[实用新型]昆虫运动性活动节律及睡眠行为磁生物学响应研究装置

说明书

本实用新型公开了一种昆虫运动性活动节律及睡眠行为磁生物学响应研究装置，包括：人工磁场处理系统，用于为整个装置提供磁场处理；环境因子控制监测系统，用于提供一局部透光空间并能够实时监测该空间环境因子、且位于人工磁场处理系统内；试虫飞行运动性活动节律测定系统，用于定位试虫并测定试虫飞行运动性活动节律、且位于环境因子控制监测系统内；试虫睡眠行为研究系统，用于监测试虫飞行运动性活动节律测定系统定位的试虫的睡眠行为、且位于环境因子控制监测系统内；开源光源控制系统，用于从外部为环境因子控制监测系统提供所需光源；控制与数据储存系统，用于控制整个装置和采集分析数据。本实用新型的装置控制精准、整合度高、适配性强。

技术领域

本实用新型涉及磁生物学和时间生物学交叉研究领域，具体地说是一种昆虫运动性活动节律及睡眠行为磁生物学响应研究装置。

背景技术

地磁场对生物生存活动有不可忽视的影响。在与地球环境长期协同演化过程中，许多动物已进化出感受和利用地磁场的能力，虽然对于动物（包括昆虫）感受磁场的机制探究已逾百年，但至今有关其如何获取并利用地磁场中的矢量信息这一问题仍悬而未解。伴随交叉学科的飞速发展，研究人员利用人工磁场发现了动物基于生理、代谢和行为的一系列磁生物学响应表型，表明许多动物都具有高度保守的磁感受能力，因此通过开展生物-磁场互作研究来揭示动物的磁感受机制显得格外重要。目前，室内开展昆虫磁生物学研究主要利用亥姆霍兹线圈人工控制地磁场矢量信息变化，处理空间有限，但昆虫以其体型小、世代周期短、易于人工饲养、可高效用于分子生物学研究等优势被认为是研究动物磁感受机制的绝佳模型，因此开发可用于磁场处理的昆虫行为学研究装置对于促进动物磁感受机制的揭示有重要作用。

生物钟是生物体内一种无形的“时钟”，目前已有研究报道了不同时间尺度（如近昼夜、季节、年等）的周期性生物钟，表明生物钟支配的生物生理和行为节律在生物生命活动中发挥重要作用。由于昆虫的世代周期短且易于在室内进行控制处理，以昆虫为研究对象开展其基于时间生物学的时间控制机制研究体现了巨大优势。选择昆虫具有节律性的生理行为表型（如自发活动节律、趋光节律、产卵节律、羽化节律、飞行节律等），对开展其内在生物钟调控机制研究具有重要促进作用，同时有助于揭示与不同表型相关的生物钟调控多样性机制及其进化生物学意义，并将对基于时间生物学的涉及医学（如基于生物钟的治疗策略）、农学（如农业迁飞害虫迁飞为害预警预报、高效施药灭虫最优时间策略的建立）等领域的科学应用发挥重要前瞻指导作用。

从无脊椎动物到人类，睡眠行为对于动物至关重要，如维持生理和神经稳态、认知和免疫功能，细胞代谢和大脑与其控制的周围器官之间的交流，学习和记忆等，而睡眠调节的神经和分子基础以及睡眠如何受到动物内外环境的影响机制仍不明确。在模式昆虫黑腹果蝇（Drosophila melanogaster)中，研究人员已鉴定出调节睡眠的基因和神经回路，这项研究同时揭示了从果蝇到哺乳动物睡眠调节机制的潜在保守性。此外，已有研究揭示了睡眠和许多不同生命过程整合的潜在机制，包括昼夜节律计时、新陈代谢和衰老等，这些发现表明睡眠是由多种生理和行为状态组成。目前我们对睡眠机制的解析还存在诸多空白，如迁飞昆虫迁飞过程睡眠调控如何与迁飞调控进行互作等。以昆虫为模式生物开展睡眠行为研究，有望促进对睡眠的基本生物学意义及睡眠在人类健康和疾病中的作用等重大科学问题的揭示。当前运用较为广泛的睡眠行为研究装置主要参照果蝇的自发活动监测装置和机械振动剥夺睡眠装置组合而成，昆虫中的研究对象亦主要以果蝇为主，该装置对体型较大的昆虫如鳞翅目昆虫适应性较差。

运动性活动节律（motor activity rhythm，如飞行活动节律）与睡眠行为均受到生物钟的调控，可作为研究时间生物学的重要表型。基于以上背景，目前以昆虫为研究对象，开展时间生物学与磁生物学交叉研究，对于动物时间生物学机制的拓展、磁感受机制的揭示乃至天体生物学中的磁生物学效应部分的探索具有重要前瞻意义。因此，亟待研发一套适用于磁场处理的昆虫运动活动及睡眠行为的实验装置。

实用新型内容