Um simples vôo Mill para o Estudo da Amarrados no vôo Insetos

Resumo

O voo em insetos é influenciado por vários fatores e a propensão à dispersão é uma variável importante na compreensão da ecologia de insetos e estratégias de controle biológico. Descrevemos a construção e o uso de um moinho de vôo simples, relativamente barato e flexível para medir parâmetros de vôo cativo em insetos.

Resumo

O voo em insetos pode ser voos migratórios de longo alcance, voos de dispersão de alcance intermediário ou voos de busca de hospedeiro de curto alcance. Estudos anteriores mostraram que os moinhos de voo são ferramentas valiosas para o estudo experimental do comportamento de voo dos insetos, permitindo que os pesquisadores examinem como fatores como idade, plantas hospedeiras ou fonte populacional podem influenciar a propensão de um inseto a se dispersar. Os moinhos de vôo permitem que os pesquisadores meçam componentes do vôo, como velocidade e distância voada. A falta de informações detalhadas sobre como construir tal dispositivo pode fazer com que sua construção pareça proibitivamente complexa. Apresentamos um moinho de vôo simples e relativamente barato para o estudo do vôo cativo em insetos. Os insetos experimentais podem ser amarrados com adesivos não tóxicos e girar em torno de um eixo por meio de um rolamento magnético de atrito muito baixo. O moinho é projetado para o estudo do vôo em condições controladas, pois pode ser usado dentro de uma incubadora ou câmara ambiental. Os pontos mais fortes são os circuitos eletrônicos muito simples, o design que permite que dezesseis insetos voem simultaneamente, permitindo a coleta e análise de um grande número de amostras em um curto espaço de tempo e o potencial de usar o dispositivo em um espaço de trabalho muito limitado. Este design é extremamente flexível e ajustamos o moinho para acomodar diferentes espécies de insetos de vários tamanhos.

Introdução

Várias técnicas laboratoriais têm sido desenvolvidas para o estudo do comportamento do inseto ^1,2 vôo. Estas vão desde simples ^3,4 tethering estático para dispositivos sofisticados que permitem maior liberdade de movimento para o inseto tethered ^5. Para câmaras aéreas de data ^6-9 representam os dispositivos que permitam o mais alto nível de liberdade de voo em condições controladas. Esta técnica tem dois grandes inconvenientes: é difícil de usar, para o estudo de grandes insectos e o procedimento manual de recolha de dados é demorado.

Moinhos aéreas representam uma das técnicas mais comuns e acessíveis para o estudo de voo do inseto em condições de laboratório ^10-12. Esta técnica é preferível tethering estática porque oferece em movimento estímulos ^{13, mas} ele difere de um voo gratuito de resposta comportamental ^14-16. Alguns aspectos do comportamento de vôo no moinho e na natureza são similar ^5,17 assim que apesar de algumas limitações, as usinas aéreas representam uma opção viável para investigar questões relacionadas com a ocorrência de determinadas respostas de comportamento de vôo, como é o caso do tipo de voo migratório. Além disso, as usinas de vôo são mais fáceis de perceber do que túneis de vento ou câmaras de voo e da coleta de dados pode ser facilmente automatizada. Assim, os pesquisadores interessados ​​no comportamento de vôo muitas vezes achamos que as usinas de vôo são a melhor escolha, mas devem estar cientes dos potenciais limitações do método. Aqui, um design flexível e personalizável moinho de voo é apresentada para os pesquisadores que optaram por utilizar as usinas de vôo para investigar o comportamento de vôo.

Vários autores descrevem projetos alternativos moinho vôo. Em geral, a parte principal do sistema de moinho de voo, ou seja, o braço do moinho de giro, é bastante simples de realizar. Menos simples é a parte eletrônica do sistema de moinho de voo, que permite a gravação dos dados. Lidar com eldesign de circuitos ectronic pode ser um desafio, especialmente para o entomologista ou o ecologista comportamental com falta de conhecimentos de eletrônica de fundo. Alguns autores descrevem um complicado ou fora do componente de circuito eletrônico data na sua concepção moinho vôo ^18-21, ou a descrição da parte eletrônica da fábrica de voo está faltando ^22,23. Outros projetos descrever actographs mecanicamente complicados, que são bastante complicado de perceber, mas podem ajudar os investigadores a realizar observações comportamentais mais complexas ^5.

Neste artigo um projeto para um simples de construir, moinho de voo relativamente barata para o estudo de voo tethered em insetos é descrita. Em conjunto com o componente electrónico extremamente simples, o desenho tem um número de vantagens. O moinho de voo é concebido para ser utilizado em espaços limitados os tipicamente disponíveis no laboratório padrão insectos ecologia. A estrutura é feita de acrílico transparente plastic de modo que uma única fonte de luz pode atingir uniformemente cada indivíduo em câmaras separadas do moinho. Dada a transparência do material e tamanho pequeno, o moinho de voo pode ser utilizado em uma incubadora de luz e temperatura condições padronizadas. Finalmente, a estrutura inteira pode ser montado e desmontado facilmente e, uma vez desmontada, que pode ser armazenado em um pequeno espaço. Outra vantagem da concepção da estrutura é que o moinho de voo pode ser modificado para permitir o estudo de insectos de diferentes tamanhos e utilizando diferentes distâncias revolução. Este moinho de voo foi usado para coletar dados sobre insetos tão diferentes em tamanho e forma como bugs serralha, Oncopeltus fasciatus ^24, bugs kudzu, Megacopta cribraria, e besouros Enterrar, vespilloides Nicrophorus. O design moinho de vôo também permite alta through-put necessário para estudos que requerem grandes tamanhos de amostra. Os dados podem ser coletados por meio de 8 canais simultâneos para cada um dos registradores de dados used, de modo que um elevado número de indivíduos que podem ser analisados ​​simultaneamente e um grande número de amostras podem ser tratadas no mesmo dia. Sem o software caro é necessário para gravar e visualizar os dados eo script personalizado escrito para a análise de dados pode ser modificado de acordo com as necessidades específicas do projeto experimental. Fuga resposta é altamente variável em diferentes espécies de insetos. Assim, antes de conduzir um experimento moinho pleno vôo, são recomendados testes preliminares sobre a resposta de voo do inseto modelo focal. Estes irão fornecer uma compreensão da extensão da variação em resposta comportamental voo, que vai ser utilizado para afinar aspectos da análise de voo, tais como tempo de gravação ou gama de velocidades de voo.

Protocolo

1. Construir o vôo Moinho

1. Construir a estrutura de suporte de plástico acrílico:
   1. Cortar folhas de acrílico transparente 3 mm de espessura nas duas paredes verticais externas, uma parede vertical da central e os cinco prateleiras horizontais especificados pelo desenho mostrado na Figura 1.
   2. Montar inserindo as prateleiras (Figuras 1 e 2; SH) em paredes verticais (Figuras 1 e 2; OW e CW) para formar a estrutura de suporte (Figura 2A).
   3. Fortalecer a estrutura através da inserção de colunas de poliestireno nos cantos externos na parte traseira do dispositivo (Figura 2A e Figura 2C). Se necessário, cola peças curtas de ponta-protetores em ângulo recto ao longo das junções da parede vertical central para fornecer suporte adicional para as prateleiras horizontais.
2. Construa a pivoting montagem do braço:
   1. Cole um comprimento de 5 cm de um tubo de plástico 1 cm de diâmetro no centro da parte superior de cada célula. Cole um comprimento de 2 centímetros de um centímetro de diâmetro tubo de plástico no centro da parte inferior de cada célula, certificando-se o tubo superior e inferior em cada célula é alinhado. Usando cola quente, apor duas N42 neodímio 10 mm x 4 mm imans para o fim de cada suporte, formando a chumaceira magnética para o braço do moinho.
   2. Insira um pino entomológica em uma ponteira 20 ul e fixar no lugar com cola quente. Posicionar o pino de tal forma que ambas as extremidades se estendem para fora da ponta da pipeta de modo a formar a armadura do moinho de voo.
      Nota: Durante os ensaios de vôo, a parte superior do pino é mantido no lugar por o topo conjunto de ímãs. O conjunto de magnetos é inferior para manter a armadura numa posição vertical, permitindo-lhe girar em torno do seu eixo.
   3. Corte um comprimento de 24 centímetros de 19 gauge tubulação de aço hipodérmica não-magnético. Usando cola quente, apor o ponto central para a parte superior da ponta da pipeta from passo 1.2.2. Curvatura numa extremidade do tubo de 2 cm a partir da extremidade de um ângulo de 95 °, deixando um braço longo de 12 cm a partir do ponto central e um braço curto com um raio de 10 cm a partir do centro para a dobra (Figura 2B).
      Nota: O comprimento do raio pode ser variada, a fim de acomodar diferentes distâncias revolução.
3. Configure o sensor de IR e registrador de dados:
   1. Fixar os sensores de IR para os lados eterno de cada célula usando massa adesiva reutilizáveis, permitindo que o sensor para estender para dentro da célula através das aberturas cortadas nos suportes verticais de parede externas (Figura 2C).
   2. Ligue os sensores de infravermelho para um registradores de dados através de um circuito eletrônico muito básico construído sobre uma placa de ensaio solderless (Figura 3). Conectar dois resistores de 180 Ω e 2,2 kW, respectivamente, sobre a entrada e saída da conexão IR sobre a placa de ensaio (Figura 3A, B). Coloque os resistores em alternate linhas ao longo da placa de ensaio para minimizar gotas no sinal de tensão durante a gravação de vários sensores (veja a Figura 3C).

2. Os ensaios de vôo

1. Tether insetos para o braço do moinho voo indirectamente através de um pino de inseto:
   1. Colocar uma pequena folha de bandeira no final da extremidade não dobrada do braço de articulação para maximizar a interrupção do feixe de infravermelhos no sensor e para actuar como um contrapeso.
   2. Dependendo do tamanho e área da cutícula do inseto disponível para fixação, fixe o inseto experimental para um pino inseto com massa adesiva reutilizável ou cola de pele não-tóxicas. Se necessário, anestesiar o inseto por qualquer refrigeração ou com CO _2.
   3. Moldar uma pequena quantidade de massa adesiva ao redor da ponta arredondada de um pino entomológica e cobri-lo com uma gota de cola de pele não-tóxicas. Aplicar suavemente sobre a área do pronoto e esperar 5-10s até que a cola estiver seca.
      Nota: O proprocedimento na etapa 2.1.3 é adequado para insetos com disco (besouro, bugs) ou moles (vespas, moscas) cutícula. Insetos com cutícula peludo (traças, borboletas) precisará ter o cabelo suavemente removidos com um pincel muito fino antes de tethering.
   4. Insira o pino com o inseto ligado na extremidade dobrada do conjunto de articulação do braço.
   5. Após o teste de voo ter terminado, remova o tethering com uma multa forcep.
      Nota: Os dados logger configurar e aquisição foi otimizado da seguinte forma para o equipamento específico listada na tabela de materiais e deve ser ajustado para uso com o equipamento alternativo.
2. Iniciar uma sessão de gravação com o software disponível gratuitamente Windaq Lite
   1. Baixe e instale o software livre Windaq Lite (veja lista de equipamentos).
   2. Abra o gerenciador de hardware instrumento, selecione o registrador de dados a partir da lista pop-up e pressione 'Start Windaq'. Uma nova janela será aberta e o sinal de entradaal de cada sensor serão mostradas.
   3. Selecione a frequência de amostragem desejada em que o registrador de dados lê e exibe a saída do sensor.
      Nota: A frequência de amostragem dependerá da velocidade de voo do inseto, no entanto amostragem freqüências que variam entre 30-45 Hz vai ser rápido o suficiente para capturar o vôo de pequenas e médias insetos porte.
   4. Pressione Ctrl-F4 para iniciar uma sessão de gravação. Selecione o caminho de destino do arquivo de gravação na primeira janela pop-up. Escolha o período de tempo apropriado para gravar voo para o inseto e experiência particular. Definir o tempo de gravação na segunda janela pop-up. Uma vez que o tempo de gravação é decorrido Pressione Ctrl-S para finalizar o arquivo gravado.
3. Verificar a qualidade da gravação.
   1. Abra a pista de vôo registrado e selecionar um canal de tensão. Pressione Ctrl-T para abrir uma janela pop-up com as estatísticas de tensão para cada canal.
   2. Certifique-se de que não há grandes quedasem mínimos valor resultou de quedas de tensão através do circuito (Figura 4). Descartar quaisquer canais em que a diferença entre a média do canal e voltagem mínima é maior do que 0,1 V.
4. Salve o arquivo em um formato CSV *: Vá para Arquivo> Salvar como e, na janela pop-up, selecione "print Spreadsheet (CSV)". Na janela pop-up "de planilha Comentários" selecionar "Time Relativa" e desmarque todas as outras opções. Clique em OK para salvar o arquivo.

3. Análise de dados de voo utilizando Python 3.4.x

1. Instale a última versão Python 3.4.x. Baixe o arquivo Python_scripts.zip (Supplemental Files), abri-lo, e salvar standardize_peaks.py e flight_analysis.py para o desktop.
2. Padronizar e selecionar os picos no sinal gravadodo seguinte modo
   1. Clique com o botão direito no ícone standardize_peaks.py. Selecione 'Abrir com IDLE ".
      Nota: IDLE é o editor padrão para Python, mas qualquer editor de texto pode ser usada para essa finalidade.
   2. Em linhas 18-19, especificar os valores de limiar da tensão de cerca de média utilizada para realizar a normalização do sinal de tensão para cada canal.
      Nota: Os valores padrão são definidas para oferecer um bom sinal de normalização melodia, mas o usuário pode definir qualquer limite desejado de acordo com o valor da tensão média para cada canal. Estes podem ser encontrados na janela de estatísticas de tensão (ver passo 2.3).
   3. Na linha 45, digite o caminho para a pasta em que o arquivo .csv gravado * é salvo.
   4. Na linha 91, digite o caminho para a pasta na qual deseja gravar o arquivo de pico * .txt.
   5. Na linha 61 e linha 72, especifique o número de canais necessários. Adicionar ou excluir canais, eliminando o # no início da linha 61-63 e 72-74 até um máximoimo de 8 canais.
   6. Salve o arquivo e iniciar o script pressionando F5.
   7. Digite o nome do arquivo * .CSV (com qualquer sub-pastas adicionais) para a janela pop-up e pressione enter para salvar um novo arquivo * .txt com os sinais padronizados na pasta especificada.
      Nota: Dependendo do número de canais utilizados n, este ficheiro contém N + 1 colunas: a primeira coluna é o tempo relativo do evento de amostragem, as outras colunas n representam a base e os picos de eventos dos canais n utilizados para a gravação. Um valor de 0 representa a tensão de base, enquanto que um valor de 1 pico representa um derivado da passagem da bandeira através do sensor de infravermelhos.
3. Analisar a trajetória de vôo usando o arquivo padronizado: Edite o script flight_analysis.py para acomodar as condições experimentais de usuário:
   1. Botão direito do mouse sobre o ícone flight_analysis.py. Selecione 'Abrir com IDLE ".
   2. Na linha 39 e linha 80 ajustar o comprimentoda trajetória de vôo circular de acordo com o raio do braço.
   3. Se necessário, ativar um circuito de correção de velocidade opcional, excluindo o # em linhas 50-52. Alterar valor de velocidade em conformidade.
   4. Na linha 77 e linha 85, edite o limite de velocidade e os valores de intervalo de tempo para corrigir falsas leituras de velocidade na pista de vôo e representam intervalos de tempo muito curtos que ocorrem entre duas longas crises de vôo ininterrupto consecutivos.
   5. Na linha 198, especifique o tempo total de gravação em segundos. Altere as faixas de valores nas linhas da linha 287 em diante saída.
      Nota: Os intervalos padrão pode ser modificado de acordo com os requisitos do utilizador experimentais. A fim de fazer isso, todos os valores numéricos dentro da função (incluídos os do nome da variável, por exemplo no "flight_300_900" variável) precisa ser alterado para o valor desejado.
   6. Na linha 248, digite o caminho para a pasta em que o arquivo * .txt padronizado é salvo.
   7. Especifique o númerode canais. Adicionar ou excluir canais, adicionando ou excluindo um # no início de linhas 257-259, linhas 270-272 e 279-281 linhas, até um máximo de 8 canais.
   8. Na linha 304 digite o caminho para a pasta na qual deseja salvar os arquivos de saída.
   9. Uma vez que todas as configurações de usuário são especificados, salve o arquivo e iniciar o script pressionando F5.
   10. Digite o nome do arquivo * .txt para analisar (com qualquer sub-pastas adicionais) na janela pop-up e pressione enter.

Resultados

A Figura 5 mostra exemplos representativos do tipo de gráficos que podem ser obtidos usando os scripts descritas na secção anterior. Dados de voo foram obtidas de trabalho experimental realizado no Departamento de Zoologia da Universidade de Cambridge usando o besouro enterrando Nicrophorus vespilloides como modelo (Attisano, dados não publicados). Dois jovens do sexo masculino não acasalados de cerca de 20 dias de idade foram amarrados aos moinhos de voo e colocadas em condições ambientais controladas de 14:10 G: D e 21 ° C. Os besouros foram deixados no moinho de voos 8 horas consecutivas ea atividade de vôo foi registrado. A análise sobre tela ea saída gráfica torná-lo possível para resolver as diferenças individuais nos padrões de atividade de vôo. Por exemplo, o primeiro macho (Figura 5A) mostrou uma forte actividade de voo durante a primeira hora de gravação, caracterizado por uma elevada velocidade de voo e contínua, que durou cerca de três horas. ºestá fase actividade prolongada é caracterizada por um decréscimo gradual na velocidade de cerca de 1,6 m / s a ​​cerca de 1 m / s que. Após o ataque inicial de vôo, o indivíduo mostrou um padrão quase periódica de voo relativamente curto bouts cerca de 10-15 minutos de duração cada. O segundo homem mostrou um padrão de vôo muito diferente com ataques voadores que nunca excedeu a duração de 15-20 minutos (Figura 5B). Neste indivíduo a atividade de vôo caracteriza-se por um vasto leque de lutas que voam nas primeiras 4 horas de gravação, após o que a sua actividade se torna quase periódico. Este indivíduo também foi de muito baixo velocidade de vôo que apenas ocasionalmente ultrapassado 0,4 m / s.

Outro exemplo representativo foi obtido utilizando um inseto modelo diferente, o milkweed bug Oncopeltus fasciatus. Os dados foram coletados durante um estudo sobre o comportamento migratório e da resposta fisiológica ao estresse alimentar em mulheres milkweed bug ^24. Neste estudo, atempo de gravação foi ajustado para uma hora, a fim de caracterizar as mulheres como os migrantes ou residentes. Estes tipos de comportamento são caracterizadas por uma resposta "tudo ou nada". Fêmeas migratórias se envolver em voos sustentado e contínuo geralmente com duração de algumas horas, enquanto as fêmeas residentes nunca mostram a atividade de vôo mais longo do que alguns minutos. Assim, uma fêmea migrante mostrará um padrão de voo como na figura 6A, quando uma fêmea residente será caracterizada por um padrão de movimento como o mostrado na Figura 6B.

Figura 1. Projeto de configuração para a estrutura de suporte de plástico acrílico. A estrutura de suporte de plástico acrílico para as usinas de vôo é construída a partir de três componentes diferentes. Há duas paredes verticais exteriores (OW) contendo ambos os slots para as prateleiras e uma abertura para acomodar os sens IRRUP (A). Há uma única parede vertical central (CW) com os entalhes para as prateleiras. E há 5 prateleiras horizontais (SH) com slots para as paredes. O pivô magnética é colada para as prateleiras horizontais na posição B. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Montado moinho de vôo. (A) a estrutura de suporte de plástico acrílico é montado fazendo deslizar as cinco prateleiras horizontais (SH) nas ranhuras nas duas paredes exteriores (ow) e a parede central (CW), o que resulta em uma estrutura com 8 células individuais, contendo cada um uma magnética pivô e um sensor de infravermelhos, permitindo a 8 indivíduos a ser levado ao mesmo tempo. (B) O braço pivô à qual os insectos são amarrados pode ser construído de modo a Accomm Odate uma variedade de tamanhos e morfologias de insectos. (C) Como o inseto tethered move o braço pivô suspenso entre os ímãs, a bandeira da folha na outra extremidade do braço ativa o sensor IR (seta). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3. desenho do circuito conectando os sensores IR para o registrador de dados. (A) Um circuito simples conecta entrada do sensor de IR para o registrador de dados. (B) Cada registrador de dados pode ser alimentado e conectado ao coletor de dados através de uma placa de ensaio solderless usando o diagrama. (C) Vários sensores pode ser ligado ao registador de dados único utilizando a mesma placa de ensaio."target =" _ blank large.jpg "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4. Exemplos de eventos de voo gravados. Os picos de energia representam voltas completas do braço do moinho de vôo. (A) A gravação de alta qualidade de um evento de voo sem quedas de tensão no sinal gravado. (B) Um evento de vôo com uma queda de tensão no sinal gravado. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5. Os dados de vôo representante do nicrophorus vespilloides Nicrophorus. Variação individual em vôocomportamento é facilmente reconhecida nas gravações de voo. (A) Um indivíduo voou continuamente por cerca de três horas após o início do julgamento e depois voou periodicamente em alta velocidade em todo o resto do julgamento. (B) O comportamento do indivíduo é diferente, já que este besouro voou apenas esporadicamente durante todo o julgamento e nunca voou com as altas velocidades observadas no indivíduo no painel A (note a diferença de escala no eixo Y). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6. dados de voo representativas do milkweed bug Oncopeltus fasciatus. Dois diferentes padrões de comportamento são claramente observada entre as gravações de dados de voo. (A ) Este registo é típico do tipo de voo comportamento observado em indivíduos migratórias. Indivíduos migratórias voam a uma velocidade relativamente constante ao longo de grandes períodos de tempo. (B) O comportamento no Painel A é contrastado com o comportamento típico de um indivíduo residente vôo. Moradores voar a velocidades mais baixas e lutas aéreas duram apenas um curto período de tempo (note a diferença de escala no eixo X para A e B). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

Um projeto moinho voo acessível, flexível e ajustável.

Comportamento de vôo de insetos é do interesse de uma gama de cientistas, de os interessados ​​no comportamento básico de insetos em ambientes variáveis ​​para especialistas em controle biológico que necessitam para compreender como as condições influenciar a propensão de uma espécie de pragas para dispersar. Comportamento de vôo pode ser estudada por vários métodos que vão desde '' esteiras de voo e túneis de vento que as condições de campo aproximados para dispositivos estáticos voos cativos. Moinhos de voos cativos, como a apresentada aqui, são limitados em que certos aspectos do vôo, tais como mudanças de altitude, não pode ser medido ^14. No entanto, as usinas de voos cativos que permitem que os insetos de voar sem interrupção e, assim, permitir aos pesquisadores quantificar parâmetros como velocidade, distância e periodicidade de voo e correlacionar estes parâmetros com as condições ambientais, fisiologia e morphology.

O moinho de voo apresentado aqui foi projetado para permitir que pesquisadores sem conhecimento especializado de electrónica para construir e usar um moinho de voo tethered, a fim de estudar o comportamento de vôo nos insetos. Uma vantagem deste desenho é que o custo total do moinho de voo é baixo quando comparado com outros modelos. O custo global pode ser mantida bem abaixo de 300 dólares norte-americanos. As chapas acrílicas plásticas são o item mais caro. A segunda vantagem é que o moinho de voo é adaptável para os espaços de trabalho condição controlada limitados disponíveis em muitos laboratórios, em oposição a um túnel de vento especializado. O uso de chapas grossas de plástico transparente de acrílico de 3 mm significa que a estrutura seja transparente, para permitir a fácil observação dos insetos, e também o peso leve, permitindo que a fábrica de voo a ser transferida para o local apropriado para ensaios de vôo. A configuração empilhada das células moinho voo maximiza o número de amostras executado enquanto minimizando o péimprimir do dispositivo. Além disso, o dispositivo pode ser facilmente desmontada para armazenamento. Para além disso, o moinho de voo foi concebido para permitir que um grande número de indivíduos a serem amostrados de forma relativamente fácil. Cada moinho de voo contém 8 células, permitindo aos investigadores para registrar a atividade de vôo de várias pessoas simultaneamente. Colocar insectos indirectamente para o braço de articulação por meio de um pino de insectos permite insectos individuais a serem colocados no interior e removido do moinho de voo rapidamente. Finalmente, a electrónica de registo de dados é simples e fácil de usar, com um software livremente disponível para análise de dados. Uma vez montado, o moinho de vôo usa sensores simples IR para registrar a atividade de vôo. A passagem da folha da bandeira no final do braço através do feixe infravermelho permite que cada rotação do braço a ser gravado. A taxa de revolução permite que dados como velocidade, distância percorrida, tempo total de vôo e os padrões de voo a ser registrado como entrada em um data-logger.

O moinho de vooé capaz de ser adaptado para um número de diferentes tipos de insectos. O uso de tubos de aço hipodérmica para o braço de articulação é mais eficaz do que outras opções, tais como varas de madeira ou palhinhas porque, embora mais pesado, o arrasto produzido é reduzida pelo diâmetro estreito, permitindo que até mesmo pequenos insetos para ser testado pelo vôo. Recentemente, pequenos pedaços de fibra óptica têm sido utilizados num moinho de voo para pequenos insectos ^25. O final curvada do braço pode ser colado ao induzido em diferentes ângulos em relação ao eixo de suporte, a fim de posicionar o insecto experimental em voo a sua orientação natural. Na concepção apresentada, na qual o raio é de 10 cm de comprimento, a totalidade da distância percorrida numa rotação é de 62,8 cm. Remoção da parede vertical central vai permitir que uma configuração alternativa do moinho de voo em que o raio do braço pode ser dobrada em comprimento para acomodar maiores insetos e revolução distâncias de até 1,20 m. Neste caso, ímãs mais fortes são recoded para acomodar e estabilizar o braço mais longo da usina.

Como afirmado por toda parte, o projeto moinho voo é flexível e adaptável para as espécies de insetos de interesse e pesquisadores são capazes de personalizá-lo para suas necessidades particulares. Isso inclui não apenas as necessidades físicas do inseto, incluindo parâmetros, tais como tamanho, poder, estrutura da cutícula, mas também diferenças biológicas entre as espécies. Uma desvantagem potencial para todas as fábricas de vôo é que a falta de "forças" de apoio tarsal os insetos de voar, talvez até a exaustão. Embora isto seja verdade em algumas espécies, por exemplo, observou-se a resposta de voo automático com os nossos ensaios milkweed bug, não é verdade para todos os insetos que testamos (por exemplo vespilloides N.). No entanto, mesmo com a resposta automática, nunca observada insetos voadores à exaustão ou morte, em parte por causa do tempo de gravação que escolheu para acomodar a biologia dos insetos. Assim, é importante para fazerobservações preliminares sobre o inseto de interesse para compreender seu comportamento no moinho de voo, a fim de otimizar a coleta de dados. Uma questão adicional, conhecido com moinhos de vôo, é que a inércia pode manter o movimento mesmo depois de o inseto parou de voar ativamente. O script fornecido contas para as leituras equivocadas devido à inércia do moinho de vôo, caracterizada pela rápida diminuição na velocidade de vôo e aumentando as distâncias entre os picos. O 'flight_analysis.py' roteiro descarta estes "falsos picos" e constrói um novo sinal para análise. O usuário pode escolher o limite de velocidade para a correção, como explicado nas notas previstas no roteiro.

Uma fonte de alimentação de 5 V é suficiente para obter um sinal de tensão de leitura, no entanto, uma unidade de alimentação com tensão de saída variável pode ser usada como fonte de energia para permitir a entrada de energia para ser variada e, assim, optimizar a tensão de funcionamento para cada sensor. Essa solução também pode ajudar a aumentar a qualidade de visualização of sinais de pico na interface de gravação do software. A saída do sensor é mostrada na interface de software como formado por uma base e de pico tensões em que a tensão de base, seja o menor tensão de saída do sensor em repouso (quando o feixe de infravermelhos não é interrompido), enquanto a tensão de pico é o aumento da tensão de base que ocorre quando o feixe de luz infravermelha é interrompida quando o braço se desloca através do feixe. Uma tensão de entrada de 5 V fornece um aumento de cerca de 100 mV, enquanto aumenta a entrada de 7 V aumenta aumento do pico a 300 mV permitindo uma discriminação mais clara das tensões de base e de pico. O tamanho da placa de ensaio sem solda escolhida determina quantas células aéreas podem ser acomodados. A fim de minimizar gotas no sinal de tensão durante a gravação a partir de vários sensores, recomenda-se colocar os resistores em linhas alternadas ao longo da placa de ensaio (ver a Figura 3C).

Padronização sinal customizável e analysis scripts escritos para o acesso aberto linguagem de programação Python.

A padronização e análise do sinal de tensão são realizadas usando scripts personalizados escritos em Python, que é uma linguagem livre, amplamente utilizado para uso geral e de alto nível de programação. O usuário final pode facilmente personalizar os scripts para trabalhar com configurações especificadas próprios. A personalização é conseguido simplesmente mudando valores numéricos ou nomes de variáveis. Notas sobre como personalizar os parâmetros podem ser encontradas dentro dos próprios scripts. Os valores padrão nos scripts estão definidas para oferecer um bom sinal de normalização melodia, mas o usuário pode definir qualquer limite desejado de acordo com o valor da tensão média para cada canal. No script de análise de vôo, os flying_bouts função de linha 105 calcula a duração em segundos do mais longo e mais curtos episódios de vôo, a percentagem de tempo gasto em vôo sobre o tempo total de gravação eo número de vôo ataque eventos de uma gama duração especificada. Os intervalos podem ser modificados de acordo com os requisitos do utilizador experimentais. A fim de fazer isso, todos os valores numéricos dentro da função (incluídos os do nome da variável, por exemplo no "flight_300_900" variável) precisa ser alterado para o valor desejado. O número de faixas ea sua duração depende simplesmente especificação do usuário. O script irá imprimir na tela os resultados da análise para cada canal. Estes incluem: velocidade média de vôo, o tempo total de voo, distância percorrida, e mais longos que voam episódios mais curtos e composição vôo. Além disso, o script retorna um arquivo DAT * para cada canal e salva-lo na pasta de saída especificado pelo usuário. Cada ficheiro * .DAT contém duas colunas: a primeira representa o tempo relativo do evento de pico, o segundo é a variação de velocidade entre dois eventos detalhada dos picos sucessivos. Este arquivo pode ser importado no Excel ou R para produzir um gráfico da variação de velocidade ao longotempo e visualizar os padrões de atividade de vôo.

Em conclusão, estes resultados demonstram que este projeto moinho de voo pode ser facilmente implementado com sucesso e para coletar dados para estudos comportamentais olhando para voar padrões de atividade em diferentes modelos de insetos. Tais dados podem ser utilizados para investigar a variação individual em padrões de movimento dependentes como por exemplo sobre a fisiologia e morfologia. Isso pode oferecer grandes insights sobre as características fisiológicas e morfológicas subjacentes que determinam a variação individual em padrões de movimento como forrageamento ou atividade migratória, o que acaba afetando a população como um todo. A variação da velocidade detalhado ao longo do tempo pode ser utilizado em combinação com as medições fisiológicas e morfológicas detalhadas, oferecendo uma ferramenta para estudar os padrões de consumo de recursos ou efeitos da variação na parte do corpo sobre a morfologia actividade de voo.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Registrador de dados	DATAQ Instruments, Ohio, EUA	DI-149	Esses registradores de dados específicos foram escolhidos porque podem ser facilmente conectados via USB a um computador e vêm com software proprietário gratuito (WinDaq/Lite, DATAQ Instruments, Ohio, EUA) para visualizar e registrar a saída do sensor, aumentando a acessibilidade do design do moinho de vôo.
Registrador de Dados - alternativa			Uma alternativa potencial para os registradores de dados DATAQ  é um adaptador RS232 para USB, prontamente disponível através de lojas de suprimentos eletrônicos ou de escritório.  Eles devem ser capazes de ler dados diretamente da porta serial por meio do módulo pyserial.
Pinos entomológicos	BioQuip
Tubo de aço hipodérmico calibre 19	Peças pequenas	B000FN5Q3I	Disponível através de Amazon.com; outros fornecedores estão disponíveis, mas certifique-se de comprar tubos de aço austenítico para garantir o braço em sensores IR não magnéticos
	Optek Technology Inc., Texas EUA	OPB800W
Ímãs de			neodímio N42Prontamente disponível; pode ser comprado através de fornecedores especializados de ímãs, lojas de hobby ou Amazon
Plexiglass/perspex			Prontamente disponível em qualquer loja de ferragens
Colunas de poliestireno para suporte			Qualquer material de embalagem de poliestireno ou isopor que de outra forma poderia ser descartado ou reciclado pode ser usado para moldar as colunas de suporte para o moinho de voo.  Caso contrário, as folhas de isolamento de isopor estão disponíveis em qualquer loja de ferragens.
Módulo de fonte de alimentação de placa de ensaio sem solda	Arrela	MB102	A unidade de alimentação de 5V, placa de ensaio e fios de jumper macho-macho sem solda podem ser facilmente adquiridos como um kit.

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