Introduction
وقد تم تطوير العديد من التقنيات المخبرية لدراسة الحشرات 1،2 السلوك الرحلة. هذه مجموعة من بسيط 3،4 الربط ثابت إلى الأجهزة المتطورة التي تتيح قدرا أكبر من حرية الحركة للحشرة المربوطة 5. حتى الآن غرف الرحلة 6-9 تمثل الأجهزة السماح أعلى مستوى من الحرية الرحلة في ظروف خاضعة للرقابة. هذا الأسلوب له عيبين: فمن الصعب استخدام لدراسة الحشرات الكبيرة والإجراء اليدوي لجمع البيانات وقتا طويلا.
مطاحن الرحلة تمثل واحدة من التقنيات الأكثر شيوعا وبأسعار معقولة لدراسة طيران الحشرات تحت ظروف المختبر 10-12. هذا الأسلوب هو أفضل من الربط ثابت لأنه يوفر تتحرك محفزات 13، لكنه يختلف عن رحلة مجانية الاستجابة السلوكية 14-16. بعض جوانب السلوك رحلة على مطحنة وفي البرية هي متشابهةص 5،17 ذلك على الرغم من بعض القيود، ومصانع الرحلة تمثل خيارا قابلا للتطبيق للتحقيق في المسائل المتعلقة حدوث استجابات معينة السلوك الرحلة، كما هو الحال بالنسبة للهجرة نوع الرحلة. أيضا، ومصانع الرحلة هي أسهل لتحقيق من أنفاق الرياح أو دوائر الطيران ويمكن بسهولة أن تكون آلية جمع البيانات. وهكذا، الباحثين المهتمين في سلوك رحلة غالبا ما تجد أن المطاحن الرحلة هي الخيار الأفضل، ولكن يجب أن يكون على بينة من القيود المحتملة لهذه الطريقة. هنا، يتم تقديم تصميم مطحنة رحلة مرنة وقابلة للتخصيص للباحثين التي اختارت استخدام طواحين رحلة للتحقيق في تصرفات الرحلة.
تصف العديد من الكتاب تصاميم مطحنة رحلة بديلة. في العام الجزء الرئيسي من النظام مطحنة رحلة، أي ذراع طاحونة التمحور، وبسيطة جدا لتحقيق. أقل وضوحا هو الجزء الإلكترونية من نظام طاحونة الرحلة، والذي يسمح تسجيل البيانات. التعامل مع ايليمكن ectronic تصميم الدوائر تكون صعبة، خاصة بالنسبة للعالم الحشرات أو عالم البيئة السلوكية تفتقر إلى المعرفة الأساسية للإلكترونيات. تصف بعض الكتاب وتعقيدا أو من تاريخ المكون الدوائر الإلكترونية في تصميمها مطحنة رحلة 18-21، أو وصفا للجزء الإلكترونية من مطحنة رحلة مفقود 22،23. تصاميم أخرى تصف actographs تعقيدا ميكانيكيا، والتي هي معقدة للغاية لتحقيق ولكن يمكن أن تساعد المحققين لإجراء الملاحظات السلوكية أكثر تعقيدا 5.
في هذه الورقة تصميم لبسيط لبناء، وصفت مطحنة رحلة غير مكلفة نسبيا لدراسة الطيران المربوطة في الحشرات. جنبا إلى جنب مع مكونات إلكترونية بسيطة للغاية، وتصميم لديه عدد من المزايا. تم تصميم مطحنة رحلة لاستخدامها في المساحات مقيدة تتوفر عادة في مختبر الحشرات البيئة القياسية. ويتكون الهيكل من الشفافية ص الاكريليكlastic بحيث مصدر ضوء واحد يمكن أن تصل بالتساوي لكل فرد في غرف منفصلة للطاحونة. ونظرا لشفافية المادية وحجم صغير، ومطحنة رحلة يمكن أن تستخدم في حاضنة للضوء والحرارة شروط موحدة. وأخيرا، يمكن تجميعها هيكل كامل وتفكيكها بسهولة، وبمجرد تفكيكها، ويمكن تخزينها في مساحة صغيرة. ميزة أخرى لتصميم الهيكل هو أن طاحونة رحلة يمكن تعديلها للسماح للدراسة الحشرات من أحجام مختلفة وباستخدام مسافات الثورة مختلفة. وقد استخدمت هذه المطحنة رحلة لجمع البيانات عن الحشرات ومتنوعة في الحجم والشكل والبق الصقلاب، Oncopeltus الحزمية 24، والبق كودزو]، Megacopta cribraria، والخنافس دفن، vespilloides Nicrophorus. تصميم مطحنة رحلة يسمح أيضا للارتفاع من خلال وضع المطلوبة للدراسات التي تتطلب أحجام عينة كبيرة. يمكن جمع البيانات باستخدام 8 قنوات في وقت واحد لكل من الحطابين البيانات شااا ذلك أن عددا كبيرا من الأفراد يمكن تحليلها في وقت واحد ويمكن التعامل مع أعداد كبيرة من العينات في نفس اليوم. ليس هناك حاجة إلى برامج مكلفة لتسجيل وتصور البيانات ونصي مخصص كتب لتحليل البيانات يمكن تعديلها التالية الاحتياجات المحددة للالتصميم التجريبي. استجابة الرحلة هي اختلافا كبيرا في أنواع الحشرات المختلفة. وهكذا، قبل إجراء التجربة مطحنة الرحلة كاملة، ينصح الاختبارات الأولية على النموذج الحشرات البؤري الاستجابة الرحلة. وسوف توفر هذه فهم مدى الاختلاف السلوكي ردا الطيران، والتي سيتم استخدامها لجوانب غرامة تصل قيمتها التحليل الرحلة مثل وقت التسجيل أو نطاق سرعة الطيران.
Protocol
1. بناء مطحنة الطيران
- بناء هيكل الدعم من البلاستيك الاكريليك:
- قطع 3 مم صحائف الاكريليك الشفاف سميكة إلى قسمين الجدران الرأسية خارج، والجدار العمودي مركزي واحد والرفوف أفقية خمسة كما هو محدد من قبل التصميم هو مبين في الشكل 1.
- تجميع عن طريق إدخال الرفوف (الشكلان 1 و 2؛ HS) في الجدران الرأسية (الشكلان 1 و 2؛ OW وCW) لتشكيل هيكل الدعم (الشكل 2A).
- تعزيز الهيكل عن طريق إدراج أعمدة البوليسترين في الزوايا الخارجية في الجزء الخلفي من الجهاز (الشكل 2A والشكل 2C). إذا لزم الأمر، الغراء قطعة قصيرة من حافة حماة قائمة الزاوية على طول تقاطعات الجدار العمودي المركزية لتوفير دعم إضافي لالرفوف الأفقية.
- بناء pivotinز الذراع التجمع:
- الغراء طول 5 سم من 1 سم أنابيب قطرها البلاستيك في مركز أعلى من كل خلية. الغراء طول 2 سم 1 سم أنابيب قطرها البلاستيك في مركز أسفل كل خلية، والتأكد من محاذاة الأنابيب أعلى وأسفل في كل خلية. باستخدام الغراء الساخن، ويضعوا كل منهما 10 مم × 4 ملم مغناطيس النيوديميوم N42 إلى نهاية كل الدعم، وتشكيل تأثير مغناطيسي للذراع الطاحونة.
- إدراج دبوس الحشري إلى ماصة 20 ميكرولتر وإصلاح في مكان مع الغراء الساخن. وضع دبوس مثل أن كلا الطرفين تمتد من طرف ماصة لتشكيل حديد التسليح من مطحنة الرحلة.
ملاحظة: خلال تجارب الطيران، ويقام الجزء العلوي من دبوس في المكان من قبل مجموعة العلوي من المغناطيس. مجموعة السفلي من المغناطيس هو الحفاظ على المحرك في وضع رأسي، والسماح لها أن تدور حول محورها. - قطع بطول 24 سم من 19 مقياس غير المغناطيسية تحت الجلد أنابيب الصلب. باستخدام الغراء الساخن، ويضعوا نقطة المركز إلى أعلى و ماصةمدمج خطوة 1.2.2. منعطف واحد من الأنابيب في 2 سم من نهاية إلى زاوية من 95 درجة، وترك الذراع الطويلة من 12 سم من نقطة الوسط والذراع القصير مع 10 سم نصف قطرها من مركز إلى منحنى (الشكل 2B) نهاية.
ملاحظة: يمكن أن تختلف طول نصف قطر من أجل استيعاب مسافات الثورة مختلفة.
- إعداد جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء ومسجل بيانات:
- إصلاح أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء على الجانبين الأبدية كل خلية باستخدام المعجون لاصقة قابلة لإعادة الاستخدام، مما يتيح للجهاز استشعار لتمتد إلى داخل الخلية من خلال فتحات يقتطع من الدعم الجدار العمودي الخارجية (الشكل 2C).
- ربط مستشعرات الأشعة تحت الحمراء لتسجيل البيانات من خلال الدوائر الإلكترونية الأساسية جدا مبنية على اللوح لحام (الشكل 3). ربط اثنين من المقاومات 180 Ω و 2.2 أوم على التوالي على المدخلات والمخرجات للاتصال IR على اللوح (الشكل 3A، B). وضع المقاومات في العبوة البديلةالصفوف rnate على طول اللوح للحد من قطرات في إشارة الجهد أثناء التسجيل من أجهزة استشعار متعددة (انظر الشكل 3C).
2. المحاكمات الطيران
- حبل الحشرات إلى الذراع مطحنة رحلة غير مباشرة عن طريق دبوس الحشرات:
- وضع العلم احباط صغير في نهاية نهاية unbent للذراع التمحور لتحقيق أقصى قدر من اختلال شعاع الأشعة تحت الحمراء في أجهزة الاستشعار، ويكون بمثابة ثقل موازن.
- اعتمادا على حجم وبشرة منطقة الحشرة المتاحة للمرفق، إرفاق الحشرات التجريبية إلى دبوس الحشرات مع المعجون اللاصق قابلة لإعادة الاستخدام أو غير سامة الغراء الجلد. إذا لزم الأمر، تخدير الحشرة من قبل أي تقشعر لها الأبدان أو مع CO 2.
- قوالب كمية صغيرة من المعجون اللاصق حول الطرف مقربة من دبوس الحشري وتغطية ذلك مع قطرة من غير سامة الغراء الجلد. تطبيق بلطف على المنطقة pronotum والانتظار 5-10s حتى يجف الغراء.
ملاحظة: المواليهي مناسبة الشخصي إجراءات في الخطوة 2.1.3 للحشرات مع الثابت (خنفساء، والبق) أو الغازية (الدبابير والذباب) بشرة. والحشرات مع بشرة شعر (العث والفراشات) في حاجة الى الشعر إزالتها بلطف مع الفرشاة الجميلة جدا قبل الربط. - إدراج دبوس مع الحشرات المرفقة في نهاية عازمة للجمعية ذراع التمحور.
- بعد رحلة تجريبية قد انتهت، إزالة الربط مع forcep الجميلة.
ملاحظة: تعيين مسجل بيانات أعلى وتم تحسين الاستحواذ على النحو التالي للمعدات المحددة المدرجة في جدول المواد وتعديلها للاستخدام مع أجهزة بديلة.
- بدء جلسة تسجيل مع متاحة بحرية البرمجيات WinDAQ لايت
- تحميل وتثبيت البرمجيات الحرة WinDAQ لايت (انظر قائمة المعدات).
- فتح مدير الأجهزة الصك، حدد مسجل البيانات من القائمة المنبثقة، ثم اضغط على "بدء Windaq. وسيتم فتح نافذة جديدة وعلامة الإدخالسيتم عرض القاعدة من كل أجهزة الاستشعار.
- حدد تردد أخذ العينات المطلوب عنده مسجل البيانات يقرأ ويعرض إخراج جهاز الاستشعار.
ملاحظة: سوف يعتمد تردد أخذ العينات على الحشرة سرعة الطيران، ولكن أخذ العينات ترددات تتراوح بين 30-45 هرتز سوف تكون سريعة بما يكفي لالتقاط رحلة من الحشرات الصغيرة والمتوسطة الحجم. - اضغط Ctrl + F4 لبدء تسجيل الدورة. حدد مسار الوجهة ملف تسجيل في نافذة منبثقة الأول. اختيار الطول المناسب من الوقت لتسجيل رحلة للحشرات وتجربة معينة. تحديد وتسجيل الوقت في نافذة منبثقة الثاني. بمجرد انقضاء مدة التسجيل اضغط Ctrl + S لوضع اللمسات الأخيرة على الملف المسجل.
- والتحقق من جودة للتسجيل.
- فتح مسار الرحلة تسجيلها واختيار قناة التيار الكهربائي. اضغط Ctrl + T لفتح نافذة منبثقة مع الإحصاءات الجهد لكل قناة.
- ضمان عدم وجود قطرات كبيرةفي الحد الأدنى قيمة نتجت عن هبوط التيار الكهربائي عبر الدائرة (الشكل 4). تجاهل أي القنوات التي الفرق بين متوسط القناة والحد الأدنى من الجهد أكبر من 0.1 V.
- حفظ الملف بتنسيق CSV. *: الذهاب إلى ملف> حفظ باسم وفي النافذة المنبثقة حدد "طباعة جدول (CSV)". في "جدول تعليقات" نافذة منبثقة حدد "الوقت نسبي" وإلغاء كافة الخيارات الأخرى. انقر فوق موافق لحفظ الملف.
3. تحليل بيانات الطيران باستخدام بيثون 3.4.x
- تثبيت أحدث إصدار بيثون 3.4.x. تنزيل ارشيف Python_scripts.zip (ملفات إضافي)، فتحه، وحفظ standardize_peaks.py وflight_analysis.py على سطح المكتب.
- توحيد وتحديد القمم في الإشارات المسجلةعلى النحو التالي
- انقر بزر الماوس الأيمن على أيقونة standardize_peaks.py. حدد 'فتح مع IDLE ".
ملاحظة: IDLE هو المحرر الافتراضي لبيثون، ولكن أي محرر نصوص يمكن استخدامها لهذا الغرض. - في خطوط 18-19، تحديد القيم الحدية حول الجهد المتوسط المستخدمة لأداء توحيد الجهد إشارة لكل قناة.
ملاحظة: يتم تعيين القيم الافتراضية لتقديم ما يرام توحيد إشارة لحن، ولكن يمكن للمستخدم تحديد أي عتبة المطلوب وفقا لقيمة الجهد المتوسط لكل قناة. ويمكن العثور عليها في إطار الإحصاءات الجهد (راجع الخطوة 2.3). - في خط 45، اكتب المسار إلى المجلد الذي تم حفظ الملف. CSV سجلت *.
- في خط 91، اكتب المسار إلى المجلد الذي ترغب في تسجيل ذروة ملف *. TXT.
- في خط 61 وخط 72، تحديد عدد من القنوات اللازمة. إضافة أو حذف القنوات عن طريق حذف # في بداية خط 61-63 و72-74 تصل إلى الحد الأقصىimum من 8 قنوات.
- حفظ الملف وإطلاق النصي عن طريق الضغط على F5.
- أدخل اسم الملف *. CSV (مع أية مجلدات فرعية إضافية) في لالنافذة المنبثقة وعودة الصحافة لحفظ * ملف txt جديد مع إشارات موحدة في المجلد المحدد.
ملاحظة: اعتمادا على عدد من القنوات المستخدمة ن، وهذا الملف يحتوي على ن + 1 الأعمدة: العمود الأول هو الوقت المناسب النسبي لهذا الحدث أخذ العينات، والأعمدة غيرها ن تمثل قاعدة وقمم الأحداث من قنوات ن استخدامها للتسجيل. قيمة 0 تمثل قاعدة الجهد، في حين أن قيمة 1 يمثل ذروة المستمدة من مرور العلم من خلال استشعار الأشعة تحت الحمراء.
- انقر بزر الماوس الأيمن على أيقونة standardize_peaks.py. حدد 'فتح مع IDLE ".
- تحليل المسار الرحلة باستخدام ملف قياسي: تحرير النصي flight_analysis.py لاستيعاب ظروف تجريبية المستخدم:
- انقر بزر الماوس الأيمن على أيقونة flight_analysis.py. حدد 'فتح مع IDLE ".
- في خط 39 وخط 80 ضبط طولمسار الرحلة دائري وفقا لدائرة نصف قطرها ذراع.
- إذا لزم الأمر، تنشيط اختياري تصحيح سرعة حلقة بحذف # في خطوط 50-52. تغيير قيمة السرعة وفقا لذلك.
- في خط 77 وخط 85، تحرير عتبة السرعة والقيم الفجوة الزمنية لتصحيح قراءات سرعة خاطئة في المسار الطيران وتمثل فجوات زمنية قصيرة جدا التي تحدث بين مرتين متتاليتين طويلة نوبات تحلق دون انقطاع.
- في خط 198، تحديد إجمالي وقت تسجيل في ثوان. تغيير نطاقات القيمة في خطوط الانتاج من خط 287 فصاعدا.
ملاحظة: نطاقات افتراضية يمكن تعديلها وفقا لمتطلبات التجريبية المستخدم. من أجل القيام بذلك، كل القيم العددية داخل وظيفة (وشملت تلك الموجودة في اسم المتغير، على سبيل المثال في "flight_300_900" متغير) تحتاج إلى تغيير إلى القيمة المطلوبة. - في خط 248 نوع المسار إلى المجلد الذي تم حفظ الملف * موحد. TXT.
- تحديد عددمن القنوات. إضافة أو حذف القنوات عن طريق إضافة أو حذف # في بداية خطوط 257-259، 270-272 خطوط وخطوط 279-281 تصل إلى حد أقصى قدره 8 قنوات.
- في خط 304 اكتب المسار إلى المجلد الذي تريد حفظ ملفات الإخراج.
- مرة واحدة يتم تحديد كافة إعدادات المستخدم، احفظ الملف وإطلاق النصي عن طريق الضغط على F5.
- أدخل اسم الملف *. TXT لتحليل (مع أي مجلدات فرعية إضافية) في إطار منبثق وعودة الصحافة.
Representative Results
ويبين الشكل 5 نماذج تمثيلية من نوع من الرسوم البيانية التي يمكن الحصول عليها باستخدام البرامج النصية هو موضح في القسم السابق. تم الحصول على بيانات الرحلة من العمل التجريبي التي أجريت في قسم علم الحيوان في جامعة كامبريدج باستخدام خنفساء دفن Nicrophorus vespilloides كنموذج (Attisano، بيانات غير منشورة). وكان اثنان من الشباب الذكور unmated حوالي 20 يوما من العمر المربوطة على المطاحن الطيران و وضعت في الظروف البيئية التي تسيطر عليها من 14:10 L: D و 21 درجة مئوية. تركت الخنافس في طاحونة رحلة لمدة 8 ساعات متتالية وسجل النشاط الرحلة. وعلى تحليل الشاشة وإخراج الرسومات تجعل من الممكن حل الفروق الفردية في أنماط النشاط الرحلة. على سبيل المثال، أظهر الذكر الأول (الشكل 5A) نشاطا رحلة قوي خلال الساعة الأولى من التسجيل، والتي تتميز بسرعة عالية ورحلة متواصلة استمرت نحو ثلاث ساعات. عشروتتميز مرحلة النشاط لفترة طويلة من انخفاض تدريجي في سرعة من حوالي 1.6 م / ث إلى حوالي 1 م / ث الذي. بعد نوبة الطيران الأولية، أظهرت الفرد نمطا دوريا تقريبا من رحلة قصيرة نسبيا نوبات مدة حوالي 10-15 دقيقة لكل منهما. أظهر الذكور الثاني على نمط الطيران المختلفة جدا مع الطيران نوبات أبدا أن تجاوزت مدة 15-20 دقيقة (الشكل 5B). في هذا الشخص يتميز النشاط الرحلة من خلال انتشار واسع للنوبات تحلق في 4 ساعات الأولى من التسجيل، وبعد ذلك يصبح نشاطها دورية تقريبا. قدم هذا الشخص أيضا منخفضة جدا سرعة الطيران التي فاقت في بعض الأحيان فقط 0.4 م / ث.
تم الحصول على مثال ممثل آخر باستخدام النموذج الحشرات المختلفة، والصقلاب الشوائب Oncopeltus الحزمية. تم جمع البيانات خلال دراسة على سلوك الهجرة والاستجابة الفسيولوجية للإجهاد المواد الغذائية في الإناث الصقلاب علة 24. في هذه الدراسةتم تعيين وقت التسجيل لمدة ساعة واحدة من أجل تميز الإناث كمهاجرين أو المقيمين. وتتميز هذه الأنواع السلوكية من قبل "كل شيء أو لا شيء" استجابة. الإناث المهاجرة الانخراط في رحلات مستمرة ومتواصلة عادة دائمة لبضع ساعات، في حين أن الإناث المقيمين أبدا تظهر النشاط رحلة أطول من بضع دقائق. وبالتالي، فإن المهاجرات تبين وجود نمط الرحلة كما في الشكل 6A، في حين سوف تتميز الأنثى المقيمة التي كتبها نمط الحركة مثل واحد في الشكل 6B.
الرقم التكوين 1. تصميم لالاكريليك هيكل الدعم من البلاستيك. تم بناء هيكل الدعم من البلاستيك الاكريليك لمصانع رحلة من ثلاثة عناصر مختلفة. هناك نوعان من الجدران الرأسية خارج (OW) الذي يحتوي على فتحات للرفوف وفتح لاستيعاب السيناتور IRأملاح الإماهة الفموية (A). هناك جدار واحد المركزي العمودي (CW) مع فتحات للالرفوف. وهناك 5 الرفوف الأفقية (HS) مع فتحات للجدران. يتم لصقها محور المغناطيسي لالرفوف الأفقية في موقف B. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. تجميعها مطحنة الرحلة. (A) وهيكل الدعم البلاستيك الاكريليك يتم تجميعها عن طريق تحريك رفوف أفقية خمسة (HS) في فتحات في اثنين من الجدران الخارجية (OW) والجدار المركزي (CW)، مما أدى إلى هيكل مع 8 خلايا فردية تحتوي كل منها على المغناطيسية محور وجهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح لل8 أفراد سينقل جوا في نفس الوقت. (B) الذراع المحوري الذي يتم المربوطة الحشرات يمكن بناؤها على سكن أوداته مجموعة متنوعة من الأحجام والأشكال التضاريسية من الحشرات. (C) والحشرة المربوطة يتحرك الذراع محور علقت بين المغناطيس، والعلم احباط في الطرف الآخر من الذراع ينشط جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء (السهم). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3. تصميم الدائرة التي تربط مستشعرات الأشعة تحت الحمراء لتسجيل البيانات. (A) دارة بسيطة تربط المدخلات من استشعار الأشعة تحت الحمراء لتسجيل البيانات. (B) كل مسجل بيانات يمكن أن تعمل بالطاقة ومتصلا مسجل البيانات عبر اللوح لحام باستخدام الرسم البياني. يمكن ان تكون مرتبطة (C) أجهزة استشعار متعددة إلى مسجل بيانات واحدة باستخدام نفس اللوح.large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. أمثلة من الأحداث رحلة المسجلة. وتمثل القمم الجهد الثورات كاملة من ذراع طاحونة رحلة ل. (A) A تسجيل عالية الجودة لحدث رحلة مع أي جهد يسقط في الإشارات المسجلة. (B) حدث رحلة مع انخفاض الجهد في الإشارات المسجلة. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. بيانات الرحلة التمثيلية في دفن خنفساء vespilloides Nicrophorus. وجود فروق فردية في رحلةومن المسلم السلوك بسهولة في تسجيلات الرحلة. (A) فرد واحد طار بشكل مستمر لمدة ثلاث ساعات بعد بدء المحاكمة ثم طار دوري بسرعة عالية خلال الفترة المتبقية من المحاكمة. (ب) سلوك الفرد يختلف في أن هذه الخنفساء حلقت بشكل متقطع طوال المحاكمة وطار في السرعات العالية ينظر في الفرد في لوحة A (لاحظ الفرق في الحجم على المحور Y) أبدا. يرجى النقر هنا ل عرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6. بيانات الرحلة التمثيلية في الصقلاب الشوائب Oncopeltus الحزمية. ويلاحظ نمطين مختلفة من السلوك بشكل واضح بين تسجيلات بيانات الرحلة. (A (B) الذي يتناقض السلوك في لوحة ومع سلوك الرحلة نموذجية للفرد المقيم. سكان تطير بسرعات أقل ونوبات رحلة فقط تستمر لفترة قصيرة (لاحظ الفرق في الحجم على محور X لA و B). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Discussion
تصميم مطحنة رحلة بأسعار معقولة ومرنة، وقابلة للتعديل.
السلوك طيران الحشرات هو من مصلحة لمجموعة من العلماء، من المهتمين في السلوك الأساسي للحشرات في بيئات متغيرة للمتخصصين في المكافحة الحيوية الذين يحتاجون لفهم كيفية تأثير الظروف الميل من أنواع الآفات لتفريق. ويمكن دراسة سلوك الرحلة من خلال الطرق المختلفة التي تتراوح من رحلة "المطاحن" وأنفاق الرياح التي الأوضاع الميدانية التقريبية للثابت أجهزة رحلة المربوطة. مطاحن رحلة المربوطة، مثل واحد المعروضة هنا، تقتصر في ذلك جوانب معينة من الرحلة، مثل التغيرات في الارتفاع، لا يمكن قياس 14. ومع ذلك، ومصانع رحلة المربوطة لا تسمح الحشرات تطير دون انقطاع، وبالتالي تسمح للباحثين لقياس المعلمات مثل السرعة والمسافة وتيرة الرحلة وترتبط هذه المعايير مع الظروف البيئية وعلم وظائف الأعضاء، ومorphology.
تم تصميم مطحنة رحلة المقدمة هنا السماح للباحثين من دون المعرفة المتخصصة من الأجهزة الإلكترونية لبناء واستخدام مطحنة رحلة المربوطة لدراسة السلوك الطيران في الحشرات. ومن مزايا هذا التصميم هو أن التكلفة الإجمالية للمصنع الطيران منخفضة مقارنة مع تصاميم أخرى. يمكن الحفاظ على التكلفة الإجمالية أقل بكثير من 300 دولار أمريكي. أوراق الأكريليك البلاستيكية هي العنصر الأكثر تكلفة. والميزة الثانية هي أن طاحونة رحلة قابلة للتكيف لمحدودية مساحات حالة تسيطر المتاحة في العديد من المختبرات، خلافا لنفق الرياح المتخصصة. استخدام 3 مم ألواح البلاستيك الاكريليك شفافة سميكة يعني أن الهيكل على حد سواء شفاف، للسماح للمراقبة سهلة من الحشرات، وأيضا خفيفة الوزن، وتمكين مطحنة رحلة نقلها إلى الموقع المناسب لتجارب الطيران. التكوين مكدسة من الخلايا مطحنة رحلة يزيد عدد العينات تشغيل مع التقليل من القدمطباعة الجهاز. وعلاوة على ذلك، فإن الجهاز يمكن تفكيكها بسهولة لأغراض التخزين. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم مطحنة رحلة للسماح لأعداد كبيرة من الأفراد لأخذ عينات بسهولة نسبيا. كل مطحنة الرحلة تحتوي على 8 خلايا، وتمكين الباحثين لتسجيل الأفراد متعددة النشاط الرحلة في وقت واحد. ربط الحشرات بشكل غير مباشر إلى ذراع التمحور من خلال دبوس الحشرات يسمح للحشرات فردية لتوضع في وإزالتها من مطحنة رحلة بسرعة. وأخيرا، وتسجيل البيانات الإلكترونية هي بسيطة وسهلة الاستخدام، مع البرمجيات المتاحة بحرية لتحليل البيانات. تجميعها مرة واحدة، تستخدم مطحنة رحلة استشعار الأشعة تحت الحمراء بسيطة لتسجيل نشاط الطيران. مرور العلم احباط في نهاية الذراع من خلال حزمة الأشعة تحت الحمراء يسمح لكل ثورة الذراع ليتم تسجيلها. معدل ثورة يسمح البيانات مثل السرعة والمسافة المقطوعة، ومجموع وقت الرحلة وأنماط الرحلة ليتم تسجيلها كمدخل إلى مسجل البيانات.
طاحونة الرحلةهي قادرة على أن تتكيف لعدد من أنواع مختلفة من الحشرات. استخدام تحت الجلد أنابيب الصلب للذراع التمحور هو أكثر فعالية من الخيارات الأخرى، مثل العصي الخشبية أو القش الشرب لأنه، على الرغم من أثقل، يتم تقليل السحب التي تنتجها قطر ضيقة، مما يسمح حتى الحشرات الصغيرة ليكون اختبار الطيران. مؤخرا، تم استخدام قطع صغيرة من الألياف البصرية في طاحونة رحلة للحشرات الصغيرة 25. إنهاء عازمة على الذراع يمكن لصقها على حديد التسليح في زوايا مختلفة بالنسبة إلى محور الدعم من أجل وضع الحشرة التجريبية في توجهها رحلة الطبيعي. في تصميم المقدمة، التي نصف قطرها 10 سم في الطول، والمسافة كلها سافر في ثورة واحدة هي 62.8 سم. وإزالة الجدار العمودي المركزي تسمح للتكوين بديل من مطحنة الرحلة الذي يمكن الضعف في دائرة نصف قطرها ذراع في طول لاستيعاب أكبر الحشرات والثورة مسافات تصل إلى 1.20 متر. في هذه الحالة، مغناطيس أقوى هي recommenدائرة التنمية الاقتصادية لاستيعاب واستقرار ذراع أطول طاحونة.
كما جاء في جميع أنحاء، وتصميم مطحنة رحلة مرنة وقابلة للتكيف لأنواع الحشرات المصالح والباحثين قادرون على تخصيصه لاحتياجاتها الخاصة. هذا لا يشمل فقط الحاجات المادية من الحشرات، بما في ذلك معايير مثل الحجم، والسلطة، وهيكل للبشرة، ولكن أيضا الاختلافات البيولوجية بين الأنواع. عيب واحد محتمل لجميع المطاحن الرحلة هو أن عدم وجود دعم الرصغي 'القوات' الحشرات تطير، وربما لالإرهاق. في حين أن هذا صحيح في بعض الأنواع، على سبيل المثال، لاحظنا استجابة الطيران الآلي من خلال التجارب الصقلاب علة، فإنه ليس صحيحا بالنسبة لجميع الحشرات اختبرناها (على سبيل المثال vespilloides N.). ولكن، حتى مع استجابة تلقائية، ونحن لا وحظ الحشرات الطائرة لاستنفاد أو الموت، ويرجع ذلك جزئيا لمدة تسجيل اخترنا لاستيعاب بيولوجيا الحشرات. وبالتالي، فمن المهم أن تفعلملاحظات أولية على الحشرات التي تهم فهم سلوكها في طاحونة رحلة من أجل تحسين جمع البيانات. قضية مثيرة للجدل إضافية المعروفة مع المطاحن الرحلة، هو أن الجمود يمكن الحفاظ على الحركة حتى بعد الحشرة قد توقفت عن الطيران بنشاط. قدم النصي حسابات للالتباس بسبب القصور الذاتي للمطحنة الرحلة، التي تتميز بانخفاض سريع في سرعة الطيران وزيادة المسافات بين القمم. و'flight_analysis.py' النصي يتجاهل هذه "القمم كاذبة" ويبني إشارة جديدة للتحليل. يمكن للمستخدم اختيار عتبة السرعة للتصحيح، كما هو موضح في المذكرات المقدمة في البرنامج النصي.
مصدر الطاقة 5 V ما يكفي للحصول على إشارة الجهد للقراءة، ولكن وحدة السلطة مع متغير الجهد الناتج يمكن استخدامه كمصدر للطاقة للسماح لإدخال الطاقة أن تكون متنوعة وبالتالي تحسين العمل الجهد لكل جهاز استشعار. هذا الحل يمكن أن يساعد أيضا على زيادة جودة التصور سو إشارات الذروة في واجهة تسجيل في البرنامج. ويظهر الناتج أجهزة الاستشعار في واجهة البرنامج كما شكلت من قبل القاعدة وذروة الفولتية حيث يمثل قاعدة الجهد أدنى الجهد الناتج من أجهزة الاستشعار في بقية (عندما لا يتم مقاطعة شعاع الأشعة تحت الحمراء) في حين أن ذروة الجهد هو ارتفاع من قاعدة الجهد يحدث ذلك عندما تمت مقاطعة شعاع الأشعة تحت الحمراء كما يسافر الذراع من خلال شعاع. الجهد المدخلات من 5 V يوفر ارتفاع حوالي 100 فولت مع زيادة المدخلات إلى 7 V يزيد ارتفاع الذروة إلى 300 فولت والسماح لتمييز أوضح للقاعدة وذروة الفولتية. حجم اللوح لحام اختار يحدد كيف يمكن استيعاب العديد من الخلايا الرحلة. من أجل تقليل قطرات في إشارة الجهد أثناء التسجيل من أجهزة استشعار متعددة، فمن المستحسن لوضع المقاومات في صفوف بديلة على طول اللوح (انظر الشكل 3C).
توحيد إشارة للتخصيص وتحليل سياسيالصورة نصوص مكتوبة عن وصول مفتوحة بايثون لغة برمجة.
وتجرى توحيد وتحليل إشارة الجهد باستخدام البرامج النصية المخصصة مكتوبة في بيثون، الذي هو حر، وتستخدم على نطاق واسع للأغراض العامة وعلى مستوى عال لغة البرمجة. يمكن للمستخدم النهائي بسهولة تخصيص البرامج النصية للعمل مع الإعدادات المحددة الخاصة. ويتحقق التخصيص ببساطة عن طريق تغيير القيم العددية أو أسماء المتغيرات. ملاحظات حول كيفية تخصيص المعلمات يمكن العثور داخل النصوص نفسها. يتم تعيين القيم الافتراضية في البرامج النصية لتقديم ما يرام توحيد إشارة لحن، ولكن يمكن للمستخدم تحديد أي عتبة المطلوب وفقا لقيمة الجهد المتوسط لكل قناة. في التحليل النصي الطيران، وflying_bouts وظيفة من خط 105 وتحسب المدة في ثانية من أطول وأقصر نوبات الطيران، والنسبة المئوية للوقت الذي يقضيه في رحلة عبر الزمن الكلي للتسجيل وعدد من الطيران نوبة الحدثالصورة من مجموعة المدة المحددة. النطاقات يمكن تعديلها وفقا لمتطلبات التجريبية المستخدم. من أجل القيام بذلك، كل القيم العددية داخل وظيفة (وشملت تلك الموجودة في اسم المتغير، على سبيل المثال في "flight_300_900" متغير) تحتاج إلى تغيير إلى القيمة المطلوبة. عدد النطاقات ومدتها تعتمد ببساطة على مواصفات المستخدم. السيناريو سوف تطبع على الشاشة نتائج التحليل لكل قناة. وتشمل هذه: متوسط سرعة الطيران، ومجموع وقت الرحلة، المسافة المقطوعة، أقصر وأطول تحلق نوبات وتكوين الرحلة. بالإضافة إلى ذلك، البرنامج النصي إرجاع ملف دات * لكل قناة وحفظها في المجلد الإخراج المحدد من قبل المستخدم. يحتوي كل ملف. DAT * عمودين: الأول يمثل الوقت النسبي للحالة الذروة، والثاني هو اختلاف سرعة مفصل بين حدثين الذروة المتعاقبة. يمكن استيراد هذا الملف في Excel أو R لإنتاج الرسم البياني للسرعة تنوع أكثرالوقت وتصور أنماط النشاط الرحلة.
في الختام، وتبين هذه النتائج أن هذا التصميم مطحنة رحلة يمكن بسهولة ونفذت بنجاح لجمع البيانات للدراسات سلوكية تبحث في الطيران أنماط النشاط في نماذج الحشرات المختلفة. هذه البيانات يمكن استخدامها لتحقيق وجود فروق فردية في أنماط الحركة تعتمد كما هو الحال مثلا في علم وظائف الأعضاء والتشكل. هذا يمكن أن تقدم أفكارا عظيمة في الصفات الفسيولوجية والمورفولوجية الأساسية تحديد الاختلافات الفردية في أنماط الحركة مثل البحث عن الطعام أو النشاط المهاجرة، مما يؤثر في النهاية السكان ككل. تباين سرعة مفصل بمرور الوقت يمكن أن تستخدم في تركيبة مع القياسات الفسيولوجية والمورفولوجية مفصلة، وتقدم أداة لدراسة أنماط استهلاك الموارد أو آثار الاختلاف في جزء من الجسم التشكل على نشاط الطيران.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Data Logger | DATAQ Instruments, Ohio, USA | DI-149 | These particular data loggers were chosen because they can be easily connected via USB to a computer and come with free proprietary software (WinDaq/Lite, DATAQ Instruments, Ohio, USA) to visualize and record the sensor's output, increasing the affordability of the flight mill design. |
| Data Logger - potential alternative | A potential alternative to the DATAQ data loggers is an RS232 to USB adaptor, readily available through office or electronic supply stores. These should be able to read data directly from the serial port via the pyserial module. | ||
| Entomological pins | BioQuip | ||
| Hypodermic steel tubing 19 guage | Small Parts | B000FN5Q3I | Available through Amazon.com; other suppliers are available but be sure to purchase austenitic steel tubing to ensure the arm in non-magnetic |
| IR Sensors | Optek Technology Inc., Texas USA | OPB800W | |
| N42 neodymium magnets | Readily available; can be purchased through specialized magnet suppliers, hobby stores or Amazon | ||
| Plexiglass/perspex | Readily available at any hardware store | ||
| Polystyrene columns for support | Any polystyrene or styrofoam packing materials that might otherwise be discarded or recycled can be used to fashion the support columns for the flight mill. Otherwise, styrofoam insulation sheets are available at any hardware store. | ||
| Solderless Breadboard Power Supply Module | Arrela | MB102 | The 5V power unit, breadboard and solderless male-male jumper wires can be easily purchased as a kit. |
References
- Hardie, J.
- Reynolds, D., Riley, J. Remote-sensing, telemetric and computer-based technologies for investigating insect movement: a survey of existing and potential techniques. Comput. Electron. in Agric. 35, 271-307 (2002).
- Davis, M. A. Geographic patterns in the flight ability of a monophagous beetle. Oecologia. 69, 407-412 (1986).
- Dingle, H., Blakley, N. R., Miller, E. R. Variation in body size and flight performance in milkweed bugs (Oncopeltus). Evolution. , 371-385 (1980).
- Gatehouse, A., Hackett, D. A technique for studying flight behaviour of tethered Spodoptera exempta moths. Physiol. Entomol. 5, 215-222 (1980).
- Grace, B., Shipp, J. A laboratory technique for examining the flight activity of insects under controlled environment conditions. Inter. J Biometeorol. 32, 65-69 (1988).
- Kennedy, J., Booth, C.
- Kennedy, J., Ludlow, A. Co-ordination of two kinds of flight activity in an aphid. J. Exp. Biol. 61, 173-196 (1974).
- Laughlin, R. A modified Kennedy flight chamber. Aust. J. Entomol. 13, 151-153 (1974).
- Krell, R. K., Wilson, T. A., Pedigo, L. P., Rice, M. E. Characterization of bean leaf beetle (Coleoptera: Chrysomelidae) flight capacity. J. Kansas Entomol Soc. , 406-416 (2003).
- Liu, Z., Wyckhuys, K. A., Wu, K. Migratory adaptations in Chrysoperla sinica (Neuroptera: Chrysopidae). Environ. Entomol. 40, 449-454 (2011).
- Wang, X. G., Johnson, M. W., Daane, K. M., Opp, S. Combined effects of heat stress and food supply on flight performance of olive fruit fly (Diptera: Tephritidae). Ann. Entomol. Soc. Am. 102, 727-734 (2009).
- Dingle, H. Migration: the biology of life on the move. , Oxford University Press. (2014).
- Blackmer, J. L., Naranjo, S. E., Williams, L. H. Tethered and untethered flight by Lygus hesperus and Lygus lineolaris (Heteroptera: Miridae). Environ. Entomol. 33, 1389-1400 (2004).
- Riley, J., Downham, M., Cooter, R. Comparison of the performance of Cicadulina leafhoppers on flight mills with that to be expected in free flight. Entomol. Exp. App. 83, 317-322 (1997).
- Taylor, R., Bauer, L. S., Poland, T. M., Windell, K. N. Flight performance of Agrilus planipennis (Coleoptera: Buprestidae) on a flight mill and in free flight. J. Insect Behav. 23, 128-148 (2010).
- Cooter, R., Armes, N. Tethered flight technique for monitoring the flight performance of Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae). Environ. Entomol. 22, 339-345 (1993).
- Chambers, D., Sharp, J., Ashley, T. Tethered insect flight: A system for automated data processing of behavioral events. Behav. Res. Meth. Instr. 8, 352-356 (1976).
- Clarke, J., Rowley, W., Christiansen, S., Jacobson, D. Microcomputer-based monitoring and data acquisition system for a mosquito flight. Ann. Entomol. Soc. Am. 77, 119-122 (1984).
- Resurreccion, A., Showers, W., Rowley, W. Microcomputer-interfaced flight mill system for large moths such as black cutworm (Lepidoptera: Noctuidae). Ann. Entomol. Soc. Am. 81, 286-291 (1988).
- Taylor, R., Nault, L., Styer, W., Cheng, Z. -B. Computer-monitored, 16-channel flight mill for recording the flight of leafhoppers (Homoptera: Auchenorrhyncha). Ann. Entomol. Soc. Am. 85, 627-632 (1992).
- Bruzzone, O. A., Villacide, J. M., Bernstein, C., Corley, J. C. Flight variability in the woodwasp Sirex noctilio (Hymenoptera: Siricidae): an analysis of flight data using wavelets. J. Exp. Biol. 212, 731-737 (2009).
- Schumacher, P., Weyeneth, A., Weber, D. C., Dorn, S. Long flights in Cydia pomonella L. (Lepidoptera: Tortricidae) measured by a flight mill: influence of sex, mated status and age. Physiol. Entomol. 22, 149-160 (1997).
- Attisano, A., Tregenza, T., Moore, A. J., Moore, P. J. Oosorption and migratory strategy of the milkweed bug, Oncopeltus fasciatus. An. Behav. 86, 651-657 (2013).
- Martini, X., Hoyte, A., Stelinski, L. L. Abdominal color of the Asian citrus psyllid (Hemiptera: Liviidae) is associated with flight capabilities. Ann. Entomol. Soc. Am. 107, 627-632 (2014).
