Name: a precise and autonomous system for the detection of insect emergence patterns
Uploaded: 2019-01-09T13:30:00
Duration: 6 min 22 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns at JoVE.com

Vi skulle vilja erkänna insekt Cryobiology och ekofysiologi arbetsgruppen i Fargo, ND för deras bra feedback på experiment med det beskrivna systemet.

1. konstruktion
<ol><li>Med PLA filament, skriva ut följande antal delar för varje kanal som byggs: 1 collector grenrör (collector_manifold.stl), 1 ändlock (end_cap.stl), 6 plattformen stöder (platform_support.stl), 4 tube rack Basplattor (base_plate.stl) och 4 Tube rack ansikte plattor (face_plate.stl). Kontrollera att skrivaren är tillräckligt stor för att skriva ut ett objekt före utskrift. Alla *.stl filer finns i kompletterande data.</li>
	<li>Med 3 plattformen stöder och en 33 x 30 cm bit av Korrugerad plast, Använd varmt lim för att montera 2 tube rack plattformar per kanal byggs, som visas i figur 2. Korrugerad plast kan vara poängsätts på ena sidan i varje hörn som möjliggör bockning.</li>
	<li>Installera elektronik i collector grenröret.<ol>
<li>Löda en 120 Ω resistor till anoden (längre ben) av både den IR emitter den IR-detektorn och en ~ 5 cm längd på 22 GA wire på båda katoder. Använda olika färger av ledningar för att undvika förvirring i senare steg.</li>
		<li>Sätt försiktigt detektorn i ett uttag av samlare samlingsröret (markerad i blått i figur 3) och sändaren i det andra uttaget (markerade i rött). Båda komponenterna bör glappar.</li>
		<li>Foder detektor trådarna genom kanalen kablage (gulmarkerat i figur 3) och dra alla fyra ledningar genom tillgång till hålet (markerade i grönt). Se till att inga frilagda ledningarna vidrör, med varmt lim för att skydda dem på plats.</li>
		<li>Löda alla fyra sladdar till en RJ45 (Ethernet) jack, med bakre raden av pins. Båda anoder ska lödas till vÃ¤nster pin, katoden av sändaren till höger stift och katoden av detektorn till antingen center stift (figur 4).</li>
		<li>Säkra den RJ45 jack över samlare grenrör tillgång hålet (markerade i grönt i figur 3) med varmt lim, garanterar inga frilagda ledningarna vidrör inuti grenröret.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Konstruera fallande boll collector (1 per kanal byggs) som visas i figur 5
	<ol>
<li>Med en fast collector grenrör, ena gaveln och en 24 x 30 cm sektion av Korrugerad plast, Använd varmt lim för att ansluta basen av enheten (rött, grönt och ljus grå komponenter i figur 5).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Använd en 8 x 27 cm delen av Korrugerad plast att lägga till en fallande boll ramp till insamlaren (mörk grå färgkomponent i figur 5). De slutet cap och samlare grenrör mönster omfatta avsatser för att säkerställa korrekt placering. Kontrollera om en smidig övergång från rampen till samlaren att undvika papperskvadd under användning.</li>
	<li>Konstruera den centrala processorn för systemet (som beskrivs i figur 6).<ol>
<li>Skriva ut en anpassad kretskort för systemkonstruktion. Alla filer som krävs för PCB styrelsen utskrift finns i kompletterande data.</li>
		<li>Löda kvinnliga rubriker på de genomgående hål märkt för följande installationer: Arduino Nano, temp, klocka, SD modul och flytande kristaller (LCD) skärm (omärkt 2 x 5 hålmontering område i det övre vänstra hörnet av PCB-kortet).</li>
		<li>Fäst i och löda sex RJ45 uttag längs den nedre kanten av PCB-kortet.</li>
		<li>Löda sex 470 k ohm pulldown motstånd i genomgående hål platserna ligger precis ovanför de RJ45-uttag.</li>
		<li>Installera den Arduino Nano, DHT-temperatur och luftfuktighet sensor, klocka och SD modul på PCB-kortet. DHT-temperatur-och luftfuktighetsmätare bör testas innan användning i experiment för att säkerställa noggrannheten.</li>
		<li>Anslut en 10-kontakten menyfliksområdet tråd till LCD skärmen kontakten på PCB-kortet. Löd fast den andra änden av bandet tråd till LCD-skärmen så att skärmen stiften motsvarar Arduino stiften, som anges i figur 4. Ytterligare information om LCD ledningar finns på https://Learn.adafruit.com/character-lcds/wiring-a-character-lcd.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Systemprogrammering<ol>
<li>Hämta och installera den senaste versionen av Arduino IDE för rätt operativsystem från www.arduino.cc.</li>
		<li>Vid första användningen, installera Arduino-bibliotek för realtidsklockan (github.com/adafruit/RTClib) och temperatur/luftfuktighet sensor (github.com/adafruit/DHT-sensor-library). Ställa klockan till aktuell lokal tid med hjälp av ds1307 skriptet ingår i biblioteket.</li>
		<li>Ladda upp systemet Arduino script, tillgängliga i kompletterande data.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. systemanvändning
<ol><li>Montera ihop systemet som visas i figur 7. För varje kanal som används, bör en faller-ball collector (monterad i steg 1.4) åtföljas på vardera sidan av en rack plattform (monterad i steg 5.1). Använda förpackningar tejp att hålla ihop bitarna och skapa en mjuk rundad kant på rack plattform.</li>
	<li>Konfigurera oanvända kanaler för att undvika falska positiva signaler. Eftersom systemet bygger på en låg signal att upptäcka en händelse (IR detektor inte emot en signal från IR-sändaren), måste oanvända kanaler konfigureras korrekt för att undvika falska positiva signaler. Detta kan åstadkommas genom ett av två sätt.<ol>
<li>Inaktivera oanvända kanaler i programvaran genom att kommentera ut de slingor som motsvarar de outnyttjade kanalerna. I Arduino IDE, kan detta åstadkommas genom att lägga till ”/ *” före de onödiga looparna och ”* /” vid deras slut.</li>
		<li>Inaktivera oanvända kanaler via en enkel hårdvara boende. Helt enkelt löda ihop kablarna #6 och #8 (oftast fast brunt och fasta gröna trådar av en kommersiellt tillgängliga cat 6 kabel) och sätt i det tomma RJ45-uttaget på den centrala processorn.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Belastning och plats tube rack omedelbart innan du kör ett experiment.<ol>
<li>Kontrollera att alla hål innehåller ett 0,5 mL mikrocentrifug rör med locket tas bort och att rören glappar.</li>
		<li>Fyll varje tub med en insekt barnaskara cell, Pupp fall eller kokong, en airsoft pellet och slutligen en metall BB. Kontrollera att den platta kant sidan (GJP) av cellen barnaskara är vänd mot airsoft pellet och metall BB. Anbringa tube rack frontplåten, med den runda kanten mot botten av racket, med hjälp av ¼ tums nylon skruvar.</li>
		<li>Plats tube rack på rack plattform, med öppningen vänd mot faller-ball samlaren. Rack bör placeras på kanten av plattformen så att en metall BB kan falla fritt i samlaren utan studsar mot en annan del av strukturen (figur 7). När du placerar rack, börja med öppningen uppåt och Vrid försiktigt på plats för att säkerställa metall BBs inte frigörs. Racken är utformade så att rören kommer slant lite bakåt när korrekt placerad, minskar risken för oavsiktliga utsläpp av metall BBs.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Sätt in ett SD-kort i adaptern och sedan starta den centrala processorn genom att ansluta en mikro-USB-kontakt till Arduino, och den andra ändan till någon lämplig USB-adapter. LCD-skärmen visar nummer ett genom sex när du är klar. Släppa en enda metall BB i bollen samlaren av varje kanal och titta på för motsvarande räkningen till visas på skärmen och för den rätta tiden att visa längst ned på skärmen.<ol>
<li>Om korrekt tid inte visas, upprepa steg 1.6.3 och 1.6.4 återställa klockan.</li>
		<li>Om testet metallen BB inte registreras, är samlaren blockerad. Kontrollera visuellt för blockering och starta om systemet.</li>
		<li>Om en kanal ”räknas” en händelse varje sekund, indikerar detta att kanalen inte är korrekt ansluten. Kontrollera alla anslutningar och starta om systemet.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. experimentera slutet och dataanalys
<ol><li>Efter uppkomsten har upphört (se resultat och diagrammen 8 och 9 exempel på tidsskalan), Stäng av apparaten genom att koppla från Arduino. Rack kan demonteras och rengöras för återanvändning.</li>
	<li>Under experimentet lagras data på SD-kortet i en kommaavgränsad fil (CSV) tillgänglig av programmeringsspråket R. Använda SD-kortet för att överföra data till datorn och RStudio att Autogenerera bubbla tomter av data.<ol>
<li>Både event och temperatur data sparas i samma fil för dataintegritet. Därför måste vissa bearbetning slutföras före analys. Importera filen kommatecken avgränsade till ett kalkylprogram. Kolumner I och J är datum och tid av uppkomst för bin, göra dem kolumnerna A och B genom att klippa och klistra in kolumner A-E i andra kalkylblad, och Spara som en separat fil, detta är temperaturdata.</li>
		<li>Titeln kolumn A med ”datum” och kolumn B ”tid” och sortera data av kolumn A sedan B. Spara som en CSV-fil. fil.</li>
		<li>Hämta och installera den senaste versionen av RStudio från https://www.r-project.org/. Hjälp med att använda RStudio för uppladdning och analysera data kan hittas här på https://cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/R-intro.html.</li>
		<li>Med R skriptet finns i kompletterande data kan du överföra data till RStudio. Ändra den arbetande destinationen i skriptet R att matcha där excel *. CSV-filen finns. Kör skriptet och välj datafilen att analysera. Skriv ”rita” i konsolen R. Bubbla tomten kommer att finnas i arbetande destinationen heter ”High-res”; Byt namn på filen om du vill spara som en högupplöst tiff (300 dpi) fil.</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>

Författarna har något att avslöja.

Vi presenterar ett protokoll för montering och användning av ett system som möjliggör exakt mätning av tidpunkten för insekt uppkomst. Detta system löser två problem, som begränsade tidigare mönster: partiell automation och begränsad provstorlek. Vi löst dessa problem genom att automatisera datainsamling använder microcontrollers, som också gjort det möjligt för oss att öka stickprovsstorleken med hjälp av flera kanaler. Den nuvarande utformningen har sex kanaler som rymmer totalt 1200 bin. Ytterligare kanaler kan adderas eller subtraheras om det behövs, så att inte bara för ökad provstorlek, men också för att samtidigt undersöka effekterna av flera behandlingar. Kritiska steg, modifieringar, begränsningar och framtida tillämpningar diskuteras nedan.
Den enda delen av systemet som inte är automatiserad laddar rack med ruva celler, metall BBs och airsoft pellets i början av experimentet. Även om racken är utformade så de lutar måste tillbaka något för att förhindra metall BBs faller när rack är stående upprätt, omsorg tas när du placerar rack att förhindra oavsiktliga utsläpp av metall BBs. Kontrollera också att rack är jäms med kanten av hyllan, så den fallande banan av metall BB justerar med banan. Slutligen, löv skräp torkas framgår av landningsbanan och underredet håller metall BBs från tidigare experiment ska rensas för att förhindra blockering av sensorn. Data registreras automatiskt till ett SD-kort som en CSV-fil, och manuset är skrivet så att Arduino kommer inte att köras om inte ett SD-kort finns. Datafilen importeras manuellt till RStudio och visualiseras med hjälp av tidigare nämnda R-skriptet. Detta skript kommer automatiskt diagram data som en bubbla tomt och identifiera median tid och dag uppkomst. Arduino skriptet är skrivet ska läggas händelsedata till slutet av filen, vilket förhindrar dataförlust vid ett strömavbrott. Detta innebär dock också att när data hämtas från SD-kortet, bör alla filer rensas innan nästa experiment.
Ändringar i SketchUp-filer kan göras att justera storleken på rack för insekter av olika storlekar, med olika storlek rör som används i den modifierade racken. Dessutom är storleken på airsoft pelleten viktigt eftersom det lämnar röret förhindrar insekten och pelletar av olika storlekar kan behövas liksom. En mängd olika ändringar kan göras i R skriptet ändra utseendet på de bubbla tomterna och andra grafiska parametrar.
Vi minskade risken för falsklarm genom att skriva en debounce kod som inaktiverar någon given kanal för en sekund efter en metall BB är upptäckte vilket hindrar en enda metall BB från räknas som flera datapunkter. Även om detta skapar möjligheten för en datapunkt som missade om många bin dyka upp på en gång, men det faktum att kanalerna är oberoende minskar denna risk. En annan begränsning i det nuvarande systemet är att enskilda datapunkter är inte märkbara, dvs en fallande metall BB inte kan spåras tillbaka till en specifik person. Dessutom det nuvarande systemet mäter uppkomsten men inte eclosion rytmer i M. rotundata, men skulle mäta eclosion rytmer i arter där uppkomsten och eclosion är synonymt. Slutligen, den nuvarande utformningen är inte väderbeständig, begränsa dess användning till kontrollerade miljöer.
Framtida tillämpningar inkluderar att undersöka effekterna av andra abiotiska och biotiska miljömässiga ledtrådar för timing uppkomsten av M. rotundata. Dessutom eftersom insekter upptar olika miljöer, varierar relevanta miljömässiga cues mellan arter. Införlivandet av fler insektsarter är därför viktigt att utreda hur dygnsrytm system utvecklats över taxa. Lite är känt om hur utvecklingsmässiga förutsättningar påverkar tidpunkten för vuxen uppkomst; vårt system kan därför användas för att dechiffrera effekterna av behandlingar på uppkomsten. Dessutom kombinationer av miljömässiga ledtrådar kan påverka insekt svaren, således framtida experiment bör införliva flera miljömässiga ledtrådar för att förstå deras relativa inverkan på uppkomsten. Slutligen, distribution i fältet att iaktta hur naturliga inställningar medla uppkomsten rytmer är av intresse. Användarvänlighet i detta system och dess unika kombination av additiv tillverkning, öppen källkod programmering och observerbara biologiska egenskaper, gör det en kandidat för användning i en undervisningsmiljö.

Exakt mätning av tidpunkten för landlevande insekter uppkomsten i experimentella inställningarna är notoriskt svårt och kräver viss grad av automatisering. Flera mekanismer har utformats i förflutnan, innehåller antingen en ”faller-ball”-principen, med fallande bollar och sensorer, eller en ”bang-låda” med tratt-typen system1,2,3. Det finns två begränsningar med befintliga konstruktioner: 1) datainsamling är endast delvis automatiserad och (2) prov storlek eller antalet framväxande insekter som kan upptäckas är begränsad. Dessa problem minskar precisionen för insamling av uppgifter, vilket är viktigt att studera timing av eclosion och/eller uppkomsten mönster. Vi tog upp dessa problem genom att utforma ett system som är automatiserad och inte begränsas av urvalsstorlek, så att du bättre visualisera uppkomsten rytmer bemöta miljömässiga ledtrådar.
Vårt system är en förbättring till falla-ball principen, den senaste versionen som används IR-sensorer för att detektera insekt uppkomsten i sex minuter steg2. Vårt system använder fortfarande infraröda sensorer, men också inlemmar en Arduino mikrokontroller för att registrera datum och tid för varje uppkomsten händelsen till närmaste andra. Data lagras automatiskt till secure digital (SD)-kort, som kan exporteras som en kommaavgränsad fil för analys. Analysen är automatiserat med hjälp av ett anpassat R skript, som diagram data som en bubbla tomt och identifiera median tid och dag uppkomst.
Flera kanaler aktivera användaren mer flexibilitet i datainsamling. Till exempel våra flera kanal design inte bara minimerar effekterna av en ”igensatta” sensor, men också kan användas för att öka stickprovsstorleken. Dessutom tillåta flera kanaler användaren att utse behandlingar till specifika kanaler så att de kan köras samtidigt i ett experiment. Använder alla sex kanaler möjliggör cirka 1200 framväxande bin som ska registreras i en enda experiment. Till vår kunskap, detta är alla nuvarande system mäta insekt uppkomsten största urvalsstorlek och har gjort det möjligt för oss att observera finskaliga uppkomsten mönster i Svaren till miljömässiga ledtrådar. Slutligen, vårt system nytta av det faktum att majoriteten av delarna är 3D tryckt. Detta skapar just medelstora komponenter, vilket minskar sannolikheten för fel inträffar (till exempel detektorn igensättning) under operationer. Det möjliggör också för anpassning för andra forskningssystemen.
Målet med detta protokoll är att anpassade bygga en exakt och automatiserade system för att mäta insekt uppkomsten, att undersöka frågor i chronobiology och stress fysiologi. Detta system har varit, och kommer att fortsätta vara, kritiska utreda obesvarade frågor relaterade till insekt uppkomsten mönster i Svaren till miljömässiga ledtrådar. Här beskriver vi dess montering och användning för uppkomsten upptäckt av alfalfa leaf-skärning biet, Megachile rotundata i lab-baserad experimentella inställningarna. Systemet är automatiserat med hjälp av en programmerbar mikrokontroller och anpassningsbara använder 3D tryckta delar. Tryckta rack håller på plats rör som innehåller bee boet celler efter en metall BB. Vid uppkomsten, är metall BB befriad från rack, passerar genom en infraröd sensor registrerar datum och tidpunkt för uppkomsten till ett SD-kort. Den nuvarande utformningen är optimerad för M. rotundata, men med mindre justeringar kan anpassas för andra arter av insekter.

<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

Befintliga system för att mäta insekt uppkomsten mönster har begränsningar; de är endast delvis automatiserade och är begränsade i antalet tillåtna framväxande insekter som de kan upptäcka. För att erhålla exakt mätning av insekt uppkomst, är det nödvändigt för system vara halvautomatisk och kunna mäta stort antal framväxande insekter. Vi behandlade dessa frågor genom att utforma och bygga ett system som är automatiserad och kan mäta uppkomsten av upp till 1200 insekter. Vi ändrade befintliga ”faller-ball” systemet med hjälp av Arduino microcontrollers att automatisera datainsamling och expandera urvalsstorleken genom flera datakanaler. Flera datakanaler möjligt för användaren att inte bara öka sin provstorlek, men också tillåter flera behandlingar för att köras samtidigt i ett enda experiment. Dessutom har vi skapat en R skript för att automatiskt visualisera data som en bubbla tomt, samtidigt också beräkna medianvärdet dag och tidpunkt för uppkomsten. Det nuvarande systemet utformades med hjälp av 3D-utskrifter så att användaren kan ändra systemet justeras för olika arter av insekter. Målet med detta protokoll är att undersöka viktiga frågor i chronobiology och stress fysiologi, använder detta precisa och automatiserade system för att mäta insekt uppkomsten mönster.

Uppkomsten av M. rotundata är asynkron utan exponering för en miljömässig cue, med uppkomst sker jämnt över hela den dag4. När de utsätts för en kvadratiska våg thermoperiod (4° C thermoperiod), blir dock uppkomsten synkron till thermophase4,5. Detta resultat är liknar andra studier där insekter har befunnits använda thermoperiod ledtrådar för att reglera uppkomsten, inklusive kött flugan Sarcophaga crassipalpis6, lök flugan Delia atiqua7 och den boll vivel Anthonomus grandis grandis8. En studie har visat att stress under utveckling påverkar sömnapparater av vuxen uppkomst i S. crassipaplpis9. Här presenterar vi resultaten från M. rotundata som utsattes för en stress under utveckling, att testa hypotesen att denna behandling orsakar desynkronisering av vuxen uppkomst.
Lyckades köra
Användaren bör titta på LCD-skärmen innan du öppnar inkubatorn att se till att insekter inte längre uppstår. När experimentet slutförts, SD-kortet tas bort och data kan exporteras till RStudio som en kommaavgränsad fil och visualiseras som en bubbla tomt, som tidigare beskrivits. Figur 8 visar bee uppkomst under en 4 ° C thermoperiod efter exponering för en kall stress under utveckling. Röd hårkorset anger Mediantiden och dag för uppkomsten och filnamnet är titeln. Detta R-skriptet bör användas för att visualisera data, men bör inte utgöra den enda analysen. För att analysera framväxten svar till en miljömässig cue, data kan analyseras för rhythmicity (Se analys).
Komplikation
När en sensor är igensatt med metall BBs, räknas avsaknaden av en signal flera gånger, ger upphov till flera falska datapunkter. Figur 9 visar samma datamängd presenteras i figur 8, men med en av de sex kanalerna tilltäppta med BBs, därför att skapa stora bubblan på grafen. I händelse av en igensatt sensor, kan data från den här kanalen lätt tas bort från analysen. Införliva flera kanaler i ett experiment är fördelaktigt att minimera effekterna av en igensatt sensor.
Analys
Analysera data för förekomst av synkronisering kan göras genom att beräkna ”parametern R”, en skalär statistik som identifierar om uppkomsten är rytmiska eller arytmier10,11,12. Detta görs genom att beräkna det högsta antalet nya vuxna en 8-timmars fönster, detta tal divideras med antalet vuxna framväxande utanför fönstret 8 timmar om dygnet, sedan multiplicera med 100. Alla individer som vuxit fram bör slås samman för att beräkna antalet framväxande vuxna för varje timme på dagen. Den teoretiska parametern R är från 0 (alla uppkomst sker inom grinden) till 200 (uppkomsten är jämnt fördelat under hela dagen)10. R-värden < 60 anses rytmiska uppkomsten, 60 < R < 90 är svagt rytmiska, och R > 90 är arytmier. R-värden > 150 indikerar jämn uppkomsten10. Figur 8 visar att uppkomsten är rytmisk med parametern R = 20.21 < 60. På grund av att denna typ av data distribueras runt en upprepande 24-timmarsklocka, ska cirkulär statistik vara anställd för en mer robust analys (beskrivs i detalj i Bennett et al., 20185). Detta kan åstadkommas via cirkulär statistik paket tillgängliga för RStudio (paketet 'cirkulär'-CRAN. R-Project.org).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig1.jpg"> Figur 1: tillsats tillverkas komponenter. Med PLA filament, 3D skriva ut de nödvändiga delarna för systemet. För varje kanal som byggs, delar som behövs är 1 collector grenrör (grön), 1 ändlock (röd), 6-plattformen stöder (orange), 4 tube rack Basplattor (lila) och 4 tube rack ansikte tallrikar (gul). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig2.jpg"> Figur 2: Tube rack plattform montering. Använd varmt lim för att montera två tube rack plattformar per kanal byggs. Använd tre plattformen stöder (visas i orange) med ett avsnitt av Korrugerad plast (visas i grått). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig3.jpg"> Figur 3: Collector grenrör röntgen. Infoga en IR-detektor i ett uttag av the collector (visas i blått) och sändaren i det andra uttaget (visas i rött). Foder detektor trådarna genom kanalen kablage (visas i gult) och dra alla fyra ledningar genom tillgång till hålet (markerade i grönt). Se till att inga frilagda ledningarna vidrör, med varmt lim för att skydda dem på plats. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig3large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig4.jpg"> Figur 4: kontakten ledningar. Kopplingsschema för RJ45 jack innan produkten till collector samlingsröret, sett från botten av jack och ledningar tabell för att ansluta LCD-skärmen till den centrala processorn. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig4large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig5.jpg"> Figur 5: boll samlare församling. Bit av Korrugerad plast (visas i ljusgrått) med hjälp av ena änden cap (visas i rött), en samlare grenrör (visas i grönt) och en 24 x 30 cm och monterar skalet bollen samlare församling. Använd en 8 x 27 cm bit av Korrugerad plast (visas i mörkgrå) att lägga en ramp. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig5large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig6.jpg"> Figur 6: Central Processor PCB ombord. PCB-kortet för den centrala processorn består av ett bottenlager (skildras i grönt), ett ytskikt (avbildas i rött) och ett screentryck lager (avbildad i blått). Löda kvinnliga headers till alla pass-through hål, med undantag för RJ45 kontakterna (längst ned) och pull-down motstånden (direkt ovanför RJ45 kuddar). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig6large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig7.jpg"> Figur 7: slutmontering. Under användning, bör apparaten monteras med en tube rack plattform på vardera sidan av varje boll samlare som används. Tube rack med bifogade faceplates bör placeras så att de är på kanten av röret Rack plattformen, minskar risken för fallande BBs studsade av apparaten. Fotavtryck av den monterade apparaten är cirka 25 cm x 35 cm, med en höjd på 20 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig7large.jpg" target="_blank">vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig8.jpg"> Figur 8: grafen av en typisk experimentella springa efter bearbetning i R. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig8large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58362/58362fig9.jpg"> Figur 9: grafen av ett experiment som drabbats av en igensatt detektor, som visas av relativt stora bubblan på dag 4. Igensatt kanalen kan tas bort från analysen, därigenom bevara de återstående datapunkterna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58362/58362fig9large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Precise and Autonomous System for the Detection of Insect Emergence Patterns at JoVE.com

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

Mätning av insekt uppkomsten mönster kräver precision. Befintliga system är bara halvautomatisk och prov storlek är begränsad. Vi behandlade dessa frågor genom att utforma ett system som använder mikrokontroller att exakt mäta tiden av uppkomsten av stora mängder framväxande insekter.

Ett exakt och autonoma System för detektion av insekt uppkomsten mönster

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

Denna metod kan hjälpa till att svara på viktiga frågor i kronobiologi och stress fysiologi området, till exempel vad ledtrådar effekt tidpunkten för insektsuppkomst. Den största fördelen med denna teknik är att den är automatiserad, och kan användas för att mäta uppkomst av stora mängder insekter. Följande delar krävs för varje kanal som konstrueras.En samlare grenrör, en ändlock, sex plattform stöd, fyra röret rack basplattor, och fyra plattor rör rack ansikte. Med tre plattformsstöd och en 33 gånger 30 centimeters bit korrugerad plast, använd varmt lim för att montera två tubställ plattformar per kanal som konstrueras. Installera elektronik i kollektorgrenröret genom att först löda en 120 ohm motstånd mot anoden av både infraröd emittern och infraröd detektor och en fem centimeter lång 22-gauge elektrisk tråd till båda katoderna.Sätt försiktigt in detektorn i ett uttag av kollektorgrenröret, och emittern i det andra uttaget. Båda komponenterna ska passa tätt. Mata detektortrådarna genom kablagekanalen och dra båda trådarna genom åtkomsthålet.Löda alla fyra ledningar till en RJ45 ethernet-uttag med hjälp av den bakre raden av stift. Båda anoderna ska lödas till stiftet längst till vänster, katoden på emittern till den högrast stift, och katoden för detektorn till någon av mittstiften. Säkra RJ45-uttaget över samlarrörets åtkomsthål med varmt lim, vilket garanterar att inga nakna trådar vidrör inuti grenröret.Därefter börjar byggandet av den centrala processorn för systemet genom att löda kvinnliga rubriker på genomhålen märkta för Arduino nano, temp, klocka och SD-modul. Också, löda en kvinnlig header på omärkta två-av-fem genom hål i det övre vänstra hörnet av PCB styrelsen för LCD-skärmen. Snäpp in och löda sex RJ45-uttag längs pcb-brädans nedre kant.Löda sex 470 kilo ohm pull-down motstånd i genomhålet platser, som ligger strax ovanför RJ45 jacks. Installera Arduino nano- DHT-temperatur- och fuktighetssensorn, klockan och SD-modulen på PCB-brädan. Slutligen, anslut en tio-koppling band tråd till LCD-skärmen kontakten av PCB styrelsen.När detekteringssystemet har satts samman, ladda och placera två rack omedelbart innan du kör ett experiment. Se först till att alla hål i racket innehåller ett 0,5 milliliter mikrocentrifugrör med locket borttaget, och att rören passar tätt. Fyll varje rör med en insektskullcell, se till att den platta kanten sidan är vänd mot öppningen.Tillsätt sedan en luft mjuk pellet, och slutligen, en metall BB. Använd sedan kvartstums nylonskruvar för att fästa röret rack faceplate, med den rundade kanten mot botten av racket. Placerar tubracken på rackplattformen. Börja med öppningarna uppåt, och rotera sedan försiktigt på plats för att säkerställa att metallbbbarna inte släpps.Rack bör placeras vid kanten av plattformen så att en metall BB kan falla fritt in i samlaren utan studsar mot en annan del av strukturen. Sätt in ett SD-kort i adaptern och starta sedan den centrala processorn genom att ansluta en mikro-USB-kontakt i Arduino, och den andra änden i någon lämplig USB-adapter. LCD-skärmen kommer att visa nummer ett till sex när du är klar.Släpp en enda metall BB i bollen samlare av varje kanal, och titta på motsvarande räkna visas på skärmen, och för rätt tid att visa längst ner på skärmen. När alla insekter har uppstått, slå ner apparaten genom att koppla ur Arduino. Rack kan demonteras och rengöras för återanvändning.Under uppkomstexperimentet lagras data på SD-kortet i en kommaavgränsad fil. Använd SD-kortet för att överföra data till datorn, och RStudio för att auto-generera bubbla tomter av data. Både händelse- och temperaturdata sparas i samma fil för dataintegritet.Före analysen importerar du den kommaavgränsade filen till ett kalkylprogram. Kolumnerna I och J är datum och tid för uppkomst för bin. Gör dem till kolumnerna A och B genom att klippa och klistra in kolumnerna A till E i ett andra kalkylblad, och spara som en separat fil med temperaturdata för vidare analys.Denna siffra visar bi framväxt under en fyra grader Celsius termo-period efter exponering för en kall stress under utvecklingen. Denna siffra visar samma datauppsättning som just sett, men med en av de sex kanalerna igensatta med BBs, skapa den stora bubblan på grafen som bristen på signal räknas upprepade gånger. Data från denna kanal kan med rätta tas bort från analysen.Medan du försöker den här proceduren är det viktigt att komma ihåg att kontrollera alla delar lödda för att se till att anslutningarna fungerar. Efter dess utveckling banade denna teknik vägen för forskare inom området kronobiologi och stressfysiologi för att undersöka vilka ledtrådar som effekt tidpunkten för uppkomsten i ensamma bin.

Research

JoVE Journal

Environment

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Metoder för Performing Kors i<em&gt; Setaria viridis</em&gt;, Ett nytt modellsystem för gräs

Setaria viridis is an emerging model system for C4 grasses. It is closely related to the bioenergy feed stock switchgrass and the grain crop foxtail ...

A Technique to Screen American Beech for Resistance to the Beech Scale Insect (Cryptococcus fagisuga Lind.)

A Technique to Screen American Beech for Resistance to the Beech Scale Insect Cryptococcus fagisuga Lind.

En teknik för att Screen amerikansk Beech för Resistance till Beech Scale Insect (<em&gt; Cryptococcus fagisuga</em&gt; Lind.)

Beech bark disease (BBD) results in high levels of initial mortality, leaving behind survivor trees that are greatly weakened and deformed.&#160;The ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Mätning och kartläggning mönster jorderosion och nedfall kopplad till jord karbonat koncentrationer Under jordbrukets förvaltning

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Techniques for Investigating the Anatomy of the Ant Visual System

Tekniker för att utreda det Ant visuella systemet anatomi

This article outlines a suite of techniques in light microscopy (LM) and electron microscopy (EM) which can be used to study the internal and external eye ...

On-Site Molecular Detection of Soil-Borne Phytopathogens Using a Portable Real-Time PCR System

På plats molekylär identifiering av jordburna Phytopathogens med hjälp av en bärbar realtids-PCR System

On-site diagnosis of plant diseases can be a useful tool for growers for timely decisions enabling the earlier implementation of disease management ...

Harvesting Venom Toxins from Assassin Bugs and Other Heteropteran Insects

Skörda Venom gifter från Assassin buggar och andra Heteropteran insekter

Heteropteran insects such as assassin bugs (Reduviidae) and giant water bugs (Belostomatidae) descended from a common predaceous and venomous ancestor, ...

Choice and No-Choice Bioassays to Study the Pupation Preference and Emergence Success of Ectropis grisescens

Choice and No-Choice Bioassays to Study the Pupation Preference and Emergence Success of Ectropis grisescens

Val och nr-val Bioassays att studera förpuppningen preferens och uppkomsten framgång av Ectropis grisescens

Many insects live above the ground as larvae and adults and as pupate below the ground. Compared to the above-ground stages of their life cycles, less ...

An Anaerobic Biosensor Assay for the Detection of Mercury and Cadmium

Anaerob Biosensor test för påvisande av kvicksilver och kadmium

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to ...

Detection of 3-Nitrotyrosine in Atmospheric Environments via a High-performance Liquid Chromatography-electrochemical Detector System

Detection of 3-Nitrotyrosine in Atmospheric Environments via a High-performance Liquid Chromatography-electrochemical Detector System

Påvisande av 3-Nitrotyrosine i atmosfäriska miljöer via en High-performance Liquid Chromatography-elektrokemisk detektorsystem

3-nitrotyrosine (3-NT) is generated from the tyrosine residue in atmospheric bio-aerosol proteins via a reaction with ozone (O3) and nitrogen dioxide ...

An Induction System for Clustered Stomata by Sugar Solution Immersion Treatment in Arabidopsis thaliana Seedlings

An Induction System for Clustered Stomata by Sugar Solution Immersion Treatment in Arabidopsis thaliana Seedlings

En induktion System för klustrade Stomata av socker upplösningsbehandlingen nedsänkning i Arabidopsis thaliana plantor

Stomatal movement mediates plant gas exchange, which is essential for photosynthesis and transpiration. Stomatal opening and closing are accomplished by a ...