Summary
ويتطلب قياس أنماط ظهور الحشرات الدقيقة. النظم القائمة محدودة فقط من حجم شبه الآلية وعينه. علينا تناول هذه المسائل بتصميم نظام لاستخدام ميكروكنترولر لقياس دقة وقت ظهور إعداد كبيرة من الحشرات الناشئة.
Abstract
عيوب النظم القائمة لقياس أنماط ظهور الحشرات؛ أنهم الآلي إلا بصورة جزئية ومحدودة في الحد الأقصى لعدد الحشرات الناشئة يمكن أن تكتشف. من أجل الحصول على قياس دقيق لظهور الحشرات، من الضروري لأنظمة شبه الآلية وقادرة على قياس عدد كبير من الحشرات الناشئة. علينا تناول هذه القضايا بتصميم وبناء نظام الآلي، ويمكن قياس ظهور ما يصل إلى 1200 الحشرات. قمنا بتعديل النظام "التي تقع الكرة" الموجودة باستخدام ميكروكنترولر اردوينو لأتمتة جمع البيانات وتوسيع حجم العينة من خلال قنوات متعددة للبيانات. قنوات متعددة للبيانات تمكن المستخدم ليس فقط زيادة حجم العينة، بل يسمح أيضا لعلاجات متعددة ليتم تشغيلها في نفس الوقت في تجربة واحدة. وعلاوة على ذلك، قمنا بإنشاء برنامج نصي R لتصور البيانات تلقائياً كمؤامرة فقاعة، بينما أيضا حساب متوسط اليوم والوقت لظهور. صمم النظام الحالي استخدام 3D الطباعة بحيث يمكن للمستخدم تعديل النظام لضبط للأنواع المختلفة من الحشرات. والهدف من هذا البروتوكول هو التحقيق في مسائل هامة في علم وظائف الأعضاء تشرونوبيولوجي والإجهاد، استخدام هذا النظام الآلي ودقيقة لقياس أنماط ظهور الحشرات.
Introduction
قياس دقة توقيت ظهور الحشرات الأرضية في إعدادات التجريبي المعروف صعبة وتتطلب درجة معينة من التشغيل الآلي. وقد صممت عدة آليات في الماضي، إدراج أما مبدأ "تقع كرة"، باستخدام الكرات التي تقع، وأجهزة الاستشعار، أو "بانج--مربع" استخدام قمع من نوع نظام1،،من23. هناك اثنين من القيود مع التصاميم الموجودة: 1) جمع البيانات هو مؤتمتة جزئيا فقط، و 2) حجم العينة أو عدد الحشرات الناشئة التي يمكن الكشف عنها محدودة. هذه المشاكل انخفاض دقة جمع البيانات، وهو أمر مهم لدراسة توقيت اكلوسيون و/أو ظهور أنماط. نحن عالجت هذه المشاكل بتصميم نظام مؤتمت وليس محدودا بحجم العينة، وتمكين المستخدم من رؤية أفضل إيقاعات ظهور استجابة لمنبهات البيئة.
نظامنا هو تحسين مبدأ الكرة الوقوع، الإصدار الأحدث التي تستخدم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء للكشف عن ظهور الحشرات في زيادات ست دقائق2. نظامنا لا يزال يستخدم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء، ولكن يشمل أيضا متحكم اردوينو لتسجيل التاريخ والوقت لكل حدث ظهور إلى أقرب ثانية. يتم تخزين البيانات تلقائياً إلى آمنة (SD) بطاقة رقمية، التي يمكن تصديرها كملف مقسوم بفاصلة للتحليل. التحليل الآلي باستخدام البرامج النصية مخصصة R، الذي سوف الرسم البياني البيانات كمؤامرة فقاعة وتحديد متوسط الوقت واليوم بروز.
قنوات متعددة تمكن المستخدم مزيدا من المرونة في الحصول على البيانات. على سبيل المثال، لدينا تصميم قناة متعددة ليس فقط يقلل من تأثير جهاز استشعار "انسداد"، ولكن أيضا يمكن أن تستخدم لزيادة حجم العينة. وعلاوة على ذلك، قنوات متعددة تسمح للمستخدم بتعيين العلاجات لقنوات محددة حيث يمكن تشغيلها في وقت واحد في تجربة. يسمح استخدام جميع القنوات الست لحوالي 1200 النحل الناشئة التي ستسجل في تجربة واحدة. على حد علمنا، هذا هو حجم عينة أكبر من النظام الحالي أي قياس ظهور الحشرات وأتاح لنا أن نلاحظ ظهور غرامة-مقياس أنماط استجابة لمنبهات بيئية. أخيرا، لدينا نظام يستفيد من حقيقة أن غالبية الأجزاء 3D مطبوعة. وهذا يخلق دقة الحجم المكونات، مما يقلل من احتمال حدوث أخطاء (مثل انسداد الكاشف) أثناء العمليات. كما أنه يسمح للتخصيص لنظم البحوث الأخرى.
والهدف من هذا البروتوكول إنشاء مخصص نظاما دقيقا والآلي لقياس ظهور الحشرات، للتحقيق في مسائل في علم وظائف الأعضاء تشرونوبيولوجي والإجهاد. وقد تم هذا النظام، وستظل، حاسمة في التحقيق في الأسئلة المتصلة بظهور الحشرات أنماط استجابة لمنبهات بيئية. هنا يصف لنا بالجمعية واستخدامه للكشف عن ظهور النحلة قطع ورقة البرسيم، روتونداتا ميجاتشيلي في إعدادات التجريبية المستندة إلى مختبر. النظام الآلي باستخدام متحكم القابلة لبرمجة وقابلة للتخصيص باستخدام الأجزاء المطبوعة 3D. عقد الرفوف المطبوعة في مكان الأنابيب التي تحتوي على خلايا عش النحل بعد BB معدنية. عند ظهور، يتم إطلاق سراح BB معدنية من الرف، ويمر عبر جهاز استشعار الأشعة تحت حمراء تسجيل التاريخ والوقت لظهور لبطاقة SD. التصميم الحالي هو الأمثل م. روتونداتا، ولكن مع إدخال بعض التعديلات الطفيفة يمكن تكييفها للأنواع الأخرى من الحشرات.
Protocol
1-نظام البناء
- استخدام خيوط جيش التحرير الشعبي الصيني، طباعة العدد التالي من أجزاء لكل قناة يجري بناؤها: جامع 1 متعددة (collector_manifold.stl) وسقف نهاية 1 (end_cap.stl)، يدعم منصة 6 (platform_support.stl)، وأنبوب 4 رف الصفائح القاعدية (base_plate.stl) و 4 أنبوب حامل الوجه لوحات (face_plate.stl). تأكد من أن الطابعة سرير كبيرة بما يكفي لطباعة عنصر قبل الطباعة. تتوفر جميع *.stl الملفات في بيانات تكميلية.
- 3 منصة تدعم وقطعة 33 × 30 سم من البلاستيك المموج، استخدام الغراء الساخن لتجميع أنبوب 2 رف منصات كل قناة يجري بناؤها، كما هو مبين في الشكل 2. يمكن سجل البلاستيك المموج على جانب واحد عند كل زاوية للسماح للانحناء.
- تثبيت الإلكترونيات إلى المشعب جامع.
- جندي مقاوم 120 Ω إلى اﻷنود (الساق أطول) باعث الأشعة تحت الحمراء وكاشف الأشعة تحت الحمراء، ويبلغ طوله 22 GA الأسلاك لكلا الزركونيم ~ 5 سم. استخدام ألوان مختلفة من الأسلاك لتجنب الارتباك في الخطوات اللاحقة.
- بعناية إدراج الجهاز في مقبس واحد جامع المشعب (الضوء الأزرق في الشكل 3) والباعث إلى مأخذ توصيل الثاني (الضوء الأحمر). يجب أن تناسب كل المكونات بشكل مريح.
- تغذية الأسلاك الكاشف من خلال قناة الكابلات (الضوء باللون الأصفر في الشكل 3)، وسحب كافة الأسلاك الأربعة من خلال ثقب الوصول (الضوء الأخضر). ضمان لمس أي أسلاك عارية، استخدام الغراء الساخن في مكان أمن.
- لحام جميع الأسلاك الأربعة إلى منفذ RJ45 جاك (Ethernet)، باستخدام الصف الخلفي من دبابيس. ينبغي أن يكون ملحوم كلا الأنودات دبوس أقصى اليسار والكاثود من باعث إلى طرف أقصى اليمين والكاثود كاشف أما من مركز الدبابيس (الشكل 4).
- تأمين منفذ RJ45 جاك أكثر من ثقب متعددة الوصول إلى جامع (الضوء الأخضر في الشكل 3) مع الغراء الساخن، ضمان لمس الأسلاك العارية لا داخل المتشعبة.
- بناء جامع الكرة السقوط (1 كل قناة يجري بناؤها) كما هو مبين في الشكل 5
- مع واحد جامع السلكي المتشعبة، سقف نهاية واحدة، وقسم 24 × 30 سم من البلاستيك المموج، استخدام الغراء الساخنة للاتصال قاعدة للوحدة (الأحمر، الأخضر، والخفيفة الرمادية مكونات الشكل 5).
- استخدام مقطع 8 × 27 سم من البلاستيك المموج لإضافة منحدر كرة التي تقع المجمع (مكون رمادي داكن الرقم 5). نهاية عملية النداءات الموحدة وجامع تصاميم متعددة تشمل الحواف التأكد من الموضع الصحيح. الاختيار لانتقال سلس من المنحدر إلى جامع لتجنب الاختناقات أثناء الاستخدام.
- بناء المعالج المركزي للنظام (على النحو المبين في الشكل 6).
- طباعة لوحة دوائر المطبوعة مخصصة لنظام البناء. وتتوفر كافة الملفات المطلوبة لثنائي الفينيل متعدد الكلور المجلس الطباعة في بيانات تكميلية.
- لحام رؤوس الإناث على من خلال الثقوب المسمى للمنشآت التالية: نانو اردوينو، درجة الحرارة، على مدار الساعة ووحدة التنمية المستدامة والكريستال السائل وشاشة عرض (LCD) (2 × 5 غير مسمى من خلال ثقب المنطقة في الزاوية اليسرى العليا للمجلس ثنائي الفينيل متعدد الكلور).
- المفاجئة في ولحام ستة مقابس RJ45 على طول الحافة السفلية للمجلس ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- لحام المقاومات المنسدلة أوم ك 470 الست في هذه المواقع من خلال ثقب يقع تماما فوق مقابس RJ45.
- تثبيت نانو Arduino ودهت-درجة الحرارة واستشعار الرطوبة، على مدار الساعة، ووحدة التنمية المستدامة على لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. وينبغي اختبار استشعار دهت-درجة الحرارة والرطوبة قبل استخدامها في التجارب لضمان الدقة.
- قم بتوصيل سلك شريط 10-موصل موصل شاشة LCD للمجلس ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لحام في الطرف الآخر من السلك الشريط على شاشة LCD حيث تتوافق دبابيس الشاشة إلى دبابيس اردوينو، كما لاحظت في الشكل 4. وتتوفر المزيد من التفاصيل عن الأسلاك شاشات الكريستال السائل في https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd.
- نظام البرمجة
- تحميل وتثبيت أحدث إصدار من IDE اردوينو لنظام التشغيل الصحيح من www.arduino.cc.
- عند الاستخدام الأول، قم بتثبيت مكتبات اردوينو لساعة الوقت الحقيقي (github.com/adafruit/RTClib)، وأجهزة الاستشعار درجة الحرارة/الرطوبة (github.com/adafruit/DHT-sensor-library). تعيين الساعة إلى التوقيت المحلي الحالي باستخدام البرنامج النصي ds1307 المضمنة مع المكتبة.
- تحميل النظام النصي اردوينو، متاح في بيانات تكميلية.
2-نظام الاستخدام
- تجميع النظام كما هو مبين في الشكل 7. لكل قناة تستخدم، واحد جامع الكرة الوقوع (تجميعها في الخطوة 1، 4) ينبغي أن تكون محاط على جانبي منصة حامل (تجميعها في الخطوة 5، 1). استخدام التغليف الشريط على تماسك القطع وإنشاء سلسة مدورة الحافة على منصة حامل.
- تكوين قنوات غير المستخدمة لتجنب إشارات إيجابية كاذبة. نظراً لأن النظام يعتمد على إشارة منخفضة للكشف عن حدث (كاشف الأشعة تحت الحمراء لا يتلقى إشارة من باعث الأشعة تحت الحمراء)، يجب تكوين قنوات غير مستخدمة على نحو مناسب لتجنب إشارات إيجابية كاذبة. وقد يتحقق هذا بواحدة من طريقتين.
- قم بإلغاء تنشيط قنوات غير المستخدمة في البرنامج بالتعليق خارج الحلقات المقابلة للقنوات غير المستخدمة. في بيئة تطوير متكاملة [اردوينو]، يمكن تحقيق ذلك عن طريق إضافة "/*" قبل الحلقات غير الضرورية و "*/" في نهايتها.
- إلغاء تنشيط قنوات غير المستخدمة من خلال إقامة أجهزة بسيطة. ببساطة اللحيم الأسلاك #6 و #8 (عادة صلبة صلبة والبنى الأخضر أسلاك كبل القط المتاحة تجارياً 6) معا، وإدراج جاك RJ45 فارغة على المعالج المركزي.
- تحميل ومكان أنبوب رفوف قبل تشغيل تجربة مباشرة.
- التأكد من أن جميع الثقوب تحتوي على أنبوب ميكروسينتريفوجي 0.5 مل مع إزالة الغطاء وأن الأنابيب تناسب بشكل مريح.
- ملء كل أنبوبة مع خلية واحدة من أمهات الحشرات، وقضية الخوادر أو شرنقة، واحد الادسنس بيليه، وأخيراً أحد المعادن BB. تأكد من أن تواجه الجانب حافة مسطحة (cap) الخلية الحضنة في اتجاه بيليه الادسنس والمعادن BB. إلصاق غطاء حامل أنبوب، مع حافة تقريبه نحو الجزء السفلي من الرف، واستخدام مسامير النايلون ¼ بوصة.
- مكان أنبوب رفوف على منصة حامل، مع فتح التي تواجه نحو جامع الكرة التي تقع. ينبغي وضع رفوف على حافة جداً من النظام الأساسي بحيث يمكن أن تقع BB معدنية بحرية في جامع دون كذاب ضد جزء آخر من الهيكل (الشكل 7). عند وضع على الرف، تبدأ مع افتتاح تواجه صعودا وثم استدارة بلطف لضمان ما لم يطلق سراح BBs معدنية. يتم تصميم الرفوف حيث الأنابيب سوف مائل قليلاً إلى الوراء عند وضعها بشكل صحيح، مما يقلل الفرصة لإطلاق عرضي من BBs معدنية.
- إدراج بطاقة SD في المحول ثم قم بتشغيل المعالج المركزي بتوصيل موصل USB الصغير اردوينو، والطرف الآخر في أي مناسبة محول الناقل التسلسلي العام. سيتم عرض شاشة LCD أرقام واحدة خلال ستة عندما تكون جاهزاً. إسقاط BB معدني واحد في جامع الكرة لكل قناة ومشاهدة العدد المطابق تظهر على الشاشة والوقت الصحيح لعرض في الجزء السفلي من الشاشة.
- إذا لم يتم عرض الوقت الصحيح، كرر الخطوتين 1.6.3 و 1.6.4 إعادة تعيين الساعة.
- إذا لم يتم تسجيل اختبار المعدن BB، يتم حظر جامع. التحقق بصريا للانسداد وإعادة تشغيل النظام.
- إذا كانت قناة "التهم" حتى حدث واحد كل ثانية، وهذا يشير إلى أن القناة غير متصل بشكل صحيح. تحقق من كافة الاتصالات وإعادة تشغيل النظام.
3-تجربة نهاية وتحليل البيانات
- بعد ظهور انتهت (انظر نتائج و أرقام 8 و 9 لأمثلة من مقياس الوقت)، السلطة أسفل الجهاز قبل إلغاء توصيل Arduino. يمكن تفكيكها الرفوف وتنظيفها لإعادة استخدامها.
- وخلال التجربة، يتم تخزين البيانات على بطاقة SD في ملف مقسوم بفاصلة (CSV) موجوداً حسب لغة البرمجة R. استخدام بطاقة SD لنقل البيانات إلى الكمبيوتر، ورستوديو إنشاء تلقائي لمؤامرات فقاعة من البيانات.
- يتم حفظ بيانات الحدث ودرجة الحرارة في نفس الملف لتكامل البيانات. ومن ثم، يجب إكمال تجهيز بعض قبل التحليل. استيراد ملف محدد الفاصلة إلى برنامج جدول بيانات. أعمدة I و J هي التاريخ والوقت لظهور للنحل؛ جعلها الأعمدة A و B بقص ولصق الأعمدة A-E في جدول بيانات ثاني، وحفظ كملف منفصل، وهذه هي البيانات درجة الحرارة.
- عنوان العمود A مع "التاريخ" والعمود ب "الوقت" وفرز البيانات حسب العمود A ثم حسب ب حفظ الملف CSV. ملف.
- تحميل وتثبيت أحدث إصدار من رستوديو من https://www.r-project.org/. مساعدة مع استخدام رستوديو لتحميل وتحليل البيانات ويمكن الاطلاع على هنا في https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html.
- استخدام البرنامج النصي R متاح في بيانات تكميلية، تحميل البيانات إلى رستوديو. تغيير وجهة العمل في البرنامج النصي للبحث والتطوير لمطابقة حيث excel *. يوجد ملف CSV. تشغيل البرنامج النصي، وحدد ملف البيانات لتحليلها. اكتب "مؤامرة" في وحدة البحث والتطوير. تقع الأرض فقاعة في الوجهة العامل المسمى "عالية الدقة؛" إعادة تسمية هذا الملف لحفظ كملف tiff ذات الدقة عالية (300 نقطة في البوصة).
Representative Results
ظهور روتونداتا م. غير متزامنة دون التعرض لجديلة بيئية، مع ظهور حدوث شكل موحد في جميع أنحاء اليوم4. ومع ذلك، عندما تتعرض إلى ثيرموبيريود موجه مربعة (ثيرموبيريود 4 درجة مئوية)، يصبح ظهور متزامن إلى4،ثيرموفاسي5. هذه النتيجة مماثلة لغيرها من الدراسات حيث تم العثور على الحشرات استخدام الإشارات ثيرموبيريود لتنظيم ظهور، بما في ذلك ذبابة اللحم Sarcophaga كراسيبالبيس6وذبابة البصل ديليا أتيكا7 سوسة بول أنثونوموس جرانديز جرانديز8. وقد أظهرت إحدى الدراسات أن الإجهاد أثناء التطوير يؤثر التزامن لظهور الكبار في كراسيبابلبيس س.9. نقدم هنا، النتائج من روتونداتا م. التي تعرضت لإجهاد أثناء التطوير، لاختبار الفرضية القائلة بأن هذا العلاج يسبب الغايتين ظهور الكبار.
تشغيل بنجاح
يجب أن يشاهد المستخدم شاشة LCD قبل افتتاح الحاضنة للتأكد من الحشرات لم تعد تظهر. وبمجرد الانتهاء من هذه التجربة، تتم إزالة بطاقة SD ويمكن تصدير البيانات إلى RStudio كملف مقسوم بالفاصلة تصور كمؤامرة "فقاعة"، كما تم وصفه سابقا. يعرض الرقم 8 ظهور النحل تحت ثيرموبيريود 4 درجات مئوية بعد التعرض لإجهاد البرد أثناء التطوير. مرمى الأحمر يشير إلى متوسط الوقت واليوم من ظهور واسم الملف هو العنوان. هذا البرنامج النصي R ينبغي أن تستخدم لتمثيل البيانات، ولكن لا ينبغي أن يكون التحليل الوحيد. لتحليل ظهور استجابة لجديلة بيئية، يمكن تحليل البيانات رهيثميسيتي (انظر التحليل)-
مضاعفات
عند انسداد جهاز استشعار مع BBs معدنية، عدم وجود إشارة مرارا وتكرارا ويحسب، مما أدى إلى العديد من نقاط البيانات الكاذبة. يوضح الشكل 9 نفس مجموعة البيانات المعروضة في الشكل 8، ولكن مع واحدة من ست قنوات مسدودة مع BBs، وبالتالي خلق فقاعة كبيرة على الرسم البياني. في حالة انسداد أجهزة استشعار، يمكن إزالة البيانات من هذه القناة بسهولة من التحليل. دمج قنوات متعددة في تجربة مفيد في التقليل من تأثير جهاز استشعار المسدودة.
تحليل
يمكن أن يتم تحليل البيانات لوجود المزامنة عن طريق حساب "معلمة" R، إحصاء عددي الذي يحدد إذا كان ظهور الإيقاعي أو اضطرابات10،،من1112. ويتم ذلك عن طريق حساب عدد أعلى من البالغين الناشئة في إطار 8 ساعة، قسمة هذا الرقم على عدد البالغين الناشئة خارج الإطار 8 ساعات، ثم ضرب 100. ينبغي تجميع جميع الأفراد التي ظهرت لحساب عدد البالغين الناشئة لمدة ساعة كل يوم. النطاق النظري لمعلمة R من 0 (ظهور جميع يحدث داخل البوابة) 200 (ظهور موزعة بصورة متسقة اليوم)10. قيم R < 60 تعتبر ظهور الإيقاعي، 60 < R < 90 ضعيفة الإيقاعي، والبحث والتطوير > 90 اضطرابات. قيم R تشير إلى > 150 الزي التوزيع لظهور10. ويبين الشكل 8 أن ظهور الإيقاعي مع معلمة R = 20.21 < 60. يرجع ذلك إلى حقيقة أن يتم توزيع هذا النوع من البيانات مدار 24 ساعة مكرر، يجب استخدام الإحصاءات دائرية لإجراء تحليل أكثر قوة (وصف بالتفصيل في بينيت وآخرون، 20185). هذا يمكن أن يتحقق عن طريق مجموعات دائرية الإحصاءات المتاحة عن رستوديو (حزمة 'التعميم'-وكراً. R-project.org).
رقم 1: مضافة تصنع مكونات. استخدام خيوط جيش التحرير الشعبي الصيني، 3D طباعة الأجزاء المطلوبة للنظام. لكل قناة يجري بناؤها، قطع الغيار اللازمة هي 1 جامع المشعب (الأخضر)، ويدعم 1 سقف نهاية (أحمر)، منصة 6 (برتقالي)، أنبوب 4 رف الصفائح القاعدية (الأرجواني)، وحامل أنبوب 4 الوجه لوحات (أصفر). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: أنبوب حامل منصة الجمعية العامة- استخدام الغراء الساخن لتجميع اثنين من منصات حامل أنبوب كل قناة يجري بناؤها. استخدم ثلاثة يدعم منصة (تظهر باللون البرتقالي) مع قسم من البلاستيك المموج (يظهر باللون الرمادي). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: جامع المتعددة الأشعة السينية- إدراج واحد كاشف الأشعة تحت الحمراء إلى مقبس واحد جامع (يظهر باللون الأزرق) والباعث إلى مأخذ توصيل الثاني (يظهر باللون الأحمر). تغذية الأسلاك الكاشف من خلال قناة الكابلات (يظهر باللون الأصفر) وسحب كافة الأسلاك الأربعة من خلال ثقب الوصول (الضوء الأخضر). ضمان لمس أي أسلاك عارية، استخدام الغراء الساخن في مكان أمن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: موصل الأسلاك. مخطط الأسلاك لجاك RJ45 قبل لصق إلى المشعب جامع، كما يتضح من الجزء السفلي من جاك والجدول الأسلاك لتوصيل شاشة LCD للمعالج المركزي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5: الكرة الجمعية جامع. استخدام سقف نهاية واحدة (يظهر باللون الأحمر) وجامع واحد متعددة (كما هو موضح باللون الأخضر) و 24 × 30 سم قطعة من البلاستيك المموج (مبين في رمادي فاتح) تجميع shell للجمعية جامع الكرة. استخدام قطعة 8 × 27 سم من البلاستيك المموج (يظهر باللون الرمادي الداكن) لإضافة منحدر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 6: المجلس المركزي "المعالج ثنائي الفينيل متعدد الكلور"- ويتألف المجلس ثنائي الفينيل متعدد الكلور للمعالج المركزي لطبقة السفلي (مبين باللون الأخضر) وطبقة أعلى (المبينة باللون الأحمر) طبقة السلك سكرين (المبينة باللون الأزرق). لحام رؤوس الإناث إلى ثقوب التمريري جميعا، باستثناء تلك مقابس RJ45 (على طول الجزء السفلي) والمقاومات المنسدلة (مباشرة فوق منصات RJ45). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 7: التجميع النهائي. عندما تكون قيد الاستخدام، ينبغي تجميع الجهاز مع منصة حامل أنبوب على جانبي كل جامع الكرة المستخدمة. ينبغي أن توضع رفوف أنبوب مع فاسبلاتيس مرفقة بحيث تكون على حافة جداً من "منصة حامل الأنبوب"، الحد من إمكانية الوقوع BBs كذاب قبالة الجهاز. البصمة جهاز تجميع حوالي 25 سم × 35 سم، مع ارتفاع من 20 سم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 8: الرسم البياني لتشغيل تجريبي نموذجي بعد المعالجة في ر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 9: الرسم البياني للتجربة التي عانت من جهاز الكشف عن انسداد، كما هو موضح بفقاعة كبيرة نسبيا في يوم 4- يمكن إزالة انسداد القناة من التحليل، وبالتالي الحفاظ على نقاط البيانات المتبقية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Discussion
نقدم بروتوكولا للجمعية واستخدام نظام يسمح للقياس الدقيق لتوقيت ظهور الحشرات. هذا النظام يحل مشكلتين، الذي يحد من التصاميم السابقة: أتمتة جزئية وحجم عينة محدودة. يمكننا حل هذه المشاكل عن طريق أتمتة جمع البيانات باستخدام ميكروكنترولر، الذي مكننا أيضا من زيادة حجم العينة باستخدام قنوات متعددة. التصميم الحالي يحتوي على ستة قنوات يمكن عقد ما مجموعة 1200 النحل. قنوات إضافية يمكن إضافتها أو خصمها إذا لزم الأمر، مما يسمح لحجم العينة زيادة، بل أيضا للتحقيق في آثار علاجات متعددة في وقت واحد. ترد أدناه مناقشة الخطوات الحاسمة، والتعديلات، والقيود والتطبيقات المستقبلية.
الجزء الوحيد من النظام الآلي لا يتم تحميل الرفوف مع خلايا الحضنة و BBs معدنية الادسنس الكريات في بداية التجربة. على الرغم من أن مصممة الرفوف حيث أنها تميل العودة قليلاً إلى الحيلولة دون وقوع الرفوف عند الوقوف منتصبا، الرعاية BBs المعدنية الواجب اتخاذها عند وضع الرفوف لمنع الإطلاق العرضي للمعادن BBs. أيضا، تأكد من الرفوف تدفق مع حافة الجرف، حيث مسار BB المعادن التي تقع بمحاذاة مع المدرج. أخيرا، ينبغي أن تمحى الحطام ليف واضح من المدرج، ويجب أن يتم مسح عجلات عقد BBs معدنية من التجارب السابقة منع حظر من أجهزة الاستشعار. يتم تسجيل البيانات تلقائياً إلى بطاقة SD كملف CSV، وهو مكتوب البرنامج النصي بحيث لن يتم تشغيل اردوينو ما لم تكن موجودة على بطاقة SD. ملف البيانات يتم استيرادها يدوياً في رستوديو وتصور باستخدام البرنامج النصي R المذكورة سابقا. هذا البرنامج النصي تلقائياً البيانات كمؤامرة فقاعة الرسم البياني وتحديد متوسط الوقت واليوم من ظهور. يتم كتابة البرنامج النصي اردوينو لإلحاق بيانات الحدث إلى نهاية الملف، والذي يمنع فقدان البيانات في حالة انقطاع التيار الكهربائي. ومع ذلك، وهذا يعني أيضا أنه حالما يتم استخراج البيانات من بطاقة SD، يجب أن يتم مسح كافة الملفات قبل التجربة المقبلة.
يمكن إجراء التعديلات على ملفات SketchUp لضبط حجم الرفوف للحشرات ذات أحجام مختلفة، مع أنابيب الحجم المختلفة المستخدمة في رفوف معدلة. وعلاوة على ذلك، حجم بيليه الادسنس أمر مهم لأنه يمنع الحشرات من ترك الأنبوب، وقد تدعو الحاجة إلى حبيبات ذات أحجام مختلفة، وكذلك. يمكن جعل البرنامج النصي R مجموعة متنوعة واسعة من التعديلات لتغيير مظهر المؤامرات الفقاعة، ومعلمات الرسومات الأخرى.
نحن قللت من خطر المغلوطة عن طريق كتابة رمز ديبونسي الذي يعطل أي قناة معينة لثانية واحدة بعد الكشف عن معادن BB مما يحول من BB معدني واحد يتم عدها كنقاط بيانات متعددة. على الرغم من ذلك، وهذا يخلق إمكانية نقطة بيانات يجري غاب إذا النحل العديد من الظهور في وقت واحد، ولكن حقيقة أن القنوات المستقلة يقلل من هذه المخاطر. قيد آخر للنظام الحالي هو أن نقاط البيانات الفردية غير ملموس، أي معدن هبوط BB لا يمكن أن ترجع إلى فرد بعينه. وعلاوة على ذلك، تدابير النظام الحالي ظهور لكن لا eclosion إيقاعات في روتونداتا م.، ولكن أن قياس إيقاعات eclosion في الأنواع فيها ظهور و eclosion مترادفان. وأخيراً، أن التصميم الحالي ليست مانعة لتسرب الماء، الحد من استخدامه للبيئات التي تسيطر عليها.
وتشمل التطبيقات المستقبلية بدراسة آثار أخرى منبهات البيئية اللاأحيائية والأحيائية لتوقيت ظهور م. روتونداتا. وعلاوة على ذلك، بسبب الحشرات تشغل بيئات متنوعة، تتغير الرموز البيئية ذات الصلة بين الأنواع. وبالتالي، من المهم إدراج المزيد من أنواع الحشرات للتحقيق النظم الإيقاعية كيف تطورت عبر الأصناف. هو يعرف سوى القليل عن الأوضاع الإنمائية كيف تؤثر على توقيت ظهور الكبار؛ ولذلك، يمكن استخدام نظامنا لفك آثار المعالجات على ظهور. وعلاوة على ذلك، مجموعات من الرموز البيئية يمكن أن تؤثر على استجابات الحشرات، وبالتالي ينبغي أن تتضمن التجارب المقبلة منبهات بيئية متعددة لفهم تأثيرها النسبي على ظهور. وأخيراً، نشر في الميدان لمراقبة كيفية التوسط في البيئات الطبيعية إيقاعات ظهور يحظى باهتمام. سهولة استخدام هذا النظام، وفي مزيج فريد من تصنيع المواد المضافة والبرمجة مفتوحة المصدر، والصفات البيولوجية يمكن ملاحظتها، جعله مرشحا لاستخدامها في تهيئة بيئة تعليمية.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
نود أن نعترف Cryobiology الحشرات ومح الفريق العامل في فأرجو، وفيات المواليد لتعليقاتهم المفيدة على تجارب باستخدام نظام وصف.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PLA printer filament | www.lulzbot.com | various | Catalog number varies by color |
| 0.5 mL microcentrifuge tubes | www.daigger.com | EF4254C | |
| 4.5 mm size "bb" metal pellets | www.amazon.com | B00419C1IA | Daisy 4.5 mm metal size bb pellets |
| 6.0 mm plastic "softair" pellets | www.amazon.com | B003QNELYE | Crosman 6 mm airsoft pellets |
| Plastic corregated sheet | www.lowes.com | 345710 | Corrugated plastic sheet |
| Infrared emmiter/detector pair | www.amazon.com | B00XPSIT3O | 5 mm diameter, 940 nm wavelength |
| 120 ohm resisitors | www.amazon.com | B01MSZK8DV | 120 ohm, 1/4 watt |
| 22 GA hookup wire | www.adafruit.com | 1311 | |
| RJ45 jacks | www.sparkfun.com | PRT-00643 | |
| Custom PCB board | www.pcbexpress.com | n/a | Can be printed from files included in the supplimental data |
| Arduino Nano v 3.0 | www.roboshop.com | RB-Gra-01 | |
| SD card module | www.amazon.com | DFR0071 | DFRobot SD card module |
| Real Time Clock module | www.adafruit.com | 264 | DS1307 real time clock breakout board |
| Temperature/humidity sensor | www.tinyosshop.com | G4F4494F29ED05 | DHT11 temperature/humidity sensor on breakout board |
| 470k ohm resistors | www.amazon.com | B00EV2R39Y | |
| Female headers | www.adafruit.com | 598 | Break off to desired length |
| Male headers | www.adafruit.com | 392 | Break off to desired length |
| Ribbon wire | www.amazon.com | B00X77964O | 10 wire ribbon wire with connectors |
| LCD screen | www.adafruit.com | 198 | |
| Cat6 cable | www.amazon.com | B00N2VISLW | |
| SD card | www.amazon.com | B00E9W1URM |
References
- Lankinen, P. Geographical variation in circadian eclosion rhythm and photoperiodic adult diapause in Drosophila littoralis. Journal of Comparative Physiology A. 159, 123-142 (1986).
- Watari, Y. Comparison of the circadian eclosion rhythm between non-diapause and diapause pupae in the onion fly, Delia antiqua. Journal of Insect Physiology. 48, 83-89 (2002).
- Zimmerman, W. F., Pittendrigh, C. S., Pavlidis, T. Temperature compensation of the circadian oscillation in Drosophila pseudoobscura and its entrainment by temperature cycles. Journal of Insect Physiology. 14, 669-684 (1968).
- Yocum, G. D., Rinehart, J. P., Yocum, I. S., Kemp, W. P., Greenlee, K. J. Thermoperiodism synchronizes emergence in the alfalfa leafcutting bee (Hymenoptera: Megachilidae). Environmental Entomology. 45, 245-251 (2016).
- Bennett, M. M., Rinehart, J. P., Yocum, G. D., Doetkott, C., Greenlee, K. J. Cues for cavity nesters: Investigating relevant Zeitgebers for emerging leafcutting bees, Megachile rotundata (Hymenoptera: Megachilidae). Journal of Experimental Biology. 221, jeb175406 (2018).
- Miyazaki, Y., Goto, S. G., Tanaka, K., Saito, O., Watari, Y. Thermoperiodic regulation of the circadian eclosion rhythm in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis. Journal of Insect Physiology. 57, 1249-1258 (2011).
- Watari, Y., Tanaka, K. Effects of background light conditions on thermoperiodic eclosion rhythm of onion fly Delia antiqua. Entomological Science. 17, 191-197 (2014).
- Greenberg, S. M., Armstrong, J. S., Setamou, M., Coleman, R. J., Liu, T. X. Circadian rhythms of feeding, oviposition, and emergence of the boll weevil (Coleoptera: Curculionidae). Insect Science. 13, 461-467 (2006).
- Yocum, G. D., Zdarek, J., Joplin, K. H., Lee, R. E., Smith, D. C., Manter, K. D., Denlinger, D. L. Alteration of the eclosion rhythm and eclosion behavior in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis, by low and high temperature stress. Journal of Insect Physiology. 40, 13-21 (1994).
- Winfree, A. Integrated view of resetting a circadian clock. Journal of Theoretical Biology. 28, 327-374 (1970).
- Watari, Y., Tanaka, K. Interacting effect of thermoperiod and photoperiod on the eclosion rhythm in the onion fly, Delia antiqua supports the two-oscillator model. Journal of Insect Physiology. 56, 1192-1197 (2010).
- Short, C. A., Meuti, M. E., Zhang, Q., Denlinger, D. L. Entrainment of eclosion and preliminary ontogeny of circadian clock gene expression in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis. Journal of Insect Physiology. 93, 28-35 (2016).
