SSIショウジョウバエの呼吸代謝と活動観測システム

米国Sable社の多チャンネル昆虫呼吸代謝測定システムは、ショウジョウバエなどの昆虫、さらには他の動物の二酸化炭素の呼出量や酸素消費量などを正確に測定するために使用され、呼吸器商の計算、昆虫活動の同期化監視、および呼吸代謝との関係など、ショウジョウバエや他の小型昆虫などの動物の呼吸代謝に関する研究、例えば遺伝学、医学実験、病虫害の予防、予防医学研究実験、昆虫などの動物生態学などに広く応用されている。システムは二酸化炭素分析器、酸素分析器、多チャンネルガス路変換器、ガス流制御器、データ収集器及びプログラムソフトウェア、ガス室（呼吸室などから構成される）である。研究内容や経費予算に応じて8チャンネル（7動物の呼吸代謝を同時に測定可能）またはそれ以上のチャンネル観測システムをカスタマイズしたり、COを同時に測定したりすることができます₂、O₂、RQ及びH₂O，必要に応じてCO測定のみを選択することもできます₂またはO₂の測定システムです。

機能の特徴：

1) モジュール式構造で、強大なシステム拡張機能と柔軟で多様な実験配置を備え、現在世界でハエの呼吸代謝研究の応用が最も広く、論文を発表するのが最も多い計器システムである

2) 標準構成は8チャンネルで、16チャンネル、24チャンネルまたはそれ以上に拡張でき、ショウジョウバエなどの微小昆虫やその他の微小生物呼吸代謝測定に応用できる

3) 高感度、高精度O 2/CO 2分析計は、現在世界で唯一、単一ショウジョウバエなどの微小生物を直接オンラインでリアルタイムに分析（オープン分析）できる計器システムである

4) AD-2赤外線活動監視装置のオプション配置により、ショウジョウバエなどの活動強度（昆虫の活動呼吸室を赤外線活動モニターに配置すると、昆虫のいかなる活動も反射赤外光強度の微細な変化を引き起こす。この微細な変化は検出器によって監視され、増幅され、電圧信号に変換してデータ収集器を介して収集し、分析し、最終的に昆虫の活動状況を反映する）

5) 温度制御のための温度調節システムのオプション

6) クローズド、オープン、サンプリングフローインジェクションなどの異なる測定方法を設定することができます

7) 赤外線熱イメージング監視モジュールを選択的に配置し、昆虫の体温を同時に監視することができる

技術指標：

1) 酸素分析測定：酸素測定範囲0－100%、分解能0.0001%、精度0.1%より優れ、応答時間7秒未満、24時間ドリフト0.01%未満、20分騒音0.002%pk-pk未満、温度、圧力補償、4チャンネルアナログ出力、16 bit解像度、デジタルフィルタリング（ノイズ）0-50秒調整可能、増幅0.2秒、内蔵A/Dコンバータ解像度24 bits、温度（測定範囲0〜60℃、分解能0.001℃）と気圧（測定範囲30〜110 kPa、分解能0.0001 kPa）を同時に測定することができ、2行の文字デジタルLCDディスプレイを備え、バックライトを備え、酸素含有量と気圧を同時に表示することができる、大きさは33 x 25 x 10 cm、重さは約4.5 kg。また、2チャンネル高精度酸素分析測定器が用意されている。

2) ショウジョウバエなどの微小昆虫のオープンオンライン呼吸代謝測定に適した高精度差分酸素分析器（代替）、測定範囲0－100%、精度0.1%、分解能0.0001%

3) 二酸化炭素分析測定（CA-10）：二波長非分散赤外技術、測定範囲0-5%或いは0-10%二段階選択（二重距離）、内蔵データ収集システム、リアルタイム測定、応答時間1秒未満、解像度0.0001%或いは1 ppm（0.1 ppmに達することができる）より優れ、精度1%、提案気流5-2000 ml/分、騒音2 ppm未満、24時間ドリフト0.002%未満、ソフトウェア温度補償、サンプリング周波数10 Hz；2行の文字デジタルLCDディスプレイを備え、バックライトを備え、COを同時に表示することができる₂含有量と気圧、4チャンネルアナログ出力、16 bit解像度、デジタルフィルタリング（ノイズ）を備える、大きさ33 x 25 x 10 cm、重さ約4.5 kg

4) 超高精度二酸化炭素分析測定（代替）：ショウジョウバエなどの微小生物やダニ類微小動物の呼吸代謝をオンラインで測定するための差分非分散赤外ガス分析器、測定範囲0－3000 ppm、分解能0.01 ppm、精度1%

5) RH−300水蒸気測定器（代替）：測定範囲0.2%−100%（相対湿度）、分解能0.001%（相対湿度）、露点温度−40〜40℃、分解能0.002℃（露点温度）、水蒸気密度0−10µg／ml、分解能0.0001µg／ml、水蒸気圧力0−20 kPa、分解能0.01 Pa、アナログ出力16 bits、提案気流速度5-2000 ml/min、2行文字デジタルLCDディスプレイ、バックライト、水蒸気含有量と温度を同時に表示できる

6) SS4ガス二次サンプリングユニット：ポンプ、ニードルバルブ（ポンプ本体に出入りする気流を制御する）と気流計（0－2000 ml/m）を含む、ダイヤフラムポンプ、ローラーモーター、最大流速2-4 L/min、熱橋式気流計、分解能1 ml/min、精度2%、アナログ出力12 bits、重量約2 kg

7) ガス回路変換器：8チャンネル（Baselineチャンネルを含む）、サンプリング周波数10 Hz

8) UI-3データ収集器、12チャンネル、8個のアナログ入力、16 bit解像度、4つの温度入力、解像度0.001摂氏度、システム制御用8個のデジタル出力、16 bitカウンタ1個、電圧出力2チャンネル、パルス幅変調

9) 昆虫用ガラス気室：超低二酸化炭素と水ガスの吸収または透過性、直径33 mm、標準装備は50 mm、100 mmの2種類の長さ（他の長さを選択可能）、気道インタフェースOD 3.2 mm、特殊設計の2通（両端開通）密封カバーとバッフル装置を含み、気流を均一に分布させる

10) マイクロ呼吸室：呼吸室及び密封蓋はすべてホウ素珪素ガラス材質であり、ショウジョウバエなどの微小昆虫及び昆虫卵などの呼吸測定に用いられ、直径9.0 mm、体積0.5－1.0 ml、気路インタフェースOD 1.5 mm、ホウ素珪素ガラス密封蓋

11) 赤外線活動監視（オプション）：赤外発光と検出技術、900 nm近赤外光、昆虫に感知されて妨害されず、明らかな熱効果も発生せず、昆虫などの動物の生理生態、昆虫活動と温度の関係、昆虫活動と呼吸代謝の関係、昆虫の健康状態と生理状態、殺虫剤の昆虫に対する影響と最小致死量、臨界熱極値CTmax（critical thermal maximum）、不連続ガス交換DGC（disconous gas exchange cycle）などを監視するために使用される。

12) Maven高フラックス昆虫呼吸測定モジュール：このモジュールは同時に16チャンネルの昆虫呼吸室を測定することができて、高度な集積性、呼吸室、RM 8、Model 840、MFC-2及びデータ収集システムUI-3とExpeDataソフトウェアなどをカバーしている。

13) 閉鎖式、開放式、抽気式、抽気式、サンプリング流動注射法などの異なる技術組み立てと操作技術訓練を含む専門技術配置と訓練。

応用事例

Donna G. Folk等（The Journal of Experimental Biology，2007）赤外昆虫活動監視装置を搭載したSSIショウジョウバエ呼吸代謝測定システムを用いて、異なる系統のショウジョウバエの熱耐性について研究を行った。システム構成は主に高精度CO 2分析器、8チャネルガス路切替システム（8チャネル測定システムを構成）、AD-1活動監視装置、ガス精密制御サンプリングシステム、データ収集と分析システム、温度制御システム及び温度センサを含む。ショウジョウバエ呼吸（図中の黒色実線）と活動（図中の赤色実線）の同期記録データはFig.2を参照し、図中のA、B、C、Dはそれぞれ指数上昇相、平穏相、致死降下相、致死後ピークの4つの時相（phase）を示す。結果により、ショウジョウバエの性別はQ 10に顕著な影響を与えなかったが、選択的処理（HN−high knockdown lines、LN−low knockdown lines、CN−control knockdown lines）はQ 10に顕著な影響を与えた。

適合度（fitness）は通常、個体が繁殖した子孫の数で測定されるが、実際には適切である合度はまた生物発育過程と生理過程の結果であり、これは新陳代謝と密接な関係がある。フィンランドのウェストレイ大学（University of Jyväskylä）生物・環境科学学部（Department of Biological and Environmental Science）のTerhi Honkola（2009）は、SSI多チャンネル昆虫呼吸測定システムを用いて、近交、交雑、環境ストレス（塩脇迫）がショウジョウバエ（Drosophila）の代謝速度に与える影響を測定研究した結果、近交ショウジョウバエの呼吸代謝率が交雑ショウジョウバエより低く、したがって「低代謝率は低適合度を意味する」理論を支持した、塩ストレスはショウジョウバエの呼吸代謝に顕著な影響を与えなかった。

Greg Suhなど（2004）がNatureに「A single population of olfactory sensory neurons mediates an innate avidance behavior inDrosophila」という記事を掲載したところ、振動によるショウジョウバエへのストレスなど、ショウジョウバエには生まれながらにして脇ショウジョウバエから発せられるニオイを回避する性質があり、CO 2はこのニオイの主要成分の1つであり、他のショウジョウバエの回避行動を誘導することができることが分かった。

ミネソタ大学の生態、進化と行動学系Aziz Khazaeliら（2005）は、SSI多チャンネルショウジョウバエ呼吸測定システムを用いて、異なる年齢の成体であるクロ腹ショウジョウバエの呼吸代謝を測定し、呼吸代謝遺伝変異と寿命の関係を確定した。その結果、年齢の呼吸代謝への影響は若い時期（5日齢から16日齢）に顕著に現れ、16日齢後のショウジョウバエ年齢の呼吸代謝への影響は顕著に低下し、呼吸代謝率と生存に負の相関があることを示す証拠はなく、すなわち研究結果は支持していない“rate of living”理論（この理論は高呼吸代謝率は低寿命を意味すると考えている）。

2017年にHelmut Kovacらが『J COMP PHYSIOL B』誌に発表した：“Comparison of thermal traits of Polistes dominula and Polistes gallicus, two European paper wasps with strongly differing distribution ranges”本文はSSIの昆虫呼吸代謝測定システム及び赤外線熱イメージングシステムを応用し、2種類のヨーロッパスズメバチの体温と新陳代謝に対して研究を行い、異なる温度環境条件下で、2種類のスズメバチの環境に対する耐性が異なり、その体温調節方式が異なる地域に対する適応性を決定したことを証明した。

Anton Stabentheinerらは『Thermochimica Acta』誌に次のように発表した。“Assessing honeybee and wasp thermoregulation and energetics—New insights by combination of flow-through respirometry with infrared thermography”一文、ミツバチやスズメバチなどの昆虫の体熱調節について研究を行い、彼らは赤外線熱イメージング技術と呼吸測定技術を用いた昆虫生態学研究分野への応用を示し、正確な結果を得た。ミツバチとスズメバチの最大熱臨界値は異なり、加熱によってスズメバチを殺すことができる。昆虫の呼吸臨界熱限界を決定する過程で、呼吸測定と熱イメージングの併用は昆虫の呼吸跡を強力に説明した。

産地：アメリカ