FlyBox: Uno Strumento per Studiare il Comportamento delle Mosche della Frutta

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno sviluppato strumenti per studiare il Comportamento di piccoli organismi come le mosche della frutta. Uno di questi strumenti si chiama FlyBox. È un sistema semplice pensato per aiutare i ricercatori a monitorare l'attività delle singole mosche della frutta. L'idea principale è quella di mettere queste mosche in un piccolo contenitore, dove possono essere osservate tramite una videocamera. L'obiettivo è comprendere meglio come si comportano queste minuscole creature in diverse condizioni.

#Origine di FlyBox

Il concetto di FlyBox è nato in un laboratorio. Un ricercatore post-dottorato di nome Fang Guo ha notato che le larve di pesci zebra venivano studiate con attrezzature simili. Ispirato da questo lavoro, ha creato un dispositivo specifico per le mosche della frutta. Questo setup di FlyBox ha permesso vari tipi di ricerca. I ricercatori potevano studiare come si muovono le mosche, come rispondono alla Luce e persino come reagiscono le loro cellule cerebrali a diversi tipi di stimolazione.

Man mano che FlyBox guadagnava attenzione, il team del laboratorio mirava a condividere questo strumento con un pubblico più ampio, in particolare la comunità di ricerca delle Drosophila. Hanno provato diverse volte a creare una linea di produzione che potesse realizzare molte FlyBox contemporaneamente. I primi tentativi hanno coinvolto Fang e uno studente di nome Jae. Hanno ricevuto supporto da ingegneri che li hanno aiutati a trasformare le loro idee in un prodotto funzionante. Mentre Jae era ansioso di avviare un'azienda e vendere FlyBox, altri volevano vedere se potesse essere utile per l'insegnamento nelle scuole.

#Sfide affrontate

Nonostante l'entusiasmo, gli sforzi per la produzione hanno affrontato diverse sfide. Uno dei principali problemi era la mancanza di concentrazione del team, poiché i membri erano occupati con i loro compiti di ricerca primari. Hanno costruito solo alcune FlyBox prima di imbattersi in ostacoli che hanno bloccato i loro progressi. Questo è stato demoralizzante per tutti i coinvolti e ha messo in pausa lo sviluppo di FlyBox.

Il team ha fatto un altro tentativo con un nuovo gruppo. Albert e Max, due studenti, hanno preso in carico la costruzione di più FlyBox. Tuttavia, anche loro hanno faticato a trovare il tempo e le competenze per gestire la catena di montaggio. Inoltre, man mano che acquisivano esperienza, si sono resi conto che il design aveva delle imperfezioni da correggere. Ad esempio, le scatole non erano sigillate correttamente e si surriscaldavano. Questo ha compromesso il loro obiettivo di creare un dispositivo che potesse funzionare efficacemente senza bisogno di attrezzature costose.

#Un nuovo approccio

Alla fine del 2021, una conversazione con un collega ha portato a una nuova strategia. Il collega ha suggerito di contattare un college che avesse un programma speciale per far lavorare gli studenti su progetti di ingegneria. Questo ha aperto la porta a un nuovo inizio nella riprogettazione di FlyBox. Il team ha ottenuto finanziamenti e ha organizzato un gruppo di studenti di ingegneria per occuparsi del progetto.

Il nuovo gruppo era composto da un professore e diversi studenti con abilità diverse in ingegneria. Hanno lavorato insieme durante l'anno accademico per creare una FlyBox nuova e migliorata. Alla fine di questa collaborazione, hanno risolto molti dei problemi precedenti, lasciando solo alcuni problemi minori.

Nell'anno successivo, il laboratorio ha iniziato a costruire le nuove FlyBox. Molte persone hanno partecipato a questo sforzo e sono riusciti a produrre circa una dozzina di unità. Ogni FlyBox richiedeva uno o due giorni per essere assemblata e costava circa 750 dollari in parti. Anche se alcune sfide rimanevano, la nuova FlyBox funzionava bene per monitorare l'attività delle mosche della frutta.

#Caratteristiche di FlyBox

FlyBox ha un setup semplice. Usa piastre a più pozzetti standard da laboratorio dove vengono messe le mosche della frutta. L'intero sistema ha una camera chiusa con una telecamera che tiene traccia dei movimenti delle mosche. La telecamera si collega a un computer che esegue software speciali per aiutare a registrare i dati. Questo setup è flessibile, permettendo ai ricercatori di osservare vari numeri di mosche e persino insetti più grandi come le zanzare.

Per esperimenti che durano a lungo, è importante mantenere in vita le mosche. I pozzetti delle piastre possono essere riempiti con un gel a base d'acqua e zucchero per fornire cibo e idratazione alle mosche. Questo gel permette alla telecamera di registrare le mosche in modo accurato senza interferenze.

#Design open-source

Uno degli obiettivi di FlyBox era renderlo facile da usare per chiunque. Il design è open-source, il che significa che chiunque può accedere ai piani e costruire il proprio FlyBox. La struttura è composta da tre sezioni principali. La sezione superiore ospita la telecamera e le luci, mentre la sezione centrale è dove vengono messe le piastre. La sezione inferiore contiene luci a infrarossi che rendono possibile registrare le mosche al buio.

Le luci di FlyBox possono imitare il giorno e la notte, il che è importante per studiare come le mosche rispondono ai cambiamenti di luce. Inoltre, colori specifici di luce possono essere utilizzati per controllare l'attività dei Neuroni delle mosche. Questo significa che i ricercatori possono sperimentare con diverse impostazioni di luce per vedere come si comportano le mosche in varie condizioni.

#Nuovo software per una raccolta dati più facile

Insieme al design fisico, è stato sviluppato un nuovo software chiamato FlyBoxScanner per rendere più semplice la raccolta dei dati. Questo software sostituisce un processo più complicato che richiedeva più passaggi per tracciare le mosche e raccogliere dati. FlyBoxScanner automatizza il tracciamento e registra l'attività delle mosche in modo semplice.

Il software divide la camera in sezioni e utilizza algoritmi speciali per rilevare dove si trova ogni mosca. Confrontando ogni nuova immagine catturata, tiene traccia del movimento e del comportamento di ogni mosca in tempo reale. Questo nuovo approccio fa risparmiare tempo e semplifica il processo per i ricercatori.

#Comprendere il comportamento delle mosche

FlyBox può essere utilizzato per studiare i modelli di attività naturali delle mosche della frutta, note per essere più attive all'alba e al tramonto. Osservando questi modelli, i ricercatori hanno scoperto che le mosche mantengono i loro ritmi di attività anche in assenza di luce. Gli studi mostrano che quando le mosche sono tenute in costante luce o oscurità, possono comunque mostrare comportamenti coerenti.

Quando i ricercatori impostano FlyBox per simulare un ciclo di luce e buio, hanno trovato che le mosche mostrano livelli di attività più elevati nei momenti previsti. Questo indica che le impostazioni di luce hanno stimolato con successo i comportamenti naturali delle mosche.

Inoltre, FlyBox consente esperimenti che simulano la privazione del sonno. Ad esempio, se le mosche vengono tenute in luce durante la notte, diventano più attive e dormono di meno. Questo dimostra come la luce possa influenzare le abitudini di sonno delle mosche della frutta, in modo simile a come influisce sugli esseri umani.

#Optogenetica in FlyBox

FlyBox è anche dotato di LED speciali che possono controllare l'attività dei neuroni delle mosche. I ricercatori hanno testato due tipi di proteine sensibili alla luce nelle mosche. Quando esposte a luce rossa, alcuni neuroni diventano più attivi, influenzando il comportamento delle mosche. Al contrario, la luce verde ha inibito i neuroni, portando a un aumento del sonno nelle mosche.

Durante gli esperimenti, le mosche che avevano la proteina sensibile alla luce rossa mostravano livelli di attività inferiori sotto la luce rossa rispetto ad altre condizioni. D'altra parte, le mosche con la proteina sensibile alla luce verde mostravano un'attività ridotta quando esposte a luce verde. Questi risultati dimostrano che FlyBox può essere uno strumento prezioso per studiare come la luce influisce sull'attività neuronale e sul comportamento delle mosche della frutta.

#Conclusione

FlyBox è un importante passo avanti nello studio del comportamento delle mosche della frutta. Semplifica il processo di monitoraggio e analisi dei movimenti e delle attività di questi piccoli organismi. Con il suo design open-source, consente a più ricercatori e educatori di accedere e utilizzare lo strumento.

Attraverso esperimenti in FlyBox, i ricercatori possono ottenere informazioni sui comportamenti naturali delle mosche della frutta, sui loro schemi di sonno e sugli effetti della luce sulla loro attività. La combinazione di hardware e nuovo software facilita la raccolta dei dati e migliora la comprensione di come questi organismi rispondono a vari stimoli.

In generale, FlyBox rappresenta un passo importante per rendere il monitoraggio dell'attività più accessibile ed efficace nel campo della biologia.