力の飛行活動パターンの個人差を解消することを可能にします。例えば、第一の雄（ 図5A）は、約3時間続いた高速かつ連続的な飛行することを特徴とする記録の1時間以内の強い飛行活性を示しました。目長時間の活動期は、約1.6メートル/秒からの約1m /秒の速度で漸減することを特徴とするれます。最初の飛行試合後、個人が比較的短い飛行の試合は約10〜15分持続それぞれのほぼ周期的なパターンを示しました。第2雄は15〜20分（ 図5B）の継続時間を超えることはなかった飛行発作と非常に異なる飛行パターンを示しました。この個々の飛行活動は、その活動はほぼ定期的になった後、記録の最初の4時間で飛んで発作の普及によって特徴付けられます。この個人はまた、たまにしか0.4メートル/秒を超えた非常に低い飛行速度を提示しました。 別の代表的な例は、fasciatus Oncopeltus異なる昆虫モデル、トウワタのバグを使用して得ました。データは回遊行動とトウワタバグ女性24における食物ストレスに対する生理的反応に関する研究の間に採取しました。本研究では記録時間は、移住者や住民などの女性を特徴付けるために、1時間に設定しました。これらの行動タイプは、「全か無か」応答によって特徴づけられます。居住者女性が長く、数分以上飛行活性を示すことはありませんしながら、渡り鳥の女性は、通常は数時間持続する持続的かつ連続的な便に従事。居住者の女性は、図6（b）のような移動パターンによって特徴づけされつつ、移民女性は、 図6（a）のような飛行パターンが表示されます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53377/53377fig1.jpg" /> アクリルプラスチック支持構造については、図1の設計構成飛行ミル用アクリル系プラスチック支持構造体は、3つの異なる構成要素から構成されています。シェルフの両方のスロットおよびIR SENSを収容するための開口部を含む外側の2つの垂直壁（OW）があります。ORS（A）。シェルフのスロットを備えた単一の中央垂直壁（CW）があります。そして、壁用スロットを備えた5水平棚（HS）があります。磁気ピボットが位置Bにある水平棚に接着され<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53377/53377fig1large.jpg" target="_blank">、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53377/53377fig2.jpg" /> 図2.フライトミルを組み立て 。 （A）アクリル系プラスチック支持構造体は、磁気を含む各8個々の細胞に構造をもたらし、外側の2つの壁（OW）と中心壁（CW）のスロットに5水平棚（HS）を摺動させることによって組み立てられますピボット及びIRセンサ、8人が同時に飛行することが可能になります。 （B）昆虫accommに構成することができる係留されたピボットアーム<html>サイズや昆虫の種々の形態を大館。繋留昆虫は磁石の間中断ピボットアームを移動させると、（C）、アームの他端の箔フラグは、IRセンサー（矢印）を活性化する。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53377/53377fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53377/53377fig3.jpg" /> データロガーにIRセンサを接続する回路図3.デザイン 。 （A）単純な回路は、データロガーにIRセンサからの入力を接続します。 （B）それぞれのデータロガーは、図を使ってブレッドボードを経由して電源が入っていて、データロガーに接続することができます。 （C）複数のセンサは、同じブレッドボードを使用して単一のデータロガーに接続することができます。large.jpg「ターゲット= &quot;_空白&quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53377/53377fig4.jpg" /> 記録された飛行イベントの図4.例。電圧ピークは、フライトミルの腕の完全な回転を表します。 （A）無電圧の飛行イベントの高品質記録が記録された信号に低下します。 （B）記録された信号の電圧降下で飛行イベント。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53377/53377fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53377/53377fig5.jpg" /> 埋め込 ​​みカブトムシNicrophorusのvespilloidesから図5。代表的な飛行データ 。飛行中の個人差動作は簡単に飛行記録で認識されています。 （A）一人 ​​の個人は、試験開始後約3時間の連続飛び、その後試験の残りの部分で高速で定期的に飛びました。 （B）は、個々の動作は、このカブトムシが。裁判を通じて散発的にしか飛んで、決してパネルA（Y軸のスケールの違いに注意）個体において見られる高速で飛んだという点で異なっている<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53377/53377fig5large.jpg" target="_blank">には、ここをクリックしてくださいこの図の拡大版を表示します。</a> <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/53377/53377fig6.jpg" /> fasciatus Oncopeltusトウワタのバグから図6.代表飛行データ 。動作の二つの異なるパターンが明らかに飛行データの記録の間に観察されます。 （ </strong&gt;）この記録は、渡り鳥の個体で見られる飛行行動のタイプの典型です。渡り鳥個人が長期間にわたって比較的安定した速度で飛行し​​ます。 （B）パネルAでの動作は、居住者の典型的な飛行行動と対比されます。住民は低速で飛行し、飛行の試合のみ（AとBのX軸のスケールの違いに注意）短い時間が続く。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53377/53377fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

昆虫の飛翔は多くの要因に影響され、分散する傾向は昆虫の生態学と生物学的防除戦略を理解する上で重要な変数です。昆虫のテザー飛行のパラメータを測定するための、シンプルで比較的安価で柔軟なフライトミルの構造と使用について説明します。

Flight in insects can be long-range migratory flights, intermediate-range dispersal flights, or short-range host-seeking flights. Previous studies have ...

このフライトミル装置の全体的な目的は、研究室内の制御された条件下で昆虫の飛行行動を記録することです。したがって、本手法は、他のフライトミルと比較して、どのような条件が昆虫の分散行動や回遊行動を刺激するのかといった、行動生態学における重要な疑問に答えるのに役立ちます。本装置は比較的安価で組み立てや構築が容易であるため、昆虫の飛行行動の研究を専門としていない研究室にとっても優れた装置となります。この手法は昆虫の基礎生物学に関する知見を提供できるだけでなく、総合的有害生物管理（IPM）戦略に情報を与えることで、害虫の防除にも応用可能です。フライトミルの作製および組み立てについては、プロトコルの本文に記載されています。アクリル製プラスチック支持構造は、5枚の水平棚を2枚の外壁と中央壁のスロットにスライドさせて組み立てます。これにより、磁気ピボットとIRセンサーを備えた8つの独立したセルを持つ構造となり、8匹の個体を同時に飛行させることができます。昆虫を繋ぎ止めるピボットアームは、昆虫の多様なサイズや形態に対応できるよう、異なる材料で製作することが可能です。IRセンサーは、再利用可能な粘着パテを用いて各セルの外側に固定されており、開口部を通じてセンサーがセル内部に伸びるようになっています。外側の垂直壁サポートに切り込みを入れ、ブレッドボード上に構築した簡易回路を用いて、IRセンサーからの入力をデータロガーに接続します。電圧信号の低下を最小限に抑えるため、ブレッドボード上のIR接続の入力側と出力側にそれぞれ180 ohmsと2.2 kilo ohmsの抵抗器を接続し、ブレッドボードの異なる行に配置して、複数のセンサーで記録を行います。テザリング手順を開始するには、ピボットアームの曲がっていない先端に小さなアルミ箔のフラグを取り付けます。これにより、センサー内のIRビームの遮断を最大化し、同時にカウンターウェイトとして機能させます。実験に用いる昆虫のサイズや、固定可能な外骨格の面積に応じて、昆虫ピンにホットグルーまたは必要に応じて無毒性のスキングルーで固定します。本デモンストレーションで使用するクズメイガでは、スキングルーによる型取りは不要です。昆虫ピンの丸みを帯びた先端付近に少量の接着剤を塗り、昆虫の前胸背板領域にそっと適用します。この手順は、剛毛のない、硬いまたは柔らかい角皮を持つ昆虫に適しています。昆虫を固定したピンを、ピボットアームアセンブリの曲がった端に挿入します。飛行試験を開始するには、ピボットアームを磁石の間に吊るし、昆虫を飛行させます。ここでは、データロガーに付属するWindexソフトウェアを用いて飛行試験データを記録します。データロガーを使用し、インストゥルメントハードウェアマネージャーを開きます。ポップアップリストからデータロガーを選択し、「Start Wind Act」を押します。新しいウィンドウが開き、各センサーからの入力信号が表示されます。データロガーがセンサーの出力を読み取り、表示するための希望のサンプリング周波数を選択してください。サンプリング周波数は昆虫の飛行速度によって異なります。ただし、30から45 hertzの範囲のサンプリング周波数であれば、小型から中型の昆虫の飛行を捉えるのに十分な速度となります。CTRL F fourを押してください。録画セッションを開始します。最初のポップアップウィンドウで、録画ファイルの保存先パスを選択してください。次に、2番目のポップアップウィンドウで、対象の昆虫および実験に適した飛行録画時間を選択し、入力してください。録画時間が経過したら、Ctrl + Sを押して録画ファイルを確定させます。飛行試験の終了後、係留されていた昆虫を取り除きます。データ解析を行う前に、録画の品質を確認してください。記録された飛行トラックを開き、電圧チャネルを選択します。CTRL Tを押して、各チャネルの電圧統計を表示するポップアップウィンドウを開きます。回路内の電圧降下によって、最小値に大幅な低下が生じていないことを確認してください。高品質な飛行イベントの記録では、記録された信号に電圧降下が見られません。対照的に、記録された信号に電圧降下がある飛行イベントの場合、チャンネル平均値と最小電圧の差が0.1 voltsを超えるすべてのチャンネルを破棄してください。ファイルをstar CSV形式で保存します。「ファイル」から「名前を付けて保存」を選択し、ポップアップウィンドウで「スプレッドシート」を選択します。「スプレッドシートのCSV形式で保存」のコメントポップアップウィンドウで「相対時間」を選択し、それ以外のオプションはすべて解除します。「OK」をクリックしてファイルを保存してください。その後、付録に提供されているPythonスクリプトを使用して飛行データを解析します。これらは、プロトコルに詳述されている実験設定に従って編集可能です。埋葬甲虫（nigro forest Velois）から得られた代表的な飛行データは、個体による飛行行動の変動が容易に認識できることを示しています。ある個体は、試験開始後約3時間連続して飛行し、その後は試験の残りの期間を通じて断続的に高速で飛行しました。別の個体では、飛行活動は記録開始後の最初の4時間にわたって飛行回が広範囲に分散していることが特徴であり、その後、活動はほぼ周期的に変化します。また、この個体は、1例目の個体に見られたような高速で飛行することはありませんでした。2つのグラフのY軸のスケールの違いに注意してください。別の代表的な例は、トコマキ（Oncopeltus fasciatus）を用いて得られました。本研究では、雌を渡り個体または留まる個体として特徴づけるため、記録時間を1時間に設定しました。この記録は、渡りを行う雌に見られる典型的な飛行行動であり、渡り個体は比較的一定の速度で長時間飛行します。対照的に、定住している雌はより低速で飛行し、飛行時間は短時間にとどまります。2つのグラフのx軸のスケールの違いに注意してください。このプロトコルの最大の課題は、研究対象種に合わせてデバイスとソフトウェアをカスタマイズすることです。飛行データの収集が完了したら、昆虫をフライトミルから取り出し、産卵数や寿命などの相関する生活史データを収集することができます。これで、制御された条件下で昆虫の飛行行動を収集し、分析する方法について十分に理解できたはずです。

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昆虫における係留飛行の研究のための簡単​​なフライトミル

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