Name: a precise and autonomous system for the detection of insect emergence patterns
Uploaded: 2019-01-09T13:30:00
Duration: 6 min 22 s
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Nous tenons à remercier le groupe de travail insecte cryobiologie et écophysiologie à Fargo, Dakota du Nord pour leurs commentaires utiles sur les expériences utilisant le système décrit.

1. système de Construction
<ol><li>À l’aide de filament de PLA, imprimer le nombre de pièces pour chaque canal en cours de construction suivants : collecteur 1 collecteur (collector_manifold.stl), 1 embout (end_cap.stl), 6 supports de plate-forme (platform_support.stl), plaques de base de support de tube 4 (base_plate.stl) et 4 tube carré têtières (face_plate.stl). Assurez-vous que l’imprimante lit est assez grand pour imprimer un élément avant de l’imprimer. Tous les fichiers *.stl sont disponibles dans les données complémentaires.</li>
	<li>Avec 3 supports de plate-forme et un morceau de 33 x 30 cm de plastique ondulé, utiliser de la colle chaude pour assembler 2 plateformes de support de tube par canal en cours de construction, tel qu’illustré à la Figure 2. Le plastique ondulé peut être marqué d’un côté à chaque angle permettant le pliage.</li>
	<li>Installation électronique dans le collecteur collecteur.<ol>
<li>Souder une résistance de 120 Ω à l’anode (la jambe plus longue) de l’émetteur infrarouge et le détecteur infrarouge et une longueur d’environ 5 cm de 22 fil GA pour les deux cathodes. Utiliser différentes couleurs de fils pour éviter toute confusion dans les étapes ultérieures.</li>
		<li>Insérez avec précaution le détecteur dans une prise de la tubulure de collecteur (surligné en bleu dans la Figure 3) et l’émetteur sur la deuxième prise (surlignée en rouge). Les deux composants doivent être bien ajusté.</li>
		<li>Faire passer les fils du détecteur par le canal de câblage (surligné en jaune sur la Figure 3) et tirer tous les quatre fils par le trou d’accès (surligné en vert). Assurer qu'aucun fils dénudés ne sont touchent, à l’aide de colle chaude pour fixer en place.</li>
		<li>Souder tous les quatre fils d’un RJ45 prise (Ethernet), à l’aide de la dernière rangée de pins. Les deux anodes doivent être soudés à la tige plus à gauche, la cathode de l’émetteur sur la broche de plus à droite et la cathode du détecteur à une des broches centre (Figure 4).</li>
		<li>Sécuriser la prise RJ45 sur le trou d’accès multiples en collector (surligné en vert sur la Figure 3) avec de la colle chaude, assurant que sans fils dénudés sont touchent à l’intérieur du collecteur.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Construction tombant collector boule (1 par canal en cours de construction) comme illustré à la Figure 5
	<ol>
<li>Avec un collecteur collecteur filaire, un embout et une section de plastique ondulé 24 x 30 cm, utilisez de la colle chaude pour se connecter à la base de l’unité (rouge, vert clair gris composants et de la Figure 5).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Une section de 8 x 27 cm de plastique ondulé permet d’ajouter une rampe de balle tombant vers le collecteur (composant gris foncé de la Figure 5). Les conceptions collecteurs PAC et collectionneur de fin incluent corniches afin d’assurer la mise en place correcte. Vous recherchez une transition en douceur vers le collecteur pour éviter les bourrages lors de l’utilisation de la rampe.</li>
	<li>Construire le processeur central pour le système (comme indiqué dans la Figure 6).<ol>
<li>Un circuit imprimé personnalisé pour construction de système d’impression. Tous les fichiers requis pour l’impression de carte PCB sont disponibles dans les données complémentaires.</li>
		<li>Souder les en-têtes femelles dans les trous marqués pour les installations suivantes : Arduino Nano, temp, horloge, module SD et cristaux liquides (LCD) écran (2 x 5 sans étiquette à travers-trou zone dans le coin supérieur gauche du panneau de la carte).</li>
		<li>Composant logiciel enfichable et six prises RJ45 le long du bord inférieur de la PCB bord de soudure.</li>
		<li>Soudure six 470 k ohm pulldown résistances dans les sites d’à travers-trou situés juste au-dessus les prises RJ45.</li>
		<li>Installer l’Arduino Nano, DHT-température et capteur d’humidité, horloge et module SD sur la carte PCB. Capteur de DHT-température et l’humidité doit être testé avant de servir à des expériences visant à assurer l’exactitude.</li>
		<li>Brancher un fil de 10 connecteur ruban sur le connecteur d’écran LCD du panneau de la carte. Soudez l’autre extrémité du fil ruban pour l’écran LCD afin que les broches de l’écran correspondent aux broches Arduino, tel qu’indiqué dans la Figure 4. Plus de détails sur le câblage de l’écran LCD sont disponibles à https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Programmation du système<ol>
<li>Téléchargez et installez la dernière version de l’IDE Arduino pour le système d’exploitation correct de www.arduino.cc.</li>
		<li>À la première utilisation, installer les bibliothèques Arduino pour l’horloge temps réel (github.com/adafruit/RTClib) et le capteur de température/humidité (github.com/adafruit/DHT-sensor-library). Régler l’horloge à l’heure locale actuelle en utilisant le script ds1307 inclus avec la bibliothèque.</li>
		<li>Télécharger le système Arduino script, disponible dans les données complémentaires.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. utilisation du système
<ol><li>Assemblage du système, comme illustré à la Figure 7. Pour chaque canal utilisé, collecteurs de tomber-ball (assemblé à l’étape 1.4) devrait être flanqué de chaque côté par une plate-forme de support (Assemblée à l’étape 5.1). Utiliser le ruban d’emballage de tenir les pièces ensemble et de créer un bord arrondi lisse sur la plateforme de support.</li>
	<li>Configurer les canaux inutilisés afin d’éviter les fausses signaux positifs. Étant donné que le système repose sur un signal faible pour détecter un événement (détecteur infrarouge ne reçoit ne pas de signal de l’émetteur infrarouge), canaux inutilisés doivent être configurés correctement pour éviter les fausses signaux positifs. Ceci peut être accompli par l’une des deux façons suivantes.<ol>
<li>Désactiver les canaux inutilisés dans le logiciel en commentant les lignes correspondant aux canaux inutilisés. Dans l’IDE Arduino, ceci peut être accompli en ajoutant « / * » avant les boucles inutiles et « * / » à leur fin.</li>
		<li>Désactiver les canaux inutilisés dans un logement simple de matériel. Il suffit de souder entre eux les fils #6 et #8 (habituellement les solides fils marron et solides verts d’un câble cat commercialement disponible 6) et insérer dans la prise RJ45 vide sur le processeur central.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Supports de tube charge et lieu immédiatement avant d’exécuter une expérience.<ol>
<li>S’assurer que tous les trous contient un tube à microcentrifugation 0,5 mL avec le bouchon enlevé et que les tubes s’ajuster.</li>
		<li>Remplir chaque tube avec une cellule de couvain insecte, pupe ou cocoon, un culot airsoft et enfin un métal BB. S’assurer que les bord plat (PAC) de la cellule de couvain sont orientés vers culot airsoft et métal BB. Apposer la plaque avant porte tube, avec le bord arrondi vers le bas de la grille, à l’aide de vis en nylon de ¼ de pouce.</li>
		<li>Place les supports de tube sur la plateforme de support, avec l’ouverture tournée vers le collecteur de tomber-ball. Supports doivent être placés à l’orée de la plate-forme afin qu’un BB métal peut tomber librement dans le collecteur sans rebondir contre une autre partie de la structure (Figure 7). Lorsque vous placez le panier, commencez avec l’ouverture vers le haut et puis tourner doucement en place pour assurer le que BBS métalliques ne sont pas libérés. Les paniers sont conçus pour que les tubes seront inclinée légèrement vers l’arrière lorsqu’il est correctement placé, diminuant ainsi le risque de dissémination accidentelle du BBs metal.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Insérer une carte SD dans l’adaptateur, puis lancez le processeur central en branchant un connecteur micro-USB sur l’Arduino et l’autre extrémité dans un adaptateur USB approprié. L’écran LCD affiche un nombre à six lorsqu’il est prêt. Déposez un seul BB métallique dans le collectionneur de billes de chaque canal et regardez pour le décompte correspondant s’affiche à l’écran et à l’heure à afficher au bas de l’écran.<ol>
<li>Si l’heure n’est pas affichée, répétez les étapes 1.6.3 et 1.6.4 pour réinitialiser l’horloge.</li>
		<li>Si le métal de test BB n’est pas enregistré, le collecteur est bloqué. Vérifier visuellement que rien ne bloque et redémarrez le système.</li>
		<li>Si un canal « compte » un événement toutes les secondes, cela indique que le canal n’est pas correctement connecté. Vérifiez toutes les connexions et redémarrez le système.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. expérimentation d’espaces fin et l’analyse des données
<ol><li>Après la levée est terminée (voir résultats et Figures 8 et 9 des exemples de l’échelle de temps), mettez l’appareil en débranchant l’Arduino. Grilles peuvent être démontés et nettoyés pour être réutilisés.</li>
	<li>Pendant l’expérience, les données sont stockées sur la carte SD dans un fichier délimité par des virgules (CSV) accessible par le langage de programmation R. Utilisez la carte SD pour transférer des données vers l’ordinateur, puis RStudio pour générer automatiquement des parcelles de la bulle des données.<ol>
<li>Données de l’événement et la température sont enregistrées dans le même dossier pour l’intégrité des données. Par conséquent, un traitement doit être rempli avant l’analyse. Importer le fichier délimité par des virgules dans un tableur. Colonnes I et J sont la date et l’heure de l’émergence des abeilles ; rendre les colonnes A et B en coupant et en collant les colonnes A à E dans une deuxième feuille de calcul, et les enregistrer dans un fichier séparé, ce sont les données de température.</li>
		<li>La colonne A de titre avec « Date » et colonne B « Time » et trier les données par colonne A puis par B. sauvegarder comme un fichier CSV. fichier.</li>
		<li>Téléchargez et installez la dernière version de la RStudio de https://www.r-project.org/. Aider avec l’aide de RStudio pour le téléchargement et l’analyse des données peut être trouvé ici à https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html.</li>
		<li>En utilisant le script R disponible dans les données complémentaires, charger les données dans RStudio. Changer la destination du travail dans le script R faire correspondre où excel *. Fichier CSV est situé. Exécutez le script et sélectionnez le fichier de données à analyser. Tapez « terrain » dans la console de R. Le graphique en bulles se situeront dans la destination de travail nommée « High-res ; » renommez ce fichier pour enregistrer au format tiff haute résolution (300dpi).</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Lankinen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geographical+variation+in+circadian+eclosion+rhythm+and+photoperiodic+adult+diapause+in+Drosophila+littoralis.">Geographical variation in circadian eclosion rhythm and photoperiodic adult diapause in Drosophila littoralis.</a> Journal of Comparative Physiology A. 159, 123-142 (1986).</li><li>Watari, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+circadian+eclosion+rhythm+between+non-diapause+and+diapause+pupae+in+the+onion+fly,+Delia+antiqua.">Comparison of the circadian eclosion rhythm between non-diapause and diapause pupae in the onion fly, Delia antiqua.</a> Journal of Insect Physiology. 48, 83-89 (2002).</li><li>Zimmerman, W. F., Pittendrigh, C. S., Pavlidis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+compensation+of+the+circadian+oscillation+in+Drosophila+pseudoobscura+and+its+entrainment+by+temperature+cycles.">Temperature compensation of the circadian oscillation in Drosophila pseudoobscura and its entrainment by temperature cycles.</a> Journal of Insect Physiology. 14, 669-684 (1968).</li><li>Yocum, G. D., Rinehart, J. P., Yocum, I. S., Kemp, W. P., Greenlee, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoperiodism+synchronizes+emergence+in+the+alfalfa+leafcutting+bee+(Hymenoptera:+Megachilidae).">Thermoperiodism synchronizes emergence in the alfalfa leafcutting bee (Hymenoptera: Megachilidae).</a> Environmental Entomology. 45, 245-251 (2016).</li><li>Bennett, M. M., Rinehart, J. P., Yocum, G. D., Doetkott, C., Greenlee, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cues+for+cavity+nesters:+Investigating+relevant+Zeitgebers+for+emerging+leafcutting+bees,+Megachile+rotundata+(Hymenoptera:+Megachilidae).">Cues for cavity nesters: Investigating relevant Zeitgebers for emerging leafcutting bees, Megachile rotundata (Hymenoptera: Megachilidae).</a> Journal of Experimental Biology. 221, jeb175406 (2018).</li><li>Miyazaki, Y., Goto, S. G., Tanaka, K., Saito, O., Watari, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoperiodic+regulation+of+the+circadian+eclosion+rhythm+in+the+flesh+fly,+Sarcophaga+crassipalpis.">Thermoperiodic regulation of the circadian eclosion rhythm in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis.</a> Journal of Insect Physiology. 57, 1249-1258 (2011).</li><li>Watari, Y., Tanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+background+light+conditions+on+thermoperiodic+eclosion+rhythm+of+onion+fly+Delia+antiqua.">Effects of background light conditions on thermoperiodic eclosion rhythm of onion fly Delia antiqua.</a> Entomological Science. 17, 191-197 (2014).</li><li>Greenberg, S. M., Armstrong, J. S., Setamou, M., Coleman, R. J., Liu, T. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+rhythms+of+feeding,+oviposition,+and+emergence+of+the+boll+weevil+(Coleoptera:+Curculionidae).">Circadian rhythms of feeding, oviposition, and emergence of the boll weevil (Coleoptera: Curculionidae).</a> Insect Science. 13, 461-467 (2006).</li><li>Yocum, G. D., Zdarek, J., Joplin, K. H., Lee, R. E., Smith, D. C., Manter, K. D., Denlinger, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alteration+of+the+eclosion+rhythm+and+eclosion+behavior+in+the+flesh+fly,+Sarcophaga+crassipalpis,+by+low+and+high+temperature+stress.">Alteration of the eclosion rhythm and eclosion behavior in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis, by low and high temperature stress.</a> Journal of Insect Physiology. 40, 13-21 (1994).</li><li>Winfree, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+view+of+resetting+a+circadian+clock.">Integrated view of resetting a circadian clock.</a> Journal of Theoretical Biology. 28, 327-374 (1970).</li><li>Watari, Y., Tanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interacting+effect+of+thermoperiod+and+photoperiod+on+the+eclosion+rhythm+in+the+onion+fly,+Delia+antiqua+supports+the+two-oscillator+model.">Interacting effect of thermoperiod and photoperiod on the eclosion rhythm in the onion fly, Delia antiqua supports the two-oscillator model.</a> Journal of Insect Physiology. 56, 1192-1197 (2010).</li><li>Short, C. A., Meuti, M. E., Zhang, Q., Denlinger, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entrainment+of+eclosion+and+preliminary+ontogeny+of+circadian+clock+gene+expression+in+the+flesh+fly,+Sarcophaga+crassipalpis.">Entrainment of eclosion and preliminary ontogeny of circadian clock gene expression in the flesh fly, Sarcophaga crassipalpis.</a> Journal of Insect Physiology. 93, 28-35 (2016).</li></ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Nous présentons un protocole pour le montage et l’utilisation d’un système qui permet une mesure précise du moment de l’émergence insecte. Ce système résout deux problèmes, qui limitait les conceptions précédentes : automatisation partielle et la taille limitée de l’échantillon. Nous avons résolu ces problèmes en automatisant la collecte de données à l’aide de microcontrôleurs, aussi nous permettant d’augmenter la taille de l’échantillon à l’aide de plusieurs canaux. La conception actuelle a six canaux pouvant accueillir un total de 1200 abeilles. Des canaux supplémentaires peuvent être ajoutés ou soustrait si nécessaire, permettant non seulement pour la taille de l’échantillon accrue, mais aussi pour étudier simultanément les effets des traitements multiples. Étapes critiques, les modifications, les limites et les futures applications sont examinées ci-dessous.
La seule partie du système qui n’est pas automatisé est charger les paniers avec des cellules de couvain, BBs métalliques et granules d’airsoft au début de l’expérience. Bien que les paniers sont conçus afin qu’ils se pencher arrière légèrement pour empêcher BBs metal de tomber quand les paniers sont soins debout, debout il faut lorsque vous placez les grilles pour empêcher la libération accidentelle de BBs metal. Aussi, assurez-vous que les grilles sont égalités avec le rebord du plateau, donc la trajectoire descendante du métal BB s’aligne sur la piste. Enfin, les débris de feuilles doit être essuyé résulte de la piste, et le train d’atterrissage détenant le BBs metal d’expériences antérieures doit être nettoyée pour éviter un blocage du capteur. Les données sont automatiquement enregistrées sur une carte SD dans un fichier CSV, et le script est écrit de sorte que l’Arduino ne s’exécutera pas à moins qu’une carte SD est présente. Le fichier de données soit manuellement importé au RStudio et visualisés en utilisant le script R mentionné précédemment. Ce script sera automatiquement graphique les données sous forme d’un graphique en bulles et identifier le temps médian et le jour de l’émergence. Le script de l’Arduino est écrit pour ajouter les données d’événement à la fin du fichier, qui empêche la perte de données en cas de panne de courant. Cependant, cela signifie également qu’une fois que les données sont extraites de la carte SD, il faut les effacer tous les fichiers avant l’expérience suivante.
Modifications aux fichiers SketchUp peuvent être effectuées pour ajuster la taille des paniers pour les insectes de différentes tailles, avec différents tubes de tailles devant être utilisées dans les racks modifiés. En outre, la taille de la pastille d’airsoft est importante car il empêche l’insecte laissant le tube et pastilles de tailles différentes peuvent être nécessaires aussi bien. Une grande variété d’altérations sont possibles au script R pour modifier l’apparence des bulle de parcelles et d’autres paramètres graphiques.
Nous avons réduit le risque de faux positifs en écrivant un code debounce qui désactive tout canal donné pendant une seconde fois un métal que BB est détecté évitant ainsi un seul BB métallique d’étant comptés comme plusieurs points de données. Bien que, cela crée la possibilité d’un point de données étant raté si nombreuses abeilles sortent en même temps, mais le fait que les chaînes sont indépendantes réduit ce risque. Une autre limitation du système actuel est que les points de données individuels ne sont pas discernables, c'est-à-dire, un métal de chute BB ne peut être retracée à une personne en particulier. En outre, le système actuel mesure émergence mais pas eclosion rythmes dans M. rotundata, mais permettant de mesurer des rythmes d’éclosion chez les espèces où l’émergence et l’éclosion sont synonymes. Enfin, la conception actuelle n’est pas imperméable, limitant son utilisation aux environnements maîtrisés.
Les applications futures incluent examiner les effets des autres signaux environnementaux biotiques et abiotiques, émergence de minutage de M. rotundata. En outre, parce que les insectes occupent divers environnements, signaux environnementaux pertinents varient entre les espèces. Ainsi, l’incorporation de plusieurs espèces d’insectes est importante aux systèmes comment circadiennes chargée de l’enquête, a évolué à travers des taxons. On sait peu sur les conditions de développementale comment influer sur le moment de l’émergence des adultes ; par conséquent, notre système peut être utilisé pour déchiffrer les effets des traitements sur l’émergence. En outre, les combinaisons de signaux environnementaux peuvent influer sur les réponses, donc futures expériences devraient incorporer plusieurs signaux environnementaux afin de comprendre leurs effets relatifs sur l’émergence. Enfin, le déploiement sur le terrain pour observer comment les décors naturels médient rythmes d’émergence est intéressant. La facilité d’utilisation de ce système et sa combinaison unique de fabrication additive, la programmation de l’open source et des traits biologiques observables, en font un candidat pour une utilisation dans un contexte éducatif.

Mesurer précisément le moment où une émergence insecte terrestre en paramètres expérimentaux est notoirement difficile et nécessite une certaine automatisation. Plusieurs mécanismes ont été conçus par le passé, incorporant soit un principe de « falling-ball », à l’aide de balles de chutes et capteurs ou une « bang-boîte » à l’aide d’un entonnoir de type système1,2,3. Il existe deux limites avec des conceptions existantes : collecte de données 1) est seulement partiellement automatisé et 2) taille de l’échantillon ou le nombre d’insectes émergents qui peut être détectée est limité. Ces problèmes diminuent la précision de la collecte de données, ce qui est important pour étudier le calendrier des patrons eclosion et/ou émergence. Nous avons abordé ces problèmes en concevant un système automatisé et pas limité par la taille de l’échantillon, permettant à l’utilisateur de mieux visualiser les rythmes d’émergence en réponse à des stimuli environnementaux.
Notre système est une amélioration du principe de tomber-boule, dont la plus récente version utilisé des capteurs infrarouges pour détecter les insecte apparition en six minutes par incréments de2. Notre système utilise des capteurs infrarouges, mais intègre également un microcontrôleur Arduino pour enregistrer la date et l’heure de chaque événement de la naissance à la seconde près. Données sont automatiquement stockées sur une carte (SD) numérique sécurisée, qui peut être exportées vers un fichier CSV pour analyse. L’analyse est automatisée à l’aide d’un script personnalisé de R, qui graphique les données sous forme d’un graphique en bulles et identifiera le temps médian et le jour de l’émergence.
Plusieurs canaux permettent à l’utilisateur plus de souplesse dans l’acquisition de données. Par exemple, la conception de nos multiples canaux non seulement réduit l’impact d’un capteur « bouché », mais peut également être utilisée pour augmenter la taille de l’échantillon. En outre, plusieurs canaux permettent à l’utilisateur désigner les traitements de canaux spécifiques afin qu’ils peuvent fonctionner simultanément dans une expérience. L’utilisation de tous les six canaux permet environ 1200 d’abeilles émergentes à enregistrer dans une seule expérience. À notre connaissance, c’est la plus grande taille de l’échantillon de n’importe quel système actuel mesure insecte apparition et nous a permis d’observer les patrons d’émergence de petite échelle en réponse à des stimuli environnementaux. Enfin, notre système bénéficie du fait que la majorité des pièces sont 3D imprimés. Cela crée précisément composants de taille, ce qui réduit la probabilité d’erreurs qui se produisent (par exemple détecteur colmatage) pendant les opérations. Il permet aussi de personnalisation pour d’autres systèmes de recherche.
Le but du présent protocole est de génération personnalisée un système précis et automatisé pour mesurer les insecte émergence, d’enquêter sur des questions de physiologie chronobiologie et le stress. Ce système a été et continuera d’être, critique dans les enquêtes sur les questions en suspens liées à des patrons d’émergence insectes en réponse à des stimuli environnementaux. Nous décrivons ici son montage et utilisation pour la détection de l’émergence de l’abeille coupe-feuille de luzerne, Megachile rotundata en paramètres expérimentaux en laboratoire. Le système est automatisé à l’aide d’un microcontrôleur programmable et personnalisable à l’aide de pièces imprimées en 3D. Supports imprimés tenir en place les tubes contenant des cellules de nid d’abeille après un BB métallique. Sur l’émergence, le BB métal est libéré de la grille, en passant par un capteur infrarouge enregistrer la date et l’heure de l’émergence d’une carte SD. La conception actuelle est optimisée pour M. rotundata, mais avec quelques ajustements mineurs pourrait être adaptée pour d’autres espèces d’insectes.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>PLA printer filament</td>
			<td>www.lulzbot.com</td>
			<td>various</td>
			<td>Catalog number varies by color</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.5 mL microcentrifuge tubes</td>
			<td>www.daigger.com</td>
			<td>EF4254C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4.5 mm size &#34;bb&#34; metal pellets</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00419C1IA</td>
			<td>Daisy 4.5 mm metal size bb pellets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6.0 mm plastic &#34;softair&#34; pellets</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B003QNELYE</td>
			<td>Crosman 6 mm airsoft pellets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic corregated sheet</td>
			<td>www.lowes.com</td>
			<td>345710</td>
			<td>Corrugated plastic sheet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared emmiter/detector pair</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00XPSIT3O</td>
			<td>5 mm diameter, 940 nm wavelength</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>120 ohm resisitors</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B01MSZK8DV</td>
			<td>120 ohm, 1/4 watt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>22 GA hookup wire</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>1311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RJ45 jacks</td>
			<td>www.sparkfun.com</td>
			<td>PRT-00643</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom PCB board</td>
			<td>www.pcbexpress.com</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Can be printed from files included in the supplimental data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Nano v 3.0</td>
			<td>www.roboshop.com</td>
			<td>RB-Gra-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SD card module</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>DFR0071</td>
			<td>DFRobot SD card module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Real Time Clock module</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>264</td>
			<td>DS1307 real time clock breakout board</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature/humidity sensor</td>
			<td>www.tinyosshop.com</td>
			<td>G4F4494F29ED05</td>
			<td>DHT11 temperature/humidity sensor on breakout board</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>470k ohm resistors</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00EV2R39Y</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Female headers</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>598</td>
			<td>Break off to desired length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Male headers</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>392</td>
			<td>Break off to desired length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ribbon wire</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00X77964O</td>
			<td>10 wire ribbon wire with connectors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCD screen</td>
			<td>www.adafruit.com</td>
			<td>198</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cat6 cable</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00N2VISLW</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SD card</td>
			<td>www.amazon.com</td>
			<td>B00E9W1URM</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a precise and autonomous system for the detection of insect emergence patterns

Les systèmes existants pour mesurer les patrons d’émergence insectes ont des limites ; Ils sont seulement partiellement automatisés et sont limités dans le nombre maximal de nouveaux insectes qu'ils peuvent détecter. Afin d’obtenir une mesure précise des insecte émergence, il est nécessaire pour les systèmes semi-automatisés et capable de mesurer un grand nombre d’insectes émergents. Nous avons abordé ces questions en conception et construction d’un système qui est automatisé et permet de mesurer l’émergence de jusqu'à 1200 insectes. Nous avons modifié le système existant de « falling-ball » à l’aide de microcontrôleurs Arduino pour automatiser la collecte de données et étendre la taille de l’échantillon par le biais de plusieurs canaux de données. Plusieurs canaux de données permet non seulement d’augmenter leur taille de l’échantillon, mais permet également à des traitements multiples à exécuter simultanément dans une seule expérience. En outre, nous avons créé un script R pour visualiser automatiquement les données dans un graphique en bulles, tout en également calculer la médiane jour et l’heure de l’émergence. Le système actuel a été conçu à l’aide de l’impression 3D, afin que l’utilisateur peut modifier le système pour être ajusté pour différentes espèces d’insectes. Ce protocole vise à enquêter sur des questions importantes en physiologie chronobiologie et le stress, à l’aide de ce système précis et automatisé pour mesurer les patrons d’émergence insectes.

Émergence de M. rotundata est asynchrone sans exposition à un environnement cue, avec l’émergence se produisant uniformément tout au long de la journée4. Toutefois, lorsqu’il est exposé à une onde carrée thermopériode (thermopériode de 4° C), émergence devient synchrone à la thermophase4,5. Ce résultat est similaire à d’autres études où les insectes ont été trouvés à utiliser des indices de thermopériode de réglementer l’émergence, y compris la mouche Sarcophaga crassipalpis6, la mouche de l’oignon Delia Christophe7 et le charançon du Anthonomus grandis grandis8. Une étude a montré que le stress au cours du développement affecte le synchronisme de l’émergence des adultes en crassipaplpis de S.9. Nous présentons ici les résultats de M. rotundata qui ont été exposés à un stress au cours du développement, pour tester l’hypothèse que ce traitement entraîne la désynchronisation de l’émergence des adultes.
Successful run
L’utilisateur doit regarder l’écran LCD avant d’ouvrir l’incubateur pour s’assurer que les insectes font leur apparition n’est plus. Une fois l’expérience est terminée, la carte SD est supprimée et les données peuvent être exportées dans RStudio comme un fichier délimité par des virgules à visualiser comme un graphique en bulles, comme décrit précédemment. La figure 8 affiche émergence d’abeille sous un thermopériode de 4 ° C après une exposition à un stress dû au froid au cours du développement. Le réticule rouge indique le délai médian et jour de naissance et le nom du fichier est le titre. Ce script R doit être utilisé pour visualiser les données, mais ne devrait pas servir l’analyse seule. Pour analyser la réponse d’émergence à un signal environnemental, les données peuvent être analysées pour la rythmicité (voir analyse).
Complication
Quand un capteur est bouché avec BBs metal, l’absence d’un signal est compté à plusieurs reprises, donnant naissance à plusieurs points de données fausses. La figure 9 montre le même groupe de données présenté dans la Figure 8, mais avec un des six canaux obstrués par BBs, créant ainsi la grande bulle sur le graphique. Dans le cas d’un capteur bouché, données depuis ce canal peuvent être facilement retirées de l’analyse. Incorporant des canaux multiples dans une expérience est bénéfique en minimisant l’impact d’un capteur de bouché.
Analyse
Analyse des données pour la présence de synchronisation peut être fait en calculant « paramètre R, « une statistique scalaire qui identifie si l’émergence est rythmique ou arythmique10,11,12. Cela se fait en calculant le nombre plus élevé d’adultes émergents dans une fenêtre de 8 heures, en divisant ce nombre par le nombre d’adultes émergent à l’extérieur de la fenêtre de 8 heures, puis en multipliant par 100. Tous les individus qui ont émergé devraient être rassemblés pour calculer le nombre d’adultes émergents pour chaque heure de la journée. La portée théorique du paramètre R est de 0 (émergence tous se produit dans la porte) à 200 (émergence est distribuée uniformément tout au long de la journée)10. R valeurs < 60 sont considérés comme des rythmique émergence, 60 < R < 90 sont faiblement rythmique et R > 90 sont arythmique. Valeurs de R > 150 indiquent distribution uniforme des émergence10. La figure 8 montre que l’émergence est rythmique avec paramètre R = 20,21 < 60. Dû au fait que ce type de données est distribué à travers une horloge de 24 heures extensible, statistiques circulaire doit être utilisée pour une analyse plus robuste (décrite en détail dans Bennett et al., 20185). Ceci peut être accompli par l’intermédiaire de packages statistiques circulaire disponibles pour RStudio (paquet « circulaire »-CRAN. R-Project.org).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig1.jpg"> Figure 1 : additif composants fabriqués. À l’aide de filament PLA, 3D imprimer les pièces nécessaires pour le système. Pour chaque canal en cours de construction, pièces nécessaires sont 1 collecteur collecteur (vert), 1 embout (rouge), plate-forme 6 prend en charge (orange), 4 tube rack plaques de base (violets) et 4 plaques de surface support tube (jaune). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig2.jpg"> Figure 2 : Tube panier plate-forme. Utiliser de la colle chaude pour assembler les deux plates-formes de support de tube par canal en cours de construction. Utiliser trois supports de plate-forme (indiqués en orange) avec une section de plastique ondulé (représentée en gris). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig3.jpg"> Figure 3 : rayons x collecteur collecteur. Insérer un détecteur infrarouge dans un socle de l’échantillonneur (représentée en bleu) et l’émetteur sur la deuxième prise (indiquée en rouge). Faire passer les fils du détecteur par le canal de câblage (indiqué en jaune) et tirer tous les quatre fils par le trou d’accès (surligné en vert). Assurer qu'aucun fils dénudés ne sont touchent, à l’aide de colle chaude pour fixer en place. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig3large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig4.jpg"> Figure 4 : connecteur câblage. Schéma de câblage de la prise RJ45 avant d’apposer sur le collecteur collector, comme vu du fond de la prise et le tableau de câblage pour le raccordement de l’écran LCD pour le processeur central. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig5.jpg"> Figure 5 : boule Assemblée collector. À l’aide d’un capuchon de protection (indiqué en rouge), collecteur d’un agent de recouvrement (indiqué en vert) et un 24 x 30 cm le morceau de plastique ondulé (montré en gris clair) assembler la coquille de l’ensemble de collecteurs de boule. Utilisez un morceau de 8 x 27 cm de plastique ondulé (montré en gris foncé) pour ajouter une rampe. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig5large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig6.jpg"> Figure 6 : Central Processor PCB bord. Le Conseil de PCB pour le processeur central est composé d’une couche de fond (représenté en vert), une couche supérieure (représenté en rouge) et une couche de sérigraphie (représenté en bleu). Souder les en-têtes femelles à trous tout pass-through, sauf ceux pour les prises RJ45 (en bas) et pour les résistances de menu déroulant (directement au-dessus les coussinets RJ45). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig6large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig7.jpg"> Figure 7 : montage Final. Lors de l’utilisation, l’appareil doit être monté avec une plate-forme de support de tube de chaque côté de chaque collecteur de balle utilisée. Supports de tube avec façades ci-joint doivent être positionnées afin qu’ils soient à la limite de la plateforme de support Tube, réduisant les risques de chutes BBs rebondir hors de l’appareil. L’empreinte de l’appareil assemblé est environ 25 cm x 35 cm, avec une hauteur de 20 cm <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig7large.jpg" target="_blank">s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig8.jpg"> Figure 8 : graphique d’une série expérimentale typique après transformation dans R. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig8large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig9.jpg"> Figure 9 : graphe d’une expérience qui souffrait d’un détecteur de bouché, comme en témoigne la bulle relativement importante au jour 4. Le canal obstrué peut être retiré de l’analyse, afin de préserver les points de données restants. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig9large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

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A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns

Mesure des patrons d’émergence insectes requiert de la précision. Les systèmes existants sont seulement semi-automatique et l’échantillon de taille est limitée. Nous avons abordé ces questions en créant un système à l’aide de microcontrôleurs de mesurer avec précision le moment de l’émergence d’un grand nombre d’insectes émergents.

Un système précis et autonome pour la détection des patrons d’émergence insectes

Existing systems to measure insect emergence patterns have limitations; they are only partially automated and are limited in the maximum number of ...

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la chronobiologie et de la physiologie du stress, telles que les indices qui ont un effet sur le moment de l’émergence des insectes. Le principal avantage de cette technique est qu’elle est automatisée et peut être utilisée pour mesurer l’émergence d’un grand nombre d’insectes. Les pièces suivantes sont requises pour chaque canal en cours de construction.Un collecteur, un bouchon d’extrémité, six supports de plate-forme, quatre plaques de base de support de support de tube, et quatre plaques de visage de support de tube. Avec trois supports de plate-forme et un morceau de plastique ondulé de 33 par 30 centimètres, utilisez de la colle chaude pour assembler deux plates-formes de rack à tubes par canal en cours de construction. Installez l’électronique dans le collecteur en soudant d’abord une résistance de 120 ohm à l’anode de l’émetteur infrarouge et du détecteur infrarouge et une longueur de cinq centimètres de fil électrique de 22 calibres aux deux cathodes.Insérez soigneusement le détecteur dans une prise du collecteur, et l’émetteur dans la deuxième prise. Les deux composants doivent s’adapter confortablement. Alimentez les fils du détecteur par le canal de câblage et tirez les deux fils à travers le trou d’accès.Soudez les quatre fils d’une prise RJ45 ethernet à l’aide de la rangée arrière des broches. Les deux anodes doivent être soudées à la broche la plus à gauche, la cathode de l’émetteur à la broche la plus droite, et la cathode du détecteur à l’une ou l’autre des broches centrales. Sécurisez la prise RJ45 au-dessus du trou d’accès collecteur avec de la colle chaude, en s’assurant qu’aucun fil nu ne se touche à l’intérieur du collecteur.Ensuite, commencer la construction du processeur central pour le système en soudant les en-têtes féminins sur les trous à travers étiquetés pour Arduino nano, temp, horloge, et module SD. En outre, soudeur une tête femelle sur le non étiqueté deux par cinq par trou dans le coin supérieur gauche de la carte PCB pour l’écran LCD. Accrochez-vous et soudez six RJ45 jacks le long du bord inférieur de la planche PCB.Soudeur six 470 kilo ohm pull-down résistances dans les sites de trou à travers, situé juste au-dessus des vérins RJ45. Installez le capteur arduino nano, le capteur de température et d’humidité DHT, l’horloge et le module SD sur la carte PCB. Enfin, connectez un fil ruban à dix connecteurs au connecteur d’écran LCD de la carte PCB.Une fois que le système de détection a été assemblé, chargez et placez deux racks immédiatement avant d’exécuter une expérience. Tout d’abord, assurez-vous que tous les trous dans la grille contiennent un tube de micro-centrifugeuse de 0,5 millilitre avec le bouchon enlevé, et que les tubes s’adaptent parfaitement. Remplissez chaque tube d’une cellule de couvée d’insecte, en vous assurant que le côté plat du bord est orienté vers l’ouverture.Puis ajouter une pastille d’air doux, et enfin, un métal BB. Ensuite, utilisez des vis en nylon d’un quart de pouce pour apposer la plaque frontale de la grille à tube, avec le bord arrondi vers le bas de la grille. Place les supports à tubes sur la plate-forme du rack. Commencez par les ouvertures orientées vers le haut, puis tournez doucement en place pour vous assurer que les BB métalliques ne sont pas libérés.Les supports doivent être placés au bord de la plate-forme afin qu’un BB métallique puisse tomber librement dans le collecteur sans rebondir contre une autre partie de la structure. Insérez une carte SD dans l’adaptateur, puis démarrez le processeur central en branchant un connecteur micro-USB dans l’Arduino, et l’autre extrémité dans n’importe quel adaptateur USB approprié. L’écran LCD affichera les numéros un à six lorsqu’il est prêt.Déposez un seul BB métallique dans le collecteur de boule de chaque canal, et regardez le nombre correspondant apparaître sur l’écran, et pour le bon moment pour afficher au bas de l’écran. Une fois que tous les insectes ont émergé, alimenter l’appareil en débranchant l’Arduino. Les supports peuvent être démontés et nettoyés pour être réutilisés.Au cours de l’expérience d’émergence, les données sont stockées sur la carte SD dans un fichier délimité par virgule. Utilisez la carte SD pour transférer des données vers l’ordinateur, et RStudio pour générer automatiquement des parcelles de bulles des données. Les données sur les événements et la température sont enregistrées dans le même fichier pour l’intégrité des données.Avant l’analyse, importez le fichier délimité par virgule dans un programme de feuille de calcul. Les colonnes I et J sont la date et l’heure de l’émergence des abeilles. Faites-en les colonnes A et B en coupant et en passant les colonnes A à E dans une deuxième feuille de calcul, et enregistrez comme fichier distinct de données de température pour une analyse plus approfondie.Ce chiffre montre l’émergence des abeilles sous une période thermo-période de quatre degrés Celsius après l’exposition à un stress dû au froid pendant le développement. Ce chiffre montre le même ensemble de données que ce qui vient d’être vu, mais avec l’un des six canaux obstrués par bbs, la création de la grande bulle sur le graphique que le manque de signal est compté à plusieurs reprises. Les données de ce canal peuvent à juste titre être supprimées de l’analyse.Tout en essayant cette procédure, il est important de se rappeler de vérifier toutes les pièces soudées pour s’assurer que les connexions fonctionnent. Après son développement, cette technique a ouvert la voie à des chercheurs dans le domaine de la chronobiologie et de la physiologie du stress pour explorer quels indices ont un effet sur le moment de l’émergence chez les abeilles solitaires.

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