Freitag, 6. April 2018

Sensoren, Microprozessor, Aktoren

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Microprozessoren sind heute allgegenwärtig. Sie benötigen Sensoren und Aktoren, um komplexe Funktionen ausführen zu können, etwa eine differenzierte Terrariensteuerung. Die dafür erforderlichen Sensoren für Luftfeuchte und Temperatur sind einfach zu realisieren. Das Problem sind die Aktoren. Ich habe begonnen, Aktoren als Prototypen zu bauen. Der hier beschriebene Prototyp eines UV-Lichtkastens mit geregelter Ventilation ist - wie bei Prototypen wohl unvermeidlich - kompliziert und sperrig geraten. Das muss man in Kauf nehmen. Aber er erfüllt seine Aufgabe perfekt (Abb. 1).

Abb. 1

















Das zentrale Element ist eine 9 W Entkeimungslampe. Sie erzeugt UV Licht im gesamten Spektrum. UV-A und UV-B gelangen durch ein dünnes Borofloatfenster ins Terrarium. UV-C wird resorbiert und von den Sichtblenden absorbiert. Durch die UV-C Strahlung im Lüfterkanal wird die Luft weitgehend  entkeimt. Damit wird ein altes Problem in der Terraristik, insbesondere bei Feuchtterrarien, gelöst: die hohe Keimbelastung.

Unmittelbar auffällig war der Rückgang von verpilzten Gelegen in Terrarien mit dieser Technik. Schwer nachzuweisen ist die mittelbare Wirkung durch die Entlastung des Immunsystems der Frösche und die Auswirkung auf Resistenz und Vitalität. Die Keimbelastung in herkömmlichen Terrarien mit Kaminlüftung - Lufteinlass unter der Frontscheibe, Luftauslass im Dach - ist ein Vielfaches von derjenigen im Biotop und  immer noch ein Mehrfaches von derjenigen der Umgebungsluft. Getestet wurde das mittels  Petrischalen mit sterilem Standardnährboden. Die erste Schale wurde für 3 Stunden offen in der Umgebungsluft aufgestellt, die zweite in ein eingefahrenes Feuchtterrarium und die dritte in einem Terrarium, in welchem die Entkeimung drei Wochen in Betrieb war. Danach wurden die Petrischalen für 72 h bei 37 ° inkubiert (Abb. 2).

Abb. 2

   
Im Lüfterkanal befinden sind ausser der UV Lampe und zwei Sichtblenden, die  das UV-C begrenzen, ein Feuchte- und ein Temperatursensor unter einer Schutzhaube, weiter drei Ventilatoren. Zwei Flachventilatoren werden im unteren Drehbereich betrieben und sind dadurch praktisch geräuschlos. Sie werden durch einen Zufallsgenerator angesteuert und erzeugen so eine zugfreie Luftumwälzung. Der dritte dient dem Luftaustausch nach aussen. Er wird gezielt zur Regelung der Luftfeuchte und der Temperatur betrieben. Aus dem Feuchte- und dem Temperaturwert wird der Taupunkt ermittelt und durch Steuerung der Lüftung ein Beschlagen der Scheiben verhindert.

Nach dem Beregnen sollte eine rasche Abtrocknung der Blätter einen Algenbelag und ein Abfaulen neuer Triebe und Blütenansätze (besonders bei Orchideen) vermeiden. Das ist unter natürlichen Bedingungen gegeben. Die solare Einstrahlung beträgt in tropischen Breiten 1,3 kW/m2. Dadurch kommt es bereits unmittelbar nach einem mittäglichen Regenguss zu einer starken IR-Einstrahlung, selbst wenn es noch diesig verhangen ist und die Sonne noch nicht durchdringt. Im Terrarium lässt sich dieser Vorgang bisher nur durch eine starke Ventilation mit Luftaustausch simulieren. Dabei sinken Temperatur und Luftfeuchte, ein unerwünschter Effekt. Durch eine nur temporär zugeschaltete Wärmequelle (die eingestrahlte Wärme wird durch Verdunstungskälte neutralisiert) und eine Steuerung der Luftfeuchte mit Hilfe der Ventilatoren wird vermieden, dass der Taupunkt überschritten wird. Dann könnte keine Verdunstung mehr stattfinden und ein unmittelbarer Temperaturanstieg wäre die Folge. Durch die Prozessorsteuerung der Wärmequelle und der Ventilatoren bleiben Temperatur und Luftfeuchte erhalten. Die im Terrarium fehlende Albedo wird ersetzt. Während der forcierten Abtrocknung entstehen durch die Ablösung des Wasserfilms von den Blattoberflächen negative Ionen in grosser Zahl die einen „arousal effect“ haben. Ich habe immer wieder diesen erstaunlichen, vitalisierenden Effekt nach tropischen Regengüssen erlebt, bis ich die Ursache verstand – negative Luftionen.

Die Prozessorsteuerung macht es überdies möglich, die Parameter Temperatur, Feuchte und Luftbewegung täglich zu variieren und so den stimulierenden Effekt des „Wetters“ im Terrarium zu erhalten. Ausserdem wird es möglich, die Tageslängenvariation einzubeziehen. Dieser Effekt ist lange bekannt, wird aber wegen des Aufwandes bisher im Terrarium nicht berücksichtigt. Dabei ist es eine jährlich sich wiederholende Erfahrung, dass die Tiere „das Frühjahr“ spüren, selbst wenn das länger werdende Tageslicht nur einen geringen Anteil an der Gesamthelligkeit im Terrarium ausmacht. In der kommerziellen Hühnerhaltung ist eine Verlängerung der Tageslänge über den 21.6. hinaus zur Erhaltung der Legebereitschaft üblich. Die Variation um 1 min pro Tag reicht aus, um das endokrine System  zu stimulieren. Dazu gibt es viele weitere Beispiele in der Chronobiologie. Oft sind zwei Faktoren involviert, Tageslänge und Temperatur oder beginnende Regenperiode z.B.. Wenn eine Synchronisation der Geschlechter nicht sicher gelingt, sind die Gelege oft nicht befruchtet. Der geringe Mehraufwand könnte eine optimale Haltung sichern 
(Abb. 3).


Abb. 3: Tageslängen gegen geographische Breite (oben) und gegen Jahreszeiten, nördliche Halbkugel (unten). Nach www.kamelien.de/zitate/periode.htm.


Samstag, 31. März 2018

Drosophilazucht stinkt

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Es kommt (selten) vor, dass die Drosophilazucht mit Instant WP gegen Ende der Entwicklungszeit zu stinken beginnt. Das liegt nicht am Instant - sonst würde es immer stinken - sondern an einer ungeeigneten Besiedlung mit Hefen, Pilzen und besonders Bakterien. Die dominierenden Stämme produzieren Metaboliten, die toxisch sind für andere Mikroorganismen, und verhindern dadurch Veränderungen in der Zusammensetzung. Am einfachsten ist es, einen neuen Ansatz zu beschaffen. Wenn dies nicht möglich ist, hilft es, den pH-Wert in der Zucht kräftig zu verändern. Ich hatte einen Ansatz von Drosophila “Ameise“ erhalten, der  gegen Ende der Entwicklung stank. Einen neuen aus einer anderen Quelle zu beschaffen war zu schwierig. Deshalb habe ich während drei Generationen den pH-Wert abwechselnd gesenkt und erhöht (durch Variation der Zitronensäure-Konzentration). Danach war der Geruch normal und erträglich.

Samstag, 3. März 2018

gut-loading von Drosophila

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Die frisch geschlüpfte Drosophila ist relativ arm an Nährstoffen – ausser einem Fettvorrat als Energiereserve für ihre erste Lebensphase, das Migrationsstadium. Danach kommt der Reifungsfrass; sie nehmen die Nährstoffe auf, die sie für die Bildung der Spermien und Eier benötigen. Die aufgenommenen Stoffe bleiben nur ca. 6 Stunden unverdaut im Kropf. Deshalb ist ein kontinuierliches Angebot einem einmaligen Anfüttern vorzuziehen.

Das gut-loading wird mit Wasser angemacht und in kleinen gelben Tiegeln aus Weichplastik angeboten. Durch die Farbe und die Lockstoffe im Futter finden die Fliegen den Tiegel im Terrarium schnell und versammeln sich dort (siehe Abbildung). Man erspart sich ein separates Anfüttern und kommt mit einem Bruchteil an  Fliegen aus. Das vermeidet ein kurzzeitiges Überangebot; es gibt weniger abgestorbene Fliegen, die im Terrarium verrotten und die Keimbelastung weiter erhöhen.


Die Frösche finden ihrerseits die Tiegel sehr schnell und picken die Fliegen ab.

Im gut-loading kann eine Nährstoffkonzentration angeboten werden, die im Instant Brei zu aufwendig und zudem nicht „zielführend“ wäre.

Zusammensetzung
freie Aminosäuren (18): Methionin, Lysin, Leucin, Isoleucin, Alanin, Phenylalani, Asparagin, Glutamin, Glycin, Prolin, Cystin, Arginin, Serin, Tryptophan, Threonin, Tyrosin, Valin
Vitamine (10): Retinol, Thiamin, Riboflavin, Niacin, Biotin, Pantothensäure, Folsäure, Vitamin D,  Ascorbinsäure, Tocopherol
Spuren (6): Eisensulfat, Kupfersulfat, Zinkoxyd, Calziumjodat, Manganoxyd, Natriumselenit
L-Carnitin
Fruktose
Astaxanthin
Omega 3,6 Fettsäuren  in Leinöl, gebunden an Maltodextrin
Kalziumacetat
Alginat
als Lockstoff : Aethyl-/Methylalkohol in Spuren, gebunden an Maltodextrin


Samstag, 12. August 2017

IR-A, IR-B, IR-C, ein Problem im Terrarium?



Die Wirkung  von IR-Wärmestrahlung messen wir undifferenziert mit dem Thermometer. Für poikilotherme Tiere ist die Wirkung differenzierter, zusammengefasst:

·      IR-C  (2500 -6000 nm) hat wenig Energie, dringt nicht ins Gewebe ein, wirkt nur durch Konvektion. 
·      IR-B  (1400 -2500 nm) ist 20 Mal energiereicher, dringt 1 mm tief ein und erreicht die Wärmerezeptoren in der Haut. Diese Rezeptoren steuern die zentrale Thermoregulation.
·      IR-A (800 – 1400 nm) 400 Mal energiereicher, dringt bis 7 mm ein, erregt dabei auch die Wärmerezeptoren in der Haut und erwärmt von innen durch Energieabgabe an die Kapillarnetze, die entscheidend an der Thermoregulation beteiligt sind.

Täglich müssen die heliophilen Arten die morgendliche Sonnenwärme nutzen, um möglichst rasch in ihre bevorzugte Aktivitätszone zu kommen. Und dabei eine überschiessende Wärmeaufnahme sicher vermeiden, denn die letale Zone beginnt nur einstellig höher. KRUEGER  hat schon 1929 auf die Bedeutung der Infrarotstrahlung hingewiesen, blieb aber weitgehend unbeachtet. SINERVO hat gezeigt, dass der bisherige Klimawandel mit Temperaturerhöhungen und der Ausdehnung der erzwungenen mitttäglichen Ruhezeiten bereits zur Abnahme der Artenvielfalt geführt hat.
Schon vor Jahren hatte ich mit einem Dummy im Terrarium die Wirkung des dort vorherrschenden IR-B untersucht und gefunden, dass die Kerntemperatur verlangsamt ansteigt - nur durch Konvektion. Dadurch wird die Thermoregulation empfindlich gestört.

Ich beobachte seit langem ein merkwürdiges Verhalten bei einer Gruppe von Mauereidechsen, die vor meinem Laborfenster auf der Terrasse lebt (Abb.1).

Sie brechen das Sonnen ab, wenn Wind aufkommt und ziehen sich in den Schatten der Trompetenranke zurück. Das geschieht jedoch erst, nachdem sie bereits aufgewärmt sind. Morgens, beim Beginn des Sonnens, stört sie ein gleich starker (schwacher) Wind nicht. Erst wenn die Färbung von dunkel- auf hellbraun gewechselt hat und sie zunehmend aktiv werden, treteln oder den Nachbarn drohen, und nicht mehr flach auf den Steinplatten liegen, sondern den Kopf erhoben halten, reagieren sie auf Wind. Ich
konnte mir dieses Verhalten nicht erklären, vermutete aber einen  Zusammenhang mit ihrer Thermoregulation. Wiederum mit einem Dummy wollte ich versuchen, das zu verstehen.
 
 
Das Dummy besteht aus einem dünnwandigen PET-Röhrchen von 15 mm Durchmesser. Es ist mit einem wässerigen Gel gefüllt. Zwei Mikrotemperatursensoren  messen die „Haut-“ resp. die „Kerntemperatur“; der eine ist aussen  aufgekittet, der andere ist in der Mitte des Röhrchens im Gel fixiert (Abb.2). 
Das Dummy wurde auf den Steinplatten bei den Eidechsen aufgestellt und die beiden Werte in 5 min Abständen notiert. Das Diagramm zeigt ein eng paralleles Ansteigen der Temperaturen, mit gelegentlichen Überschneidungen durch Windeinwirkung (Abb.3). 
 
Die Eidechsen sonnen, bis die Kerntemperatur 31°C erreicht hat, dann weichen sie in den Schatten aus. Wenn jedoch bei 28/29 ° Wind aufkommt, brechen sie das Sonnen ab und gehen in den Schatten. Ich interpretiere dieses Verhalten als Versuch, eine Erwärmung über 31°C zu vermeiden. Sie könnte eintreten, wenn durch den Wind eine Abkühlung der Haut und damit der Wärmerezeptoren entsteht und eine Falschmeldung zum Gehirn gelangte. 31° sind offensichtlich bei dieser Spezies die bevorzugte Aktivitätstemperatur. Andererseits sehe ich sie noch bei 34° aktiv, allerdings nur im Schatten.

Das Diagramm in Abb. 4 zeigt die Temperaturabhängigkeit eines Enzyms. Bei einer Temperaturdifferenz von 1 °C tritt eine Änderung der Aktivität um 7% ein; der Stoffwechsel ist also sehr sensibel. Für die Eidechsen geht es ums Konstanthalten  der Temperatur um 1 bis 2° in der bevorzugten Temperaturzone . Das überrascht bei einem täglichen Temperaturgang zwischen der Nacht mit ca. 18° und dem Tagesoptimum von 31°. Bei einer Ueberschreitung dieser Temperatur steigt der Stoffwechsel weiter steil an. Das wird versucht zu vermeiden, es ist aber erträglich. Es erinnert mich an unsere eigene Situation: 2° über dem Optimum sind 39,5 ° Temperatur (Fieber); der Stoffwechsel ist stark erhöht. In unserem Falle ist das nicht eine Folge der Sonneneinstrahlung, sondern eines pathologischen (Bakterien, Viren) oder chemischen (Pyrogene Substanz) Prozesses.  

Anschliessend  habe ich das Dummy in ein Terrarium mit einem 60 Watt Glühlampenspot gestellt Die Temperaturkurven zeigen getrennte Verläufe (Abb.5).  
Das war zu erwarten beim Fehlen von IR-A; die Erwärmung des Kerns geschieht durch Konvektion, nicht durch IR- Strahlung. Der Effekt wird noch erhöht durch das Rückstrahlen niedrigerwelligeren IRs von den Glaswänden.
 
Im Sonnenlicht ist das Verhältnis IR-A zu IR-B wie 3 zu 1. Im Spektrum eines Glühlampenspots 1 zu 5 und selbst ein CDM Spot hat nur 1 zu1.  Das muss auf die Thermoregulation von Poikilothermen  erhebliche Auswirkungen haben und erklärt möglicherweise teilweise die Erfahrung, dass eine Haltung von Heliophilen im Sonnenlicht, besonders in Terrarien, die grossflächig gazebedeckt sind und damit Albedo ermöglichen, ausserordentlich erfolgreich ist.
 
Wenn im Terrarium ein sonnenähnliches IR-Spektrum entstehen soll, muss aus dem Licht eines CDM Spots durch ein IR-Sperrfilter das IR-B zu mindestens zwei Drittel entfernt werden, um sowohl den zu hohen Anteil von IR-B des Spots als auch die Rückstrahlung  zu kompensieren.
 
Als experimentelle Filter erfüllen Wasserfilter die Anforderungen; sie sind einfach herzustellen und kostengünstig im Vergleich zu durch spezielle Bedampfung angepassten IR-Sperrfiltern. Je breiter der Abstand zwischen den Glasscheiben, desto mehr vom kurzwelligen IR wird absorbiert. Ein kontinuierlicher Wasserdurchfluss führt die Wärme ab (Abb.6). 

Ich bin dabei, ein solches Filter auszuprobieren und erwarte eine Steigerung der Vitalität bei heliophilen Echsen (speziell Chamäleons) im Innenterrarium durch Aktivierung der physiologischen Thermoregulation. 


Paul Krüger ,  Ueber die Bedeutung der ultraroten Strahlen für den Wärmehaushalt der                      Poikilothermen, Biologisches Zentralblatt , 49. Band, 1929, S. 65 -  89  

Barry Sinervo  et al, Erosion of  Lizard  Diversity  by  Climate Change and  Altered                                   Thermal  Niches, Science, Vol 328, 2010, pp. 894-899





Donnerstag, 12. Mai 2016

Droso Instant WP

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Drosophila Zuchtbrei wurde stets  auf hohen Ertrag und möglichst geringen Geruch ausgerichtet. Es gibt unzählige „Superrezepte“, die jedoch nach wenigen Generationen auf normale Erträge zurückgehen. Mit Küchenrezepten  aus z.B. Kartoffelbrei oder Haferflocken plus Sanostol - S. macht vieles wieder gut - ist eine Ernährung  gerade ausreichend möglich. Wiesenplankton ist unbestritten überlegen; leider ist es für höchstens 100 Tage im Jahr verfügbar - von Mitte Mai bis Mitte August.

Mit dem neuen Droso Instant WP wird versucht, diese Mängel zu beheben und Drosophila nahe an Wiesenplankton zu züchten. Als erstes sind zusätzlich zu Methionin und Lysin die Aminosäuren  Threonin, Tryptophan und Histidin angehoben. Im Wiesenplankton sind ungesättigte Fettsäuren in erheblicher Menge vorhanden. der Zusatz von Leinöl (mit über 70% ungesättigten Fettsäuren)  bringt omega 3-, 6-, 9-Fettsäuren ins Droso Instant WP. Die Spurenelemente sind um lösliches Bor ergänzt. Im Massenspektrometer hat die Untersuchung von O. lehmanni Eiern eine überraschende Konzentration von Bor ergeben. (Post „Zum Nährwert von Futterinsekten“ in diesem Blog) Lange war die physiologische Bedeutung von Bor nicht bekannt; in den letzten Jahren hat sich jedoch zunehmend gezeigt, dass Bor als Elektronendonator viele Stoffwechselprozesse  beschleunigt.

In den üblichen Rezepturen fehlen sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe vollständig. Sie sind eben nur „ sekundär“ und haben primär keinen Nährwert. Diese Stoffe sind in der Regel Stoffwechselendprodukte, die von den Pflanzen in Drusen oder Vakuolen abgelagert werden und sind  für den Geschmack und Geruch von Pflanzen verantwortlich. Durch oft nur geringe Strukturänderungen übernehmen sie jedoch wichtige Schutzfunktionen. So dienen sie dem Schutz vor genetischen Defekten durch UV-Licht ebenso wie der Abwehr von Infektionen durch Viren, Bakterien und Pilze und schützen vor Fressfeinden. Es sind Glykoside, Terpene, Carotinoide und Flavone. Im neuen Droso Instant WP sind sie in Auszügen aus aromatischen Kräutern und in Mehlen von Pflanzen enthalten. Sie haben zu einer erheblichen Steigerung der Ausbeute geführt, insbesondere bei Ameisendrosos, die bisher nur mässige  Zuchterfolge gebracht haben und werden von Fröschen den auf üblichen Substraten gezogenen Drosos vorgezogen.

Droso Instant WP können Sie beziehen unter www.bretz-shop.org.

Samstag, 1. Juni 2013

Vitaminpulver


Das erste Pulver war das von Birkhahn, es folgten mehrere Imitate mit nicht immer geglückter Rezeptur. Interessant ist, dass am Birkhahnpulver nicht die Vitamine sondern die Aminosäuren das Wesentliche sind. In seiner Arbeit „ Neue Erkentnisse über die Aminosäureversorgung bei Dendrobatiden“ (herpetofauna 13 (74) Oktober 1991) zeigt er, dass die Gabe von Aminosäuren Mängel wie schlecht entwickelnde Gelege, aus denen nur Quappen mit aufgeblähten Dottersäcken oder Jungfrösche mit fehlenden Vorderbeinen entstanden, behoben wurden. Generell war die Wachstumsgeschwindigkeit der Jungfrösche grösser. Das „Vitaminpulver“ sollte deshalb korrekt Aminosäurepulver genannt werden. Vitamine werden immer noch überschätzt und die eingebürgerte falsche Bezeichnung bestärkt diese Fehleinschätzung.

Einstäuben ist bequemer als gut loading. Ein Teil des Pulvers fällt allerdings in die Behälter und ergibt einen guten Nährboden für Hefen und Bakterien, die ohnehin ein Problem bilden. Weiter können dem Pulver keine omega-3 und -6 Fettsäuren zugesetzt werden. Diese sind in Wiesenplankton in erheblicher Konzentration vorhanden, aber in Zuchtinsekten unter den Nachweisgrenze. Vitamin D ist sehr empfindlich gegen Oxydation (will undergo oxydation if exposed to air at 24° C for 72 h, Handbook of Vitamins 2001, Eds. R.B.Rucker et.al., S. 58). Es wäre also ein Weg zu suchen , die Inhaltsstoffe per gut loading in die Insekten zu bringen und eine sichere Applikation von ungesättigten Fettsäuren und Vitamin D einzuschliessen.





















Tabellen der Inhaltsstoffe des Aminosäurepulvers von H. Birkhahn. 

Donnerstag, 9. Mai 2013

Fitness und Fruchtbarkeit beim gemeinen Grashüpfer in Abhängigkeit von der Vielfalt der Futterpflanzen


Untersucht wurde der Einfluss der Vielfalt von Futterpflanzen auf die Eiablage und die Zahl der Nachkommen beim gemeinen Grashüpfer (Chorthippus parallelus) (1).

Die Heuschrecken wurden auf ungedüngten und unbeweideten Wiesen gefangen und in Laborhaltung ihre Eiablage und der Schlupf der Nymphen erfasst. Dabei wurden die Entnahmen auf Wiesen mit unterschiedlicher Pflanzendiversität zwischen 20 und 40 Futterpflanzen vorgenommen. In der Laborhaltung wurde das Gras Dactylis glomerata als Futter angeboten. Die Eiablagen wurden ausgezählt und nach einer Hibernierungszeit zum Schlupf gebracht. Zwischen den Heuschrecken von Entnahmeflächen mit nur 20 Futterpflanzen und solchen mit 40 Futterpflanzen ergab sich eine Erhöhung der Eiablage um rund 60% und des Schlupfes der Nymphen um rund 30%.

Für unsere Interessen wichtig scheint mir, dass auch bei laborgezüchteten Insekten die Vielfalt und Komplexität des Futters von grosser Bedeutung ist und die Frage wie nahe wir an die unbestritten optimalen Werte von „Wiesenplankton“ kommen können.

1. S.B. Unsicker et al.  Plant species richness in montane grasslands affects the fitness of a generalist grasshopper species. Ecology,91 (4),2010,pp. 1083-1091