معلومة

هل الذباب يتجنب ضوء الأشعة تحت الحمراء؟

هل الذباب يتجنب ضوء الأشعة تحت الحمراء؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

إذا تجنب الذباب ضوء الأشعة تحت الحمراء ، فيمكن إخلاء العديد من الأماكن من الذباب باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء. نرى مبيدات الحشرات في العديد من المطاعم ، لكن لا يبدو أنها تعمل بشكل جيد. هل يمكن أن يكون IR بديلاً آمنًا وفعالاً؟


في العقد الماضي ، تم اقتراح أن الأطوال الموجية للشمس IR-A قد تكون ضارة بجلد الإنسان وأن واقيات الشمس ، بالإضافة إلى التأثير المطلوب للحماية من الأشعة فوق البنفسجية B و UV-A ، يجب أن تحمي أيضًا من الأشعة تحت الحمراء. -A (وربما الضوء المرئي). أظهرت العديد من الدراسات أن NIR قد يتلف محتوى كولاجين الجلد عبر زيادة نشاط MMP-1 بنفس الطريقة المعروفة للأشعة فوق البنفسجية. لسوء الحظ ، لم تكن مصادر ضوء NIR الاصطناعي المستخدمة في مثل هذه الدراسات ممثلة للإشعاع الشمسي.

ومع ذلك ، فقد قيل القليل عن الوجه الآخر للعملة. ستركز هذه المقالة على المعلومات الأساسية التي تشير إلى أن IR-A قد يكون أكثر فائدة من الضرر عندما يتعرض الجلد للإشعاع / الجرعة المناسبة من إشعاع IR-A على غرار التعرض اليومي لأشعة الشمس التي يتلقاها الأشخاص في الحياة الواقعية.

قد تعمل IR-A على ترطيب الجلد مسبقًا - وهي عملية تسمى الحماية الضوئية - من وجهة نظر تطورية منذ التعرض لأطوال موجات IR-A في الصباح الباكر في ضوء الشمس قد يهيئ البشرة للأشعة فوق البنفسجية الضارة القادمة في منتصف النهار.

وبالتالي ، يبدو أن IR-A هو الحل وليس المشكلة. إنه مفيد للبشرة أكثر من كونه سيئًا. إنها في الأساس مسألة شدة وكيف يمكننا التعلم من الشمس.


البنك الصعب! يطير الذباب مثل الطائرات المقاتلة للتهرب من الحيوانات المفترسة

اصطياد ذبابة ليس بالأمر السهل ، كما يعلم أي شخص حاول قتل ذبابة. لماذا يصعب عليهم الإمساك بهم؟ أظهرت دراسة جديدة أن السبب قد يكون بسبب المناورة مثل الطائرات المقاتلة.

باستخدام كاميرات فيديو عالية السرعة ، التقط فريق من الباحثين حركة الجناح والجسم بسرعة البرق لذبابة الفاكهة حيث قامت الحشرات بأداء دوران سريع لتجنب تهديد يلوح في الأفق. استخدم الفريق أيضًا الذباب الآلي العملاق لفهم كيفية أداء الآفات المرحة لهذه الأكروبات.

أنواع ذباب الفاكهة في الدراسة ، ذبابة الفاكهة هيدي، معروفة بقدرتها الممتازة على الطيران. قال الباحثون إن العلماء في بعض الأحيان قارنوا رحلتهم بـ "السباحة" في الهواء ، لكن الجمباز الذي يحمله الذباب في الهواء أقرب إلى تلك التي يمتلكها طيار مقاتل. [شاهد فيديو الذباب يطير مثل الطائرات المقاتلة]

قال الباحث في الدراسة فلوريان مويجريس ، الذي يدرس الميكانيكا الحيوية للطيران والسباحة في جامعة واشنطن في سياتل: "هذه الذباب تتدحرج إلى 90 درجة ، وبعضها مقلوب تقريبًا و [مدش] لزيادة قوتها ، والهروب".

قال الباحثون إن الذباب يمكن أن يغير مساره في أقل من 1/100 من الثانية و [مدش] أسرع 50 مرة من طرفة عين.

إنه طائر ، إنها طائرة ...

أخذ Muijres وفريقه ذباب الفاكهة ، الذي يبلغ حجم حبة السمسم تقريبًا ، ووضعوه في ساحة يمكنهم فيها التجول بحرية. تم تركيز كاميرات التصوير عالية السرعة بمعدل 7500 إطار في الثانية على منتصف الساحة ، حيث تم تركيب جهازي ليزر. تتطلب الكاميرات ضوءًا ساطعًا جدًا لتعمل ، لكن الإضاءة العادية كانت ستعمي الذباب. لذا ، بدلاً من ذلك ، قام الفريق بإغراق الساحة بأشعة الأشعة تحت الحمراء (وهي غير مرئية للذباب والبشر).

عندما تحلق ذبابة عبر الليزر ، فإنها تسببت في ظهور ظل أسود متوسع يشبه حيوانًا مفترسًا أو عائقًا ، مما دفع الذبابة إلى اتخاذ إجراءات مراوغة.

حقق الذباب مآثر مذهلة من خفة الحركة. مع اقتراب الظل الذي يلوح في الأفق ، كان الذباب يميل أجسادهم في صراخ في الجو. عادة ما ترفرف الحشرات بجناحيها 200 مرة في الثانية ، ولكن لتجنب الظل ، كانت قادرة على تغيير الاتجاه بالكاد بأكثر من رفرفة واحدة ، مما أدى إلى دفعها بعيدًا عن الخطر.

وقال مويجريس إن تنفيذ هذه الحركات يجب أن يقوم دماغ الذبابة بعملية حسابية معقدة. وقال: "ربما لا تكون حقيقة أن الذباب يتدحرج إلى الجانب مفاجأة ، لكن المفاجأة هي في الحقيقة مزيج الدقة والسرعة."

ذبابة الفاكهة لها أدمغة صغيرة ، لكنها قادرة على القيام بمناورات طيران أكثر تعقيدًا بكثير من تلك الخاصة بالعديد من الحشرات الطائرة الأخرى. على سبيل المثال ، تمتلك العثة أدمغة أكبر من الذباب ، لكنها تغوص مباشرة في الأرض لتجنب الوقوع في يد الخفافيش.

ما هو أكثر من ذلك ، فإن سلوك الذبابة "سريع جدًا ، وهو فطري تمامًا ، ولا تحتاج الذبابة إلى تعلم كيفية القيام بذلك ،" قال كبير مؤلفي الدراسة مايكل ديكنسون ، عالم الأحياء في جامعة واشنطن. بالضبط كيف ينفذ دماغ الذبابة هذه الأعمال المثيرة هو شيء يخطط الباحثون للتحقيق فيه في الدراسات المستقبلية.

لنمذجة ديناميكيات طيران الذباب ، وضع الباحثون ذبابة آلية عملاقة ، بطول 2 قدم (0.6 متر) ، في وعاء من الزيت المعدني. استخدم العلماء ذباب الروبوت هذا ، الذي يحمل أسماء مثل "RoboFly" من "Bride of RoboFly" لسنوات لدراسة طيران هذه الحشرات على نطاق أوسع بكثير.

بالنظر إلى هذه المعرفة المكتشفة حديثًا عن رحلة الطيران ، ما هي أفضل طريقة لاصطياد ذبابة؟


يكتشف العلماء سبب صعوبة سحق الذباب

(PhysOrg.com) - على مدى العقدين الماضيين ، أجرى الصحفيون مقابلة مع مايكل ديكنسون مئات المرات حول بحثه حول الميكانيكا الحيوية لرحلة الحشرات. لطالما ألاحقه سؤال واحد من الصحافة: لماذا يصعب ضرب الذباب؟

يقول ديكنسون ، أستاذ الهندسة الحيوية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) ، ديكنسون ، "يمكنني الآن الإجابة أخيرًا".

استخدام التصوير الرقمي عالي الدقة وعالي السرعة لذباب الفاكهة (ذبابة الفاكهة سوداء البطن) في مواجهة منشة تلوح في الأفق ، حدد ديكنسون وطالب الدراسات العليا غوينيث كارد سر مناورة الذبابة المراوغة. قبل أن تقفز الذبابة بوقت طويل ، يحسب دماغها الصغير موقع التهديد الوشيك ، ويخرج بخطة هروب ، ويضع ساقيه في الوضع الأمثل للقفز بعيدًا عن الطريق في الاتجاه المعاكس. كل هذا الإجراء يحدث في غضون حوالي 100 مللي ثانية بعد أن يكتشف الذبابة المنشة أولاً.

يقول ديكنسون: "يوضح هذا مدى سرعة دماغ الذبابة في معالجة المعلومات الحسية في استجابة حركية مناسبة".

على سبيل المثال ، أظهرت مقاطع الفيديو أنه إذا كان المنشط النازل - في الواقع ، قرص أسود قطره 14 سم ، يسقط بزاوية 50 درجة باتجاه ذبابة واقفة في وسط منصة صغيرة - يأتي من أمام تطير ، تحرك الذبابة أرجلها الوسطى للأمام وتميل للخلف ، ثم ترفع ساقيها وتمددها لتندفع للخلف. عندما يأتي التهديد من الخلف ، فإن الذبابة (التي لديها مجال رؤية بزاوية 360 درجة تقريبًا ويمكنها الرؤية خلف نفسها) تحرك ساقيها الوسطى إلى الخلف قليلاً. مع وجود تهديد من الجانب ، تحافظ الذبابة على ساقيها الوسطى ثابتة ، لكنها تميل جسدها بالكامل في الاتجاه المعاكس قبل أن تقفز.

يقول ديكنسون: "وجدنا أيضًا أنه عندما تقوم الذبابة بحركات تخطيطية قبل الإقلاع ، فإنها تأخذ في الاعتبار وضع جسمها في الوقت الذي ترى فيه التهديد لأول مرة". "عندما يلاحظ لأول مرة تهديدًا يقترب ، قد يكون جسم الذبابة في أي وضع اعتمادًا على ما كانت تفعله في ذلك الوقت ، مثل الاستمالة أو التغذية أو المشي أو المغازلة. أظهرت تجاربنا أن الذبابة بطريقة ما" تعرف "ما إذا كانت يحتاج إلى إجراء تغييرات وضعية كبيرة أو صغيرة للوصول إلى وضعية الاختبار المبدئي الصحيحة. وهذا يعني أن الذبابة يجب أن تدمج المعلومات المرئية من عينها ، والتي تخبرها من أين يقترب التهديد ، مع المعلومات الحسية الميكانيكية من ساقيها ، والتي تخبرها كيف للتحرك للوصول إلى وضع الاختبار المبدئي المناسب ".

تقدم النتائج نظرة ثاقبة جديدة للجهاز العصبي للذباب ، وتشير إلى أنه يوجد داخل دماغ الذبابة خريطة يتم فيها تحويل موضع التهديد الذي يلوح في الأفق "إلى نمط مناسب لحركة الساق والجسم قبل الإقلاع" ، كما يقول ديكنسون . يقول: "هذا تحول حسي إلى حركي معقد إلى حد ما ، والبحث جار لإيجاد مكان في الدماغ حيث يحدث هذا".

يقترح بحث ديكنسون أيضًا طريقة مثالية لضرب الذبابة بالفعل. يقول: "من الأفضل عدم الضرب في موضع بداية الذبابة ، ولكن بدلاً من ذلك تهدف قليلاً إلى الأمام لتوقع المكان الذي ستقفز فيه الذبابة عندما ترى مضربك لأول مرة".

ستنشر الورقة ، "التخطيط البصري للوساطة الحركية في استجابة الهروب من ذبابة الفاكهة" في 28 أغسطس في المجلة. علم الأحياء الحالي.


لماذا ينجذب الذباب للضوء؟

لا تحتاج إلى أن تكون مراقبًا محترفًا للآفات لتعرف أن الحشرات مثل الذباب تنجذب إلى الضوء. فكر في كل تلك الأوقات التي شاهدت فيها العث والخنافس وغيرها من الحشرات تطير بشكل محموم حول تركيبات الإضاءة ومصابيح الشوارع عندما يكون الجو مظلماً.

ومع ذلك ، فإن الفهم الأكبر لهذا الانجذاب الطبيعي للضوء يمكن أن يساعد في تطوير قتلة أكثر فاعلية للذباب (مصائد الحشرات الخفيفة) وتحسين حلول التحكم في الطيران. يعد البحث في هذا الموضوع ذا أهمية حيوية للشركات في صناعة الأغذية ، مثل معالجة الأغذية وتجارة الأغذية بالتجزئة وحتى الضيافة ، مما يساعدهم على تجنب تفشي الأمراض التي تنقلها الذباب مثل السالمونيلا ، الزحار و التهاب المعدة والأمعاء.

يضم المركز التقني العالمي Rentokil & # 8217s علماء يحققون في فيزياء كيفية تأثير الضوء على الانجذاب البيولوجي للذباب إلى الفخ. ساعد هذا البحث في الكشف عن تقنية LED باعتبارها عامل جذب حشرات أكثر فاعلية من مصادر الضوء التقليدية الأخرى.

عندما يتم دمج تقنية LED مع وحدة فعالة لقتل الذباب ، فإنها توفر فرصة لالتقاط عدد أكبر من الذباب والقضاء عليه أكثر من مصائد الذباب التقليدية الأخرى.

في الواقع ، ساعد هذا البحث وخبرة الفريق التقني شركة Rentokil على تطوير وحدة جديدة للتحكم في الذباب باستخدام تقنية LED لجذب الذباب والقضاء عليه وتغليفه بشكل فعال وصحي.

ما الذي يميز الضوء المنبعث من مصابيح LED والذي يجذب الذباب؟

الطريقة التي ينبعث بها الضوء من مصابيح LED هي سبب جاذبيتها بشكل خاص لبعض الحشرات. تنتج مصابيح LED الأشعة فوق البنفسجية - أ كحزم مكثفة من الضوء ، والتي تخترق الفضاء المحيط أكثر من مصابيح الفوسفور الخفيفة ، على سبيل المثال. ينجذب ذباب المنزل بشكل خاص إلى الأشعة فوق البنفسجية أ لأن عيونهم حساسة للضوء عند هذا الطول الموجي.

لا يوجد تفسير علمي واحد لسبب انجذاب الذباب للضوء. هناك العديد من النظريات التي تقدم تفسيرا محتملا ، كما هو موضح أدناه:

استخدام الضوء للسلامة

بالنسبة لبعض الحشرات ، يمكن اعتبار مصدر الضوء الساطع بمثابة منارة للطوارئ. في حالة الشك ، تتجه هذه الحشرات غريزيًا نحو مصادر الضوء ، والتي يتم وضعها بشكل عام على أرض أعلى من البيئة الخطرة التي توجد فيها حاليًا. يمكن للضوء بالنسبة لبعض الحشرات ، أن يعمل كإشارة أمان مألوفة ، تمامًا مثل فقاعات الهواء التي تقود الطريق إلى قد يساعد سطح الماء للكائنات الأخرى.

استخدام الضوء للملاحة

هناك نظرية أخرى شائعة لجذب الضوء ، وهي أن الحشرات تستخدمها كمساعدات ملاحية. الحشرة التي تطير شمالًا على سبيل المثال ، قادرة على الحكم على اتجاهها من خلال الاحتفاظ بمصدر طبيعي للضوء ، مثل الشمس أو القمر ، على يمينها. تعمل هذه الطريقة بشكل جيد طالما أن مصدر الضوء يظل ثابتًا وعلى مسافة.

ومع ذلك ، إذا واجهت حشرة ضوء الشرفة المتوهج الدائري ، فإنها تصبح مشوشة من مصدرها. يفسر هذا السلوك الغريب للعثة التي تطوق باستمرار مصدر الضوء - فهي تريد غريزيًا إبقاء الضوء على جانب معين من جسمها أثناء التنقل في مسارها.

المحاور الضوئية - عامل جذب للضوء

يُعرف الفرق بين الحشرات التي تنجذب إلى الضوء وتلك التي لا تنجذب إلى ظاهرة تعرف باسم انجذاب ضوئي. بعض الحشرات ، مثل الصراصير أو ديدان الأرض ، لها محور ضوئي سلبي ، مما يعني أنها تنفر من التعرض للضوء. العث والذباب والعديد من الحشرات الطائرة الأخرى لها محور ضوئي إيجابي وتنجذب إليها بشكل طبيعي.

المناظرة العلم

هناك بعض الجدل في المجتمع العلمي حول سبب استمرار حشرة ضوئية إيجابية ، مثل الذبابة ، في التحليق حول مصدر ضوء اصطناعي حتى عندما يصبح الضوء الطبيعي متاحًا. يعتقد البعض أن الحشرة لا تنجذب إلى النور نفسه ، بل إلى الظلام المحيط بها.

يقترح آخرون أن عيون الحشرة ، والتي غالبًا ما تحتوي على عدسات متعددة ، تكافح من أجل التكيف من الضوء إلى الظلام ، مما يجعل الحشرة عرضة للحيوانات المفترسة أثناء التعمية الليلية. في هذه الحالة ، قد تجد الحشرة أن البقاء في الضوء أكثر أمانًا من الطيران بعيدًا وتصبح عمياء جدًا بحيث لا يمكنها الاستجابة للتهديدات والعقبات.

قتلة الذباب وتكنولوجيا LED

تستطيع أبحاث Rentokil & # 8217s إثبات فعالية وحدة التحكم في الذباب Lumnia LED من خلال اختبار قياس نصف العمر القياسي. يمثل مقياس Half-Life الوقت الذي يستغرقه القضاء على 50٪ من الذباب المنطلق في غرفة الاختبار. كلما انخفض مقياس نصف العمر ، زادت فعالية وحدة التحكم في الذباب.

يجب أن يأخذ الحل الفعال للتحكم في الذباب في الاعتبار أيضًا الموضع الصحيح لوحدة الذباب ، بالنظر إلى ما نعرفه عن المحور الضوئي.

يعتبر وضع وحدات التحكم في الطيران فيما يتعلق بمصادر الإضاءة المحلية أمرًا بالغ الأهمية لفعاليتها.

يوضح هذا الفهم المتعمق لكيفية تأثير الضوء على الانجذاب البيولوجي للذباب والحشرات الأخرى إلى وحدة مكافحة الذباب مدى تعقيد قضايا مكافحة الآفات والخبرة والمعرفة والخبرة المطلوبة لمكافحة الذباب بنجاح في أماكن العمل.


مناقشة

أي شخص يسعى إلى كشف المنطق العصبي الكامن وراء عملية التنقل - سواء كان ذلك استجابة خلية إلى تدرج مورفوجين أو رحلة طائر بحري يسترشد بالمجال المغناطيسي للأرض - يواجه الحاجة إلى توصيف استراتيجية التوجيه الأساسية قبل التكهن بها. الأسس الجزيئية والخلوية. PiVR عبارة عن منصة تجريبية متعددة الاستخدامات ذات حلقة مغلقة تم تصميمها لإنشاء حقائق حسية افتراضية قائمة على الضوء من خلال تتبع حركة الحيوانات الصغيرة غير المقيدة التي تخضع لنموذج محدد مسبقًا من البيئة الحسية (الشكل 1). تم إنشاؤه للمساعدة في دراسة سلوك التوجيه ووظائف الدوائر العصبية من قبل العلماء الذين قد لا يكون لديهم خلفية واسعة في البرمجة أو الأجهزة لتخصيص الأدوات الحالية.

منصة تجريبية غير مكلفة وقابلة للتخصيص

قبل تسويق الطابعات ثلاثية الأبعاد الموجهة للمستهلكين وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة الرخيصة مثل Raspberry Pi ، استلزم نموذج الواقع الافتراضي استخدام إعدادات مخصصة تكلف عدة آلاف أو حتى مائة ألف دولار [11 ، 13 ، 18 ، 19]. PiVR هو بديل ميسور التكلفة (500 دولار أمريكي) يتيح للمختبرات التي لا تمتلك خبرة تقنية متقدمة إجراء تجارب واقع افتراضي عالية الإنتاجية. يتم توضيح إجراء إنشاء PiVR بشكل مرئي في S7 Movie. تهدف جميع خطوات البناء إلى أن تكون قابلة للتتبع من قبل أي مستخدم تقريبًا لديه إمكانية الوصول إلى محطة لحام وطابعة ثلاثية الأبعاد. بروتوكول مفصل خطوة بخطوة متاح على موقع مخصص (www.pivr.org).

يعتمد إنشاء حقائق افتراضية واقعية غامرة بشكل حاسم على تكرار التحديث وزمن انتقال نظام الحلقة المغلقة. الحد الأقصى لتكرار التحديث يتوافق مع الحد الأقصى لمعدل الإطارات المستدام الذي يمكن للنظام دعمه. وقت استجابة التحديث هو زمن الانتقال بين إجراء الموضوع الذي تم اختباره وتنفيذ تغيير في بيئة الواقع الافتراضي. في ظروف العمل العادية ، يمكن استخدام PiVR بتردد تحديث يصل إلى 70 هرتز مع زمن انتقال أقل من 30 مللي ثانية (S2 الشكل). تشبه هذه الخصائص تلك المستخدمة بشكل روتيني لاختبار استجابات الحركة البصرية مع تدفق العرض المرئي أثناء سلوك المشي في الحشرات [21] ، وبالتالي ضمان ملاءمة PiVR لمجموعة واسعة من التطبيقات.

تتطلب أدوات علم البصريات الوراثي المختلفة إثارة بأطوال موجية مختلفة تتراوح من الأزرق إلى الأحمر العميق [26،51،52]. تمكن نمطية PiVR المجرب من تخصيص نظام الإضاءة لأي نطاق طول موجي. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب الحيوانات المختلفة مستويات مميزة من شدة الضوء لضمان اختراق الضوء الكافي في الأنسجة الشفافة والمعتمة. على الرغم من استخدام 5 ميكرواط / مم 2 من الضوء الأحمر لتنشيط الخلايا العصبية الموجودة في أجزاء الساق من الذباب البالغ باستخدام Cs Chrimson [38] ، فإن 1 μW / مم 2 يكفي لتنشيط OSNs شبه الشفافة ذبابة الفاكهة يرقة (الشكل 2). في نسخته القياسية ، يمكن أن ينبعث PiVR شدة الضوء الأحمر تصل إلى 2 ميكرواط / مم 2 وكثافة الضوء الأبيض تصل إلى 6800 لوكس - وهو نطاق كافٍ لمعظم التطبيقات في الحيوانات الشفافة (الشكلان 2 و 4). بالنسبة للحيوانات ذات البشرة غير الشفافة ، فقد ابتكرنا إصدارًا عالي الطاقة من نظام الإضاءة الخلفية الذي يوفر شدة تصل إلى 22 ميكرون / مم 2 (525 نانومتر) و 50 ميكرون / مم 2 (625 نانومتر) (الشكل 3 و S1D الشكل) . بالنظر إلى أن الإضاءة التي تبلغ 50 μW / مم 2 تقترب من حدود سلامة العين LED (اللجنة الكهروتقنية الدولية: 62471) ، فمن غير المرجح أن يرغب المجربون في تجاوز هذا النطاق للتطبيقات الشائعة في المختبر.

استكشاف سلوك التوجيه من خلال نماذج الواقع الافتراضي

من خلال الاستفادة من أحدث التطورات في علم الوراثة الجزيئي والهندسة الحيوية [1] ، يمكن إنشاء المنبهات الحسية الافتراضية عن طريق التعبير عن أدوات علم البصريات الوراثي في ​​الخلايا العصبية المستهدفة للجهاز العصبي المحيطي للحيوان. في هذه الدراسة ، تم استخدام PiVR للانغماس ذبابة الفاكهة في التدرجات الحسية الكيميائية الافتراضية (الشكلان 2 و 3). في التطبيق الأول ، قمنا بتحفيز OSN واحد من ذبابة الفاكهة اليرقات مع Cs Chrimson. تم استنساخ سلوك البحث الجذاب الناجم عن مصدر واحد لرائحة حقيقية (الشكل 2Di) في تدرج ضوئي أسي (الشكل 2Ei). للكشف عن الدقة التي توجه بها اليرقات دورها نحو التدرج اللوني ، تم اختبار اليرقات في منظر طبيعي للرائحة الافتراضية مع شكل بركان (الشكل 2Fi).

يتحرك الذباب البالغ أسرع من اليرقات بحوالي 10 مرات. لقد أنشأنا قدرة PiVR على غمر الذباب المتحرك بحرية في تدرج ظاهري للطعم المر (الشكل 3 ب). على عكس الاستجابات الجذابة الناتجة عن الروائح الافتراضية الشهية في اليرقة (الانجذاب الكيميائي الإيجابي) ، أنتج الطعم المر سلوكًا مكروهًا قويًا (فيلم S5). أظهر تحليل مترابط للبيانات المسجلة باستخدام PiVR أن السلوك المكروه للذباب البالغ مشروط جزئيًا على الأقل بتعديل سرعة الحركة للحيوان: يتم تعزيز البحث العشوائي عند اكتشاف المر (الافتراضي) ، في حين يتم تقليل الحركة بشكل كبير عند الراحة الحسية . كما هو موضح في الشكل 3 ، يوفر PiVR إطارًا لاستكشاف وجود آليات أخرى تساهم في توجيه الذباب الذي يعاني من تدرجات الذوق. يضيف هذا النهج إلى الدراسات السابقة لتأثيرات التحفيز البصري الوراثي لنظام الطعم المر على الملاحة المكانية [38] وسلوك التغذية [53].

يتحرك الزرد خلال نوبات السباحة المنفصلة. كان وقت حلقة PiVR قصيرًا بدرجة كافية للارتقاء إلى مستوى تحدي التتبع الذي تشكله الطبيعة المنفصلة لحركة الأسماك (الشكل 4 ب). تم استنباط السلوك الضوئي الحقيقي في يرقات الزرد لعدة دقائق بناءً على التغيرات الزمنية الخالصة في شدة الضوء الخالية من الاختلافات ثنائية العين والمكون البانورامي. من خلال إعادة إنشاء مناظر طبيعية طبيعية [45] ، يكمل السلوك المسجل بواسطة PiVR في التدرجات الضوئية الغاوسية (الشكل 4) الدراسات السابقة التي تتميز باستخدام أقراص ضوئية منفصلة [46] والتحفيز غير المتماثل المحلي [54]. أيد التحليل المترابط للمدخلات الحسية والمخرجات السلوكية فكرة أن المحور الضوئي الإيجابي في الأسماك يمكن أن ينشأ من تعديل معدل الدوران من خلال التغييرات المكتشفة في شدة الضوء (الشكل 4 و 4 ح) دون أن ينطوي بالضرورة على انحراف نحو الضوء. التدرج (الشكل 4J). تشترك إستراتيجية التوجيه هذه في أوجه التشابه مع الزيادة غير الاتجاهية في النشاط الحركي ("الحركة الضوئية المظلمة") التي تعقب فقدان الإضاءة المفاجئ [55،56]. مجتمعة ، تثبت نتائجنا أن PiVR مناسبة لإجراء تحليل مفصل للقواعد الحسية التي توجه سلوك التوجه الجذاب والمكروه في الحيوانات الصغيرة ذات الخطط الجسدية المميزة والخصائص الحركية.

الآفاق

على الرغم من أن هذه الدراسة ركزت على التنقل الحسي ، إلا أن PiVR مناسبة بشكل متساوٍ للتحقيق في الدوائر العصبية [4] من خلال التلاعب البصري الوراثي. لتحديد التوصيلية ووظيفة عناصر الدائرة ، يقوم المرء عادة بمعالجات وظيفية حادة أثناء السلوك. يسمح PiVR بالعرض المعتمد على الوقت أو المعتمد على السلوك لمحفزات الضوء لإنتاج مكاسب خاضعة للرقابة للوظائف. يعد استخدام إعدادات متعددة بالتوازي مثالياً لزيادة إنتاجية الشاشات السلوكية - تكفي ميزانية قدرها 2000 دولار أمريكي لبناء أكثر من خمسة أجهزة. إذا رغب المجرب في تحديد قواعد التحفيز المخصصة - إطلاق وميض ضوئي كلما توقف حيوان عن الحركة ، على سبيل المثال - يمكن تنفيذ هذه القاعدة بسهولة بواسطة PiVR على الحيوانات المفردة. بالنسبة لأنماط التنبيه الضوئي التي لا تعتمد على سلوك الحيوان - التنبيه بسلسلة منتظمة من نبضات الضوء القصيرة ، على سبيل المثال - يمكن تسجيل مجموعات من الحيوانات في نفس الوقت. في تكوينها القياسي (الشكل 1 أ) ، فإن دقة مقاطع الفيديو المسجلة باستخدام PiVR كافية لتحقيق التتبع الفردي لسلوك المجموعة من خلال التحليل خارج الخط باستخدام خوارزميات متخصصة مثل idtracker.ai [25] (S2Bi Fig). حتى بالنسبة للحيوانات الصغيرة مثل الذباب ، يمكن تسجيل مقاطع فيديو ذات جودة جيدة بشكل مدهش من خلال تجهيز كاميرا جهاز اقتران الشحن (CCD) من PiVR ببصريات مناسبة (فيلم S8).

حتى وقت قريب ، كان على علماء أعصاب الأنظمة تصميم وبناء تجهيزاتهم الخاصة لفحص وظيفة الدوائر العصبية ، أو كان عليهم تكييف الأنظمة الحالية التي غالبًا ما كانت باهظة الثمن ومعقدة. لحسن الحظ ، استفاد مجالنا من نشر سلسلة من الأدوات القابلة للتخصيص لتصميم وإجراء التحليل السلوكي. تتم مراجعة خصائص الأدوات الأكثر تمثيلاً في جدول S2. يعتبر جهاز ethoscope حلاً فعالاً من حيث التكلفة يعتمد على استخدام كمبيوتر Raspberry Pi [23] ، ولكنه لم يتم تصميمه لإنشاء حقائق افتراضية. يمكن استخدام العديد من الحزم الأخرى لتتبع الحيوانات في الوقت الفعلي على منصة كمبيوتر خارجية. على سبيل المثال ، Bonsai هو إطار برمجة مرئية مفتوح المصدر لاكتساب تدفقات البيانات ومعالجتها عبر الإنترنت لتسهيل وضع النماذج الأولية للتجارب السلوكية المتكاملة [57]. يمكن لـ FreemoVR إنتاج حقائق بصرية افتراضية ثلاثية الأبعاد مثيرة للإعجاب [11]. Stytra عبارة عن حزمة برامج قوية مفتوحة المصدر مصممة لإجراء تجارب سلوكية خاصة في أسماك الزرد مع إمكانات التتبع في الوقت الفعلي [22]. كما هو موضح في مقارنات جدول S2 ، يكمل PiVR هذه الأدوات من خلال اقتراح حل متعدد الاستخدامات لتنفيذ تتبع الحلقة المغلقة بأداء زمن انتقال منخفض. يتمثل أحد قيود PiVR في أنه ينتج تغيرات زمنية متجانسة بحتة في شدة الضوء دون أي مكون مكاني. نظرًا لتكاليف الإنتاج المنخفضة وبساطة تصميم الأجهزة والوثائق التفصيلية ، يمكن تجميع PiVR بسهولة بواسطة أي مختبر أو مجموعة من طلاب المدارس الثانوية الذين لديهم إمكانية الوصول إلى طابعة ثلاثية الأبعاد. لهذه الأسباب ، تمثل PiVR أداة مفضلة لجعل تجارب الواقع الافتراضي القائمة على الضوء في متناول التجريبيين الذين قد لا يميلون تقنيًا.

نتوقع أن يستمر الأداء (S1 Fig) ودقة PiVR (الطرق) في التحسن في المستقبل. تاريخيًا ، تم إصدار إصدار جديد وأسرع من كمبيوتر Raspberry Pi كل عامين. في المستقبل القريب ، قد ينخفض ​​وقت معالجة الصورة لـ PiVR إلى بضعة أجزاء من الألف من الثانية ، مما يدفع التردد إلى ما يزيد عن 70 هرتز. بعد التطوير الموازي للتقنيات المعدلة وراثيًا في أنظمة النماذج الجينية غير التقليدية ، يجب أن يكون من الممكن الاستفادة من استخدام أدوات علم البصريات الوراثي في ​​أي نوع تقريبًا. على الرغم من تطوير PiVR للحيوانات التي لا يزيد قياسها عن بضعة سنتيمترات ، إلا أنه يجب أن يكون قابلاً للتطوير بسهولة لاستيعاب التجارب مع الحيوانات الكبيرة مثل الفئران والجرذان. جنبًا إلى جنب مع FlyPi [58] و Ethoscope [23] ، تمثل PiVR تقنية ذات حاجز منخفض من شأنها تمكين العديد من المختبرات لتوصيف أنماط ظاهرية سلوكية جديدة ودراسة وظائف الدوائر العصبية بأقل قدر من الاستثمار في الوقت وأموال البحث.


المواد والأساليب

يطير

تم إجراء جميع التجارب على أنثى ذباب الفاكهة المتزاوجة البالغة من العمر 3 أيام ، ذبابة الفاكهة سوداء البطن Meigen ، تم اختياره من مجموعة مختبرية تنحدر من 200 أنثى تم صيدها من البرية. تم الحفاظ على الذباب عند 25 درجة مئوية والرطوبة المحيطة (20-40 ٪) على 16 ساعة: 8 ساعات من الضوء: دورة مظلمة. قبل يوم واحد من إجراء كل تجربة تجريبية ، قمنا بتخدير الذباب على طبق بارد عند 4 درجات مئوية. تم قص أجنحة الذباب بين الأوردة المتقاطعة الأولى والثانية ، أي ما يقرب من نصف طول الجناح. إذا تم إعاقة إحساس الجاذبية بالذبابة ، فقد تم ذلك أيضًا في هذا الوقت ، عن طريق تثبيت المفصل بين مقطعي الهوائي الثاني والثالث باستخدام غراء معالج بالأشعة فوق البنفسجية (Budick et al. ، 2007). سمح للذباب بالتعافي مع الطعام طوال الليل ثم حرم من الطعام ، ولكن ليس الماء ، 10-14 ساعة قبل إجراء التجارب. تم إجراء جميع التجارب خلال ذروة المساء في دورة النشاط اليومي (Shafer وآخرون ، 2004). تم وضع الذباب في قوارير فردية بمصدر للمياه وسمح له بالتأقلم مع مستويات الضوء التجريبية لمدة 30 دقيقة على الأقل قبل التجارب. تم استخدام كل ذبابة مرة واحدة فقط ، وتألفت جميع التجارب من ذبابة واحدة مسجلة لمدة 10 دقائق.

ساحة للمشي

من أجل دراسة سلوك الذباب الذي يستكشف بيئة معقدة من الناحية الطوبولوجية ، قمنا بتطوير ساحة كبيرة للمشي الحر. تتكون الساحة من قرص أسود بقطر 24.5 سم محاط ببانوراما أسطوانية بإضاءة خلفية بطول 24.5 سم من المربعات السوداء العشوائية مع احتمال ملء بنسبة 50٪ مما وفر حافزًا بصريًا للخلفية (الشكل 1 أ). كما يُرى من وسط الساحة ، يقابل كل مربع 5 درجات. تمت إضاءة الورقة المطبوعة بالبانوراما بمصفوفة دائرية من ثمانية مصابيح هالوجين بقوة 35 وات (الشكل 1 ب). تم الحفاظ على الذباب داخل الحلبة باستخدام حاجز حراري ، والذي ثبت أنه أسهل في التنظيم وأكثر فاعلية من خندق مائي أو جدار مغطى بـ Fluon ™ (بيانات غير منشورة A.A.R. و M.H.D.). اقتربت معظم الذباب من الحاجز الحراري وأبعدت التجارب النادرة التي هرب فيها الذباب بالفعل فوق الحاجز قبل نهاية تجربة العشر دقائق. تم استخدام نسختين من الحلبة في هذه التجارب بسبب التحسينات المنهجية التي تم إجراؤها أثناء الدراسة. تم تجهيز الساحة 1 بحاجز حراري مسخن بالماء ونظام تبريد سلبي (الشكل 1 ج) بينما تم تجهيز الساحة 2 بحاجز حراري مسخن كهربائيًا ونظام تبريد نشط (الشكل 1 د). على الرغم من أن كلا النظامين يعملان ، إلا أن تصنيع النظام الكهربائي النشط أسهل ويسمح بتحكم أكثر دقة في درجة حرارة السطح. تم إجراء جميع التجارب في الساحة 2 ما لم يذكر خلاف ذلك. في جميع الحالات التي أجريت فيها علاجات متطابقة في الساحتين 1 و 2 ، تحققنا من أن البيانات لا يمكن تمييزها وتم تجميع النتائج في التحليل اللاحق.

في الساحة 1 (الشكل 1 ج) ، كان الحاجز الحراري بارتفاع 0.64 سم حول المنصة. وتتكون من حجرة أسطوانية من الألمنيوم مسخنة بماء معاد تدويره 55 درجة مئوية. كان سطح الألمنيوم المطلي المواجه للساحة

38 درجة مئوية. مجموعة من أربعة مراوح CPU (وحدة معالجة الكمبيوتر) تنفخ هواء الغرفة على قاع أرضية ساحة الأكريليك تحافظ بشكل سلبي على درجة حرارة الأرضية. كان ملف تعريف درجة حرارة سطح أرضية الحلبة 24 درجة مئوية في المركز وارتفع تدريجياً إلى 26 درجة مئوية على مسافة 2 سم من الحاجز الحراري ، وبعد ذلك ارتفعت درجة الحرارة بسرعة إلى 30 درجة مئوية كما تم قياسها بواسطة مزدوج حراري.

جهاز تجريبي. (أ) عرض من أعلى إلى أسفل للساحة مع بانوراما بإضاءة خلفية. الحاجز الحراري مصور باللون الأحمر. (ب) عرض جانبي تخطيطي لإعداد التصور الذبابة. مصابيح LED القريبة من الأشعة تحت الحمراء (الثنائيات الباعثة للضوء) المركبة بالكاميرا فوق الساحة ، واثنين من مصابيح الهالوجين الثمانية المرتبة في مصفوفة دائرية. (ج) مقطع عرضي عمودي تخطيطي للساحة 1 مع تبريد سلبي. يؤدي إعادة تدوير الماء الساخن إلى تسخين الحاجز الحراري ، كما تعمل أربعة مراوح لوحدة المعالجة المركزية على تبريد منصة المشي (تم تصوير واحدة فقط). (د) مقطع عرضي عمودي تخطيطي للساحة 2 مع تبريد نشط. الحاجز الحراري عبارة عن شريط من الصلب المجلفن ملفوف في سخان حبل ومعزول عن منصة المشي بطبقة من النيوبرين. يتم تبريد منصة المشي بشكل نشط بواسطة مجموعة يتم التحكم فيها بواسطة PID من أربع وحدات كهروحرارية مع أحواض حرارة مبردة بالماء (تم تصوير واحدة فقط). (هـ) الترتيبان للمخاريط في الحلبة. تظهر أرضية الحلبة باللون الرمادي لأغراض التوضيح فقط تم طلاء الأرضية والأقماع باللون الأسود غير اللامع. (F) اصطلاح رمز اللون المستخدم للمخاريط ذات المساحة السطحية الجانبية المتساوية. الزاوية بين القاعدة والسطح الجانبي والارتفاع موضحة أسفل كل مخروط.

جهاز تجريبي. (أ) عرض من أعلى إلى أسفل للساحة مع بانوراما بإضاءة خلفية. الحاجز الحراري مصور باللون الأحمر. (ب) عرض جانبي تخطيطي لإعداد التصور الذبابة. مصابيح LED القريبة من الأشعة تحت الحمراء (الثنائيات الباعثة للضوء) المركبة بالكاميرا فوق الساحة ، واثنين من مصابيح الهالوجين الثمانية المرتبة في مصفوفة دائرية. (ج) مقطع عرضي عمودي تخطيطي للساحة 1 مع تبريد سلبي. يؤدي إعادة تدوير الماء الساخن إلى تسخين الحاجز الحراري ، كما تعمل أربعة مراوح لوحدة المعالجة المركزية على تبريد منصة المشي (تم تصوير واحدة فقط). (د) مقطع عرضي عمودي تخطيطي للساحة 2 مع تبريد نشط. الحاجز الحراري عبارة عن شريط من الصلب المجلفن ملفوف في سخان حبل ومعزول عن منصة المشي بطبقة من النيوبرين. يتم تبريد منصة المشي بشكل نشط بواسطة مجموعة يتم التحكم فيها بواسطة PID من أربع وحدات كهروحرارية مع أحواض حرارة مبردة بالماء (تم تصوير واحدة فقط). (هـ) الترتيبان للمخاريط في الحلبة. تظهر أرضية الحلبة باللون الرمادي لأغراض التوضيح فقط تم طلاء الأرضية والأقماع باللون الأسود غير اللامع. (F) اصطلاح رمز اللون المستخدم للمخاريط ذات المساحة السطحية الجانبية المتساوية. الزاوية بين القاعدة والسطح الجانبي والارتفاع موضحة أسفل كل مخروط.

في الساحة 2 (الشكل 1 د) ، كان الحاجز الحراري مغمورًا بالسطح العلوي لأرضية الملعب. يتكون من شريط بسمك 0.2 مم وعرض 24 مم من الفولاذ المجلفن ملفوف بمسخن حبل كهربائي رفيع (OmegaLux ، Stamford ، CT ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، مدعوم بمحول تيار متردد متغير (Staco ، Dayton ، OH ، الولايات المتحدة الأمريكية) في حلقة مفتوحة . تم عزل أرضية الملعب عن الحاجز الحراري بشريط رفيع من النيوبرين. تم بناء أرضية الملعب من صفيحة ألمنيوم بسمك 0.6 سم مع أربع وحدات كهروحرارية دائرية (TE Technology ، Inc. ، Traverse City ، MI ، الولايات المتحدة الأمريكية) مثبتة في الجانب السفلي ، كل منها بمبادل درجة حرارة مبرد بالماء. يوفر الثرمستور ، المركب في وسط الجانب السفلي من الأرض ، مدخلات إلى وحدة تحكم مشتقة متكاملة (PID) تقود أربع وحدات TE بالتوازي مع نقطة محددة تبلغ 25 درجة مئوية. The surface temperature of the arena floor varied by less then 1°C as measured by a non-contact infrared thermometer (OmegaScope, Stamford, CT, USA).

Flies were introduced into the arena by placing them into a black vial with a neck that fitted securely into a 3 mm hole in the arena floor. Each fly was allowed to crawl up the vial and out onto the surface of the arena, thereby avoiding the effects of mechanical agitation caused by aspirating flies with a mouth pipette. After the fly entered the arena, the hole was plugged with a stopper that was flush with the arena floor. Flies that did not enter the arena within 1 min were discarded. Of the 191 individual trials attempted for this study with this loading method, only 11 flies (6%) failed to enter the arena by crawling up and out of the black vials. Thus, there is no evidence that our data are biased by inadvertently selecting against flies with weak gravitaxis behavior. In trials using flies that had their antennae manipulated (which do exhibit reduced negative-gravitactic response) we gently tapped the animals into the arena from above. The floor of the arena was washed with detergent and rinsed between each trial.

Fly visualization and tracking

Data were collected using a digital camera mounted 48 cm above the arena floor with a 720 nm high pass optical filter (R72, Hoya Huntington Beach, CA, USA Fig. 1B). The flies were visualized using near-IR (infrared) light, which reflects well off of the fly's cuticle, and the arena floor was painted matte black to maximize contrast. In Arena 1, we used a camera (Scorpion, Point Grey, Richmond, BC, Canada) with 1600×1200 pixel resolution. Image stacks were collected at 10 frames s −1 and analyzed in real time by a custom software program developed in MATLAB (Mathworks, Waltham, MA, USA). In Arena 2, we used a camera with 1280×1024 pixel resolution (A622F, Basler, Exton, PA, USA). Using this camera, images were collected at 20 frames s −1 and analyzed in real time using Motmot, open source camera software written in Python, using the FlyTrax plug-in (Straw and Dickinson, 2009). Both tracking programs determined the fly's two-dimensional (2-D) position and body orientation with 180 deg ambiguity based on background subtraction. The images of the flies in our movies are approximately ten pixels long and five pixels wide. For each frame, cropped images of a 100×100 pixel region around the fly (used for testing automated algorithms) were saved along with the 2-D coordinates of the fly, body axis angle and a time stamp. A single full resolution image of the arena was also saved. All data were collected in Arena 2 unless otherwise noted.

Empty arena

To examine the role of visual input on basic locomotor activity, 66 individual flies were tracked within an empty arena (i.e. void of the conical objects), surrounded by the random checkerboard panorama. Half the flies were tested under lit conditions (450 lux measured at the center of the arena) and half tested in complete darkness. To achieve these conditions, we replaced the translucent cylinder with an opaque black cylinder and all ambient light was eliminated from the room (measured illuminance ≤1 lux). Example trajectories and speed profiles are shown in Fig. 2A,B. We present examples that are representative of the data and have an arena crossing in the fifth minute in order to show the difference in the speed profiles of flies in light عكس dark conditions.

Arena with objects

To test the effect of a more complex topology on the flies' exploratory behavior, we placed four right angle cones of equal lateral surface area but of differing heights and slopes in the arena. The geometric dimensions of these cones and the color code that will be used throughout the paper to identify cone type are shown in Fig. 1F. Under these conditions, we performed 45 trials (20 in Arena 1 and 25 in Arena 2). Each object (painted black to match the floor and allow visualization of the flies while they were on the object) was placed in one of four fixed locations, making a square within the arena, but the relative order was randomized between trials (Fig. 1E). The objects were washed with detergent and rinsed between trials. To test whether the assessment of the objects by the flies was absolute or relative, in one set of experiments we removed the tallest, steepest object and arranged the cones in the same grid leaving one spot empty (Fig. 1E) in 24 trials. To test the role of visual input on object exploration we performed another 45 trials in complete darkness (20 in Arena 1 arena and 25 in Arena 2). Example trajectories and speed profiles are shown in Fig. 2C,D. To test the role of gravitational sensation on object exploration we performed 40 trials with flies whose antennae were immobilized at the joint between the second and third segments. Finally, to test the combined effect of the sensory manipulations, we performed 40 trials using flies with immobilized antennae in complete darkness.

Example trajectories and corresponding velocity plots. Each 10 min trajectory is plotted in gray with the fifth minute plotted in black. The speed profile for that same period is plotted on the right. Trials run in darkness are shown with a gray background. In trajectories with cones present, the footprint of each cone is indicated according the color scheme in Fig. 1F. Representative traces where chosen for the following cases: (A) empty arena with lights on, (B) empty arena in darkness, (C) four cones with lights on, and (D) four cones in darkness.

Example trajectories and corresponding velocity plots. Each 10 min trajectory is plotted in gray with the fifth minute plotted in black. The speed profile for that same period is plotted on the right. Trials run in darkness are shown with a gray background. In trajectories with cones present, the footprint of each cone is indicated according the color scheme in Fig. 1F. Representative traces where chosen for the following cases: (A) empty arena with lights on, (B) empty arena in darkness, (C) four cones with lights on, and (D) four cones in darkness.

تحليل البيانات

The positional and orientation data were recorded in real time but were post-processed using custom software written in Python (www.python.org) and MATLAB (Mathworks, Waltham, MA, USA). All trials were reviewed by examining the stored video record with the tracking data superimposed. Any trials with gross tracking errors (e.g. fly position was lost) were discarded and not included in the enumeration of trial numbers used for analysis. Of 266 trials recorded for this study, only six were discarded for tracking errors.

For each trial with cones present, the locations of the cones were digitized and used to determine the periods of the trial in which a fly was exploring each cone. Because of the cone steepness and the central position of the camera, flies exploring the far side of a cone could have been incorrectly classified as ‘off cone’ with the use of a simple digitization based on the footprint of the cone. To prevent this, the digitized footprint was expanded such that a fly whose center did not appear to be within the footprint of the cone, but was indeed on the cone was correctly classified as ‘on cone’. The assignment of ‘on’ or ‘off’ cone was manually checked against the saved video for each trial.

In trials without cones present or ‘off’ cone, the 2-D position of the fly was smoothed with a Kalman smoother (Kevin Murphy's Kalman filter MATLAB toolbox) and used to calculate translational speed and total distance traveled. For trials with cones present, we calculated the 3-D position of the fly on the cones using the tracked 2-D positions, a model of the 3-D structure of the arena, and a standard pinhole camera model. The 3-D model of the arena was created from the known geometry of the arena and cones and hand digitization of the cone positions in each trial. The surface of this model was extruded by 1 mm as an approximation for flies' own height above the floor. Through each 2-D fly position on the calibrated image plane of the camera, we projected a ray (from the 3-D location of the pinhole camera model center) and intersected it with the extruded 3-D model of the arena to find the estimated 3-D position of the fly. We calculated the 3-D positions for a second time with a fly height of 2 mm and used the magnitude of the difference between the two z-position data sets as an estimate of the error in the 3-D positions. The 3-D position of the fly was smoothed with a Kalman smoother using the error estimate to assign the uncertainty in the observation data. We evaluated the quality of the 3-D position estimates on the tallest, steepest cone (and the stop–walk assignment described below) by recording simultaneously with a second camera mounted directly over this cone, and found that both the 3-D estimate and stop–walk assignment were accurately determined.

The temporal structure of the flies' locomotor activity can be coarsely modeled as discrete bouts of walking and stopping (Martin, 2004). We manually assigned walks and stops in a subset of data (both ‘on’ and ‘off’ cone) based on the small format images. Using these classifications as ground truth, we defined stops and walks based on velocity (3-D velocity when ‘on’ cone) using a dual threshold: when the velocity was above the high threshold (2.5 mm s −1 ) the fly was classified as walking and when the velocity was below the low threshold (1 mm s −1 ) the fly was classified as stopped. When the velocity was between the two thresholds it maintained its previous classification until the second threshold is crossed. This Schmitt trigger avoids rapid changes in classification caused by a single threshold based definition. We also defined the minimum walk duration to be 0.1 s (two frames at 20 frames s −1 ) to avoid misclassifying as walks the transient center of mass movements associated with grooming. We defined the minimum stop duration to be 0.1 s to avoid incorrectly assigning as stops the brief decrease in translational speed associated with sharp turns and pauses. Using these criteria, we determined the percentage of time each fly spent walking or stopped and the duration of each walk and stop bout, as well as the mean and maximum translational speeds during each walk bout. We set a maximum walking speed threshold of 50 mm s −1 to filter out rare events in which the wing-clipped flies jumped within the arena. ‘On’ cone locomotor activity statistics were only calculated for trials performed in Arena 2, in which we estimated 3-D velocity. Additionally, we used the estimated fly z-positions to determine the height at which each stop was performed when the flies were ‘on’ cone.

The body orientation ambiguity was resolved using a variation of the Viterbi algorithm in which orientation flips and walking rapidly backwards were penalized (Branson et al., 2009), and we then calculated mean angular speed during walking periods. Using a method for estimating position and orientation error based on trajectory segments of constant velocity (Branson et al., 2009), we found the orientation tracking error to be 1.5 degrees for the ‘off’ cone data. As can be seen in supplementary material Movies 1 and 2, the orientation tracking is highly accurate and it is unlikely an expert human could do better.

إحصائيات

Much of our data were not normally distributed (nor transformable to normal distribution) therefore, throughout the paper we present the distribution of results using box-and-whisker plots in which the central line (colored magenta when on a colored background) indicates the median, the box outlines the interquartile range of the data, and the whiskers encompass the range from minimum to maximum value, excluding any outliers. Outliers (indicated by a small cross) are values that are more than 1.5 times the interquartile range below or above the 25th or 75th percentiles, respectively.

We used various statistical tests in the analysis of our data depending upon the assumptions of the tests met by the data, we always used the most powerful test possible. If the data were independent and normal, we used a heteroscedastic ر-اختبار. If the data were independent but any of the sets being compared were not normal, then we used a Mann–Whitney يو-اختبار. In some cases our data were not independent because a fly can only be in one location of the arena at a time. If the data were not independent we used a Wilcoxon signed rank test, and finally if the data had a large number of tied scores we used a Kolmogorov–Smirnov test. Neither the Wilcoxon or Kolmogorov–Smirnov tests require that the data be normal. In all cases where data were being compared multiple times we used a Bonferroni correction for multiple comparisons to adjust the ص-value appropriately. All statistical analysis was performed using SPSS (SPSS Inc, Chicago, IL, USA).

To report the results of our significant tests we use a letter code where the groups labeled with the same letter are not significantly different. A group can have more than one label which indicates that it is not significantly different from any of the groups also labeled with any of those letters. For experiments with cones present, we compared the results of the experiments within a trial type, comparing effect of cone type in a given trial condition. Throughout the paper we indicate the results of داخل trial type hypothesis testing with black أحرف صغيرة letters. For example, the results of comparing the encounter rates in Fig. 5B are indicated with lowercase letters showing that the blue, green and yellow cones are not significantly different, nor are the yellow and orange cones, e.g. the blue and green cones are significantly different than the orange cone. When multiple trial conditions were tested (such as different sensory manipulations) we also compared the results across trial type, comparing effects of trial conditions on the response to each cone type. We denote the results of عير trial type hypothesis testing with uppercase letters (colored to highlight which cone type is being compared). We only compare the same cone type across different trial conditions. For example, the results of comparing the percentage of time spent on the blue cone across trials with different sensory manipulations in Fig. 7 are indicated with uppercase blue letters showing that panels A, B and D are significantly different, but panel C is not significantly different from panel A or B.


ELI5: How are there not billions of fruit flies all over the grocery store?

I bring home a couple peppers and an onion, now a couple weeks later I have tons of fruit flies in my house. What does the grocery store do to keep them from infesting?

Fruit flies generally go after rotten fruit, not regular fruit, because then they can get through its peel or rind to lay and hatch eggs on the nutritious sugary part. The rents and tear in rotting fruit allow the insides to gives off gasses and esters that strongly attract them. Then their eggs hatch and they breed very quickly, taking only a few days to mature into flies that buzz around the area.

Supermarkets do their best to remove damaged or rotten fruit as quickly as possible, and they usually have a very high turnover of produce so nothing sits around and goes bad like the apple that fell behind the bowl out of site (Edit: sight sheesh!) or the pepper that was mishandled and cracked open on the wall-facing side of the counter.

Traffic is also very high unlike areas of our house. The minute the produce section guy spots a few fruit flies buzzing around something, they get rid of it to avoid disgusting their customers. The produce department is not left unattended for the hot part of a full day, unlike our kitchens or larders when we're at work.


Recommended Cluster Fly Control Products

Insecticide Concentrates

  • LambdaStar UltraCap 9.7 is a long term residual and does not break down easily outside on wall surfaces.
  • It is odorless and does not leave a stain.
  • LambdaStar UltraCap 9.7 can be used as a perimeter treatment.
  • Other encapsulated products that are long term and low odor are, D-Fense SC and Cyzmic CS
  • Cyper WSP or Demon WP with Cypermethrin are orderless products, but will leave a visible residue seen against dark surfaces.
  • Cyper WSP is not labeled for ground, broadcast spraying.

Insecticide Dusts

You can also use a dust D-Fense Dust. Dust this into all cracks and crevices. The dust will flow into the void areas. Pay attention to the west and south walls and caulk any openings.

Insecticide Aerosols

Use aerosols with pyrethrins such as: CB-80 or PT 565, These are pyrethrum contact aerosols that can be used as space sprays to kill on contact. Spray lightly and repeat spray as needed.

Identifying the Cluster Fly (Pollenia rudis)

The cluster fly averages between 1/4 to 3/8 inch long. They are dark gray, never metallic blue or green. When crushed, they give off an odor like buckwheat honey. Cluster flies closely resemble house flies, but they are usually larger and have a yellowish sheen on the thorax. They move slowly. They gather in cluster or large numbers, particulary around windows.

Biology and Habits of Cluster Flies

The cluster fly is a parasite of earthworms and breeds outdoors in lawns and fields during the spring and summer. You can find cluster flies almost everywhere in the United States and Canada, except for the Southern states bordering the Gulf of Mexico. They do not cause a health concern, because they do not lay their eggs in human food.

Female Cluster Flies lay their eggs in cracks in the soil, which hatch in three days. The larvae use earthworms as a food source. The larvae feed for about 22 days. After that, they go into the pupae stage, which lasts 11-14 days before emerging as adults. Adult flies feed on flowers. There are about four generations hatched per summer.

When fall approaches, the cluster flies begin to enter structures in large numbers. Problems with cluster flies begin in late August as they move to winter quarters to over-winter. The cluster fly is seeking warm sites with protective cracks for shelter, crawling back as far as they can get. It is important to consider treatment before this happens.

Cluster flies have been known to squeeze around the edges of windows that are weather-proofed. As the number of cluster flies attracted to the building increases, large clusters of flies huddle inside wall voids, attics, and false ceilings. Most infestations occur in the upper regions of buildings, such as the attics of homes. In multi-story buildings, the cluster flies can be found in the upper two or three floors, and almost always of the south and west sides of the buildings.

If you have unseasonably warm weather in the late fall or winter, the cluster fly may emerge thinking it is spring, going for the warmer air outside. Cluster flies fly very slowly when they just wake up. They are strongly attracted to light, so they are usually found around windows. At night, they are attracted to lamps.

Cluster Fly Inspection

Check around windows for live or dead flies. If you can find the voids in which they are over-wintering, you can treat the voids with a dust or aerosol, but that is not an easy task. In most cases, the voids can't be located.

To locate the voids, start with an inspection of cracks and crevices on the southern and western exterior walls. Usually the only accessible voids are the attics, crawls paces and false ceilings.


غرفة الأخبار

CORVALLIS, Ore. – Prolonged exposure to blue light, such as that which emanates from your phone, computer and household fixtures, could be affecting your longevity, even if it’s not shining in your eyes.

New research at Oregon State University suggests that the blue wavelengths produced by light-emitting diodes damage cells in the brain as well as retinas.

The study, published today in Aging and Mechanisms of Disease, involved a widely used organism, Drosophila melanogaster, the common fruit fly, an important model organism because of the cellular and developmental mechanisms it shares with other animals and humans.

Jaga Giebultowicz, a researcher in the OSU College of Science who studies biological clocks, led a research collaboration that examined how flies responded to daily 12-hour exposures to blue LED light – similar to the prevalent blue wavelength in devices like phones and tablets – and found that the light accelerated aging.

Flies subjected to daily cycles of 12 hours in light and 12 hours in darkness had shorter lives compared to flies kept in total darkness or those kept in light with the blue wavelengths filtered out. The flies exposed to blue light showed damage to their retinal cells and brain neurons and had impaired locomotion – the flies’ ability to climb the walls of their enclosures, a common behavior, was diminished.

Some of the flies in the experiment were mutants that do not develop eyes, and even those eyeless flies displayed brain damage and locomotion impairments, suggesting flies didn’t have to see the light to be harmed by it.

“The fact that the light was accelerating aging in the flies was very surprising to us at first,” said Giebultowicz, a professor of integrative biology. “We’d measured expression of some genes in old flies, and found that stress-response, protective genes were expressed if flies were kept in light. We hypothesized that light was regulating those genes. Then we started asking, what is it in the light that is harmful to them, and we looked at the spectrum of light. It was very clear cut that although light without blue slightly shortened their lifespan, just blue light alone shortened their lifespan very dramatically.”

Natural light, Giebultowicz notes, is crucial for the body’s circadian rhythm – the 24-hour cycle of physiological processes such as brain wave activity, hormone production and cell regeneration that are important factors in feeding and sleeping patterns.

“But there is evidence suggesting that increased exposure to artificial light is a risk factor for sleep and circadian disorders,” she said. “And with the prevalent use of LED lighting and device displays, humans are subjected to increasing amounts of light in the blue spectrum since commonly used LEDs emit a high fraction of blue light. But this technology, LED lighting, even in most developed countries, has not been used long enough to know its effects across the human lifespan.”

Giebultowicz says that the flies, if given a choice, avoid blue light.

“We’re going to test if the same signaling that causes them to escape blue light is involved in longevity,” she said.

Eileen Chow, faculty research assistant in Giebultowicz’s lab and co-first author of the study, notes that advances in technology and medicine could work together to address the damaging effects of light if this research eventually proves applicable to humans.

“Human lifespan has increased dramatically over the past century as we’ve found ways to treat diseases, and at the same time we have been spending more and more time with artificial light,” she said. “As science looks for ways to help people be healthier as they live longer, designing a healthier spectrum of light might be a possibility, not just in terms of sleeping better but in terms of overall health.”

In the meantime, there are a few things people can do to help themselves that don’t involve sitting for hours in darkness, the researchers say. Eyeglasses with amber lenses will filter out the blue light and protect your retinas. And phones, laptops and other devices can be set to block blue emissions.

“In the future, there may be phones that auto-adjust their display based on the length of usage the phone perceives,” said lead author Trevor Nash, a 2019 OSU Honors College graduate who was a first-year undergraduate when the research began. “That kind of phone might be difficult to make, but it would probably have a big impact on health.”


شاهد الفيديو: الاشعه تحت الحمراء:: ماهي.:: وتطبيقاتها (شهر نوفمبر 2022).