Summary
وتعتمد حياة الغالبية العظمى من الأسماك على السباحة. هذا البروتوكول يصف التقنيات لالتقاط مجموعة من وسائط المتاحة للسباحة الأسماك الفردية والتعليم ، وتتضمن قياسات المرتبطة الفيزيولوجيا السباحة والسلوك.
Abstract
وقد اختبارات الأداء للسباحة الأسماك جزءا لا يتجزأ من دراسات علم الطاقة في العضلات ، والميكانيكا السباحة ، وتبادل الغاز وفسيولوجيا القلب والمرض والتلوث ونقص الأكسجين ودرجة الحرارة. توضح هذه الورقة على بروتوكول مرنة لتقييم أداء سباحة الأسماك باستخدام المعدات التي يمكن التحكم سرعة المياه. ويشمل البروتوكول واحد إلى زيادات صعد عدة في سرعة تدفق التي تهدف إلى قضية الأسماك إلى التعب. يمكن ضبط سرعة الخطوة ومدتها لالتقاط قدرات مختلفة للسباحة الفسيولوجية والبيئية ذات الصلة. غالبا ما يتم تعيين حجم خطوة حاسمة لتحديد سرعة السباحة (U crit) ، والتي تهدف إلى القبض على أقصى قدرة السباحة المستدام. تقليديا يتكون هذا الاختبار من عشر خطوات نحو مدة كل منهما 20 دقيقة. ومع ذلك ، يتزايد خطوات أقصر مدة (على سبيل المثال 1 دقيقة) يجري استخدامها لالتقاط قدرة التسارع أو انفجار أداء السباحة. بغض النظر عن حجم الخطوة ، يمكن أن تتكرر على مر الزمن السباحة اختبارات لقياس التباين الفردي والقدرة على التعافي. النهاية المتصلة السباحة مثل التدابير من معدل الأيض ، واستخدام الزعانف ، ومعدل التهوية ، والسلوك ، مثل المسافة بين المدرسة الأسماك ، وغالبا ما تتضمن من قبل ، وأثناء وبعد اختبارات السباحة. نظرا لتنوع أنواع الأسماك ، وعدد من الأسئلة البحثية غير مستكشفة ، وأهمية لكثير من الأنواع إلى البيئة والصحة العالمية الاقتصادية والدراسات والأداء سباحة الأسماك وتبقى شعبية لا تقدر بثمن بالنسبة للمستقبل المنظور.
Protocol
1. التقاط والتأقلم
- باستخدام صافي knotless ، وجمع الأسماك الفردية من دبابتهم القابضة. القبض على تقليل الوقت وتجنب جمع الأسماك ومتعددة لا يحملون السمك لأكثر من بضع ثوان في صافي هذه العوامل يمكن أن تزيد من التوتر. كما أن الإجهاد يؤثر على أدائها السباحة.
- السمك مكان سواء في خزان نقل مع التخدير أو مباشرة إلى مقياس التنفس السباحة نفق ("نفق السباحة"). إذا كان السمك لتخدير ، إما tricaine methanesulfonate (MS222) أو يمكن استخدام زيت القرنفل. وتركيزات مقبولة تعتمد على عوامل كثيرة ، بما في ذلك الأنواع وحساسية في درجة الحرارة ، ولكن عادة ما تتراوح 10-100. ملغم / لتر إما 1،2 مخدر وينبغي تركيز مخدر لحث المرحلة 3 التخدير (أي لا تستجيب للمؤثرات الخارجية) والسماح الانتعاش السريع (أي ثانية). عند استخدام MS222 في المياه العذبة ، يجب استخدام بيكربونات الصوديوم في أجزاء متساوية (بالوزن) كمنطقة عازلة. دون العازلة ، MS222 سوف يقلل كثيرا من درجة الحموضة ، ودرجة الحموضة منخفضة قد تضر أنسجة الخياشيم. التخزين المؤقت ليست ضرورية في مياه البحر كما يحتوي على ما يكفي من القدرة على التخزين المؤقت.
- يمكن بالغت تخدير الأسماك ، لقياس الكتلة والطول ، ونظرا لامتحان خاطفة الخارجية لحالتهم. يمكن اتخاذها طول وبطول إجمالي (TL) ، طول الشوكة (فلوريدا) أو طول الجسم (BL). عادة يتم تطبيق هذه المقاييس مختلفة وفقا للممارسة المعتادة ، مورفولوجيا الأنواع (على سبيل المثال لا زعنفة متشعب) أو حالة الأسماك (الزعنفة الذيلية مثل البالية بعيدا).
- وينبغي الأخذ تخدير كل من الأسماك وعدم تخدير في النفق السباحة في أسرع وقت ممكن والى تدفق المياه حيث سيؤدي ذلك إلى تسهيل الانتعاش. عادة ما يتم تعيين معدل تدفق مثل هذه الأسماك سوف تكون قادرة على بقية على الجزء السفلي أثناء السباحة بالكاد. معدل سبيل المثال لسمك السلمون sockeye البالغين 0.3 BL / ثانية.
- الأسماك بحاجة إلى أن تترك في نفق السباحة حتى يتأقلم. يمكن تعيين فترة تأقلم لفترات التقليدية (على سبيل المثال 12 ساعة) ، أو لتلك المستخدمة في معظم الدراسات الحالية التي يمكن أن تكون قصيرة بقدر 30 دقيقة. لتحديد فترة التأقلم المثالي لسمكة معين ، والوقت الذي يستغرقه للوصول يمكن استخدامها مستقرة ومنخفضة بشكل مثالي ، ومعدل الأيض (المقطع التالي تفصيلا).
2. قياس معدلات التمثيل الغذائي
- وينبغي تسجيل التغيرات في الأوكسجين داخل النفق السباحة خلال فترة الاختبار السباحة (ق). يمكن أن تكون مختومة تحقيقات الأكسجين مباشرة في نفق السباحة ، ولكن يجب أولا أن تحدد ما إذا كان تدفق المياه على مدار التحقيق يؤثر على وظيفة التحقيق. إذا تم التحقيق من قبل المتضررين بسرعة المياه التي قد تحدث أثناء اختبار ، وسيقوم المسبار يجب أن توضع في غرفة خاصة به خارج النفق ، والنفق المزودة بالمياه بواسطة مضخة.
- لتجديد الأكسجين وتخفيف تراكم النفايات ، وسيكون النفق السباحة حاجة المرجح أن يكون مسح دوري. يجب أن لا تشبع الأكسجين يسمح لسقوط أقل من 70 ٪ بالنسبة لمعظم الأنواع التي قد يتم تخفيض أداء السباحة أو قد يكون هناك تحول إلى عملية الأيض اللاهوائي. بيغ المياه قد يساعد أيضا في الحد من النفق أي زيادات في درجة حرارة الماء ، ولكن ينبغي أن تكون درجة حرارة الماء الذي عقد مستمر من قبل اقتران النفق السباحة إلى المبرد. والتغيرات في درجات الحرارة تؤثر على معدل الأيض.
- عادة ما يتم تحديد معدلات التمثيل الغذائي الروتيني والأقصى ، يختصر "RMR" و "MMR" ، (الشكل 1A). ويمكن التعبير عن هذه المعدلات في الحجم (V س 2) أو الجماعية (M س 2) من الأوكسجين في وحدة الكتلة ، في وحدة الزمن ، مثل O 2 ملغ / كغ / ساعة. ويمكن اتخاذ الفرق بين السعرين للحصول على "نطاق للنشاط. ويمكن أيضا ممارسة 'الدين الأوكسجين' التالية ، ويشار إلى "الزيادة في استهلاك الأوكسجين في مرحلة ما بعد ممارسة" (EPOC) ، يتم تحديدها وتساوي الأوكسجين المطلوبة خلال مرحلة ما بعد العودة إلى ممارسة RMR.
- ملاحظة : تحقيقات كثيرة والأكسجين انتاجهم ستوفر درجة الحرارة تلقائيا لتصحيح التغييرات في الأوكسجين المذاب. وتلك التي لا تحتاج الى تصحيح. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بعض القيم يجب أن يتم تصحيح إذا أجريت قياسات في ظروف المالحة.
السباحة قياس الأداء
ويمكن تقييم مجموعة متنوعة من قدرات الأداء في نفق السباحة السباحة. الطريقة الأكثر شيوعا لتميز الأداء السباحة هي المدة التي يمكن الحفاظ عليه 3. أبطأ سرعة ، يمكن أن يعد من الممكن الحفاظ عليه ، والعكس بالعكس. وعادة ما يشار إليها باسم بسرعة "انفجر" ، "لفترة طويلة" أو "مستمر" ، والتي تتوافق مع فترات من الثواني والدقائق والساعات (حد أقصى = 200 دقيقة) ، وساعات ، وبعدها (> 200 دقيقة) ، على التوالي. لتحديد هذه السرعات ، وتتعرض الأسماك إلى "خطوات" يحددها المستخدم ، ويتألف من "ارتفاع" مجموعة ، أي زيادة سرعة تدفق المياه ، و "طول" ، أي مدة الخطوة. وسوف تعظيم ارتفاع خطوة خطوة وتقليل طول ستستحوذ على أكبر سرعة الاندفاع ، بينما تفعل عكس التقاط أكبر سرعة مستدامة. في الخطوةالاختبارات ، والطريقة التقليدية لتقرير تحقيق أقصى سرعة تساوي سرعة الخطوة الأخيرة بالكامل بالاضافة الى الجزء الصدغي من الخطوة النهائية لم تكتمل (الشكل 1A).
تقييم الأداء انفجار السباحة
- لالتقاط السباحة أو الاندفاع سباق القدرة ، في أعقاب تأقلم ، وتحقيق سرعة تدفق إلى أقصى قدر (على سبيل المثال مرتين U crit ، أنظر أدناه) ، وتحفيز الأسماك على السباحة. وينبغي أن يستريح الأسماك في الجزء الخلفي من الغرفة كما هي زيادة سرعة تدفق بسرعة. الأسماك قد تحتاج إلى أن يكون الدافع إلى السباحة. يمكن أن يكون الدافع الميكانيكية (اللمس مثلا) أو الكهربائية (مثل تهمة صغيرة تطبق على شبكة صدمة في الجزء الخلفي من النفق السباحة).
وإن لم يكن على وجه التحديد اختبارا لقدرة الاندفاع ، ويمكن أيضا أن يعطى الأسماك اختبار تسارع مستمر "(اتفاقية مناهضة التعذيب أو ΔV U) التي تتكون من عدة خطوات لمدة قصيرة (1 دقيقة مثلا) 4،5. - سجل مدة السباحة. يمكن لعدد من الاندفاع الفردي والمسافة بينهما أيضا أن يسجل 6. يمكن إعطاء سرعة قصوى كما حققت أو المحسوبة وفقا للمعادلة في الشكل 1A.
لفترات طويلة ومستمرة تقييم أداء السباحة
يشار التدبير الأكثر شيوعا المستخدمة في تقدير قدرة مستمرة لفترات طويلة أو السباحة على أنها "حرجة الأداء السباحة" (يو crit). وقد جرت العادة على طول الخطوة crit U وضعت في 20 دقيقة ، وإن كانت أقصر الأوقات مثل 10 دقيقة المستخدمة. والقاعدة العامة هي التي يجب أن تؤخذ على الأقل قبل عشر خطوات الى التعب ، والتي يمكن أن تؤدي إلى اختبارات مطولة ، على سبيل المثال> 3 ساعات / الأسماك. لتقصير اختبار crit U ، يمكن أن يكون سبع خطوات أولية مختصرة إلى 5 دقيقة (يطلق عليه ثم اختبار 'منحدر crit - U').
- التالية تأقلم و / أو السباحة الممارسة ، وزيادة سرعة تدفق وفقا لحجم الخطوة.
- لضبط ارتفاع الخطوة المناسبة لcrit U ، فإنه من المرجح أن تكون ضرورية لتقدير يو crit لعينة من الأسماك لفحصها. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام قيم الأدب. بالتناوب ، يمكن إعطاء سمكة 'السباحة الممارسات" بعد مقدمة النفق. لهذا ، وإعطاء الأسماك قصيرة ، المعرفة الخطوات ، حتى التعب. استخدام السرعة النهائية التي تم التوصل اليها في وقت مبكر من تقدير crit يو. ضبط حجم الخطوة (ارتفاع وطول) لكل السمك.
- لاختبار قدرة الاسترداد أو تحديد التباين في الأداء الفردي ، يمكن إعطاء الأسماك اختبار السباحة الثانية بعد فترة نقاهة 7-9.
- ويمكن أيضا أن تختبر الأسماك في المدارس ، على الرغم من الأسماك تميل إلى التعب في أوقات مختلفة خلال الاختبارات التي يمكن أن تكون مشكلة لإخراجها من النفق ، والقضاء على القدرة على قياس امتصاص الأوكسجين.
- وينبغي أن يسمح أنهكتهم مرة واحدة ، لاسترداد الأسماك أو إزالتها على الفور الحصول على عينات الأنسجة.
ويمكن جمع عدة مقاييس الأداء المتصلة السباحة خلال التجارب أو بعد استخدام تحليل الفيديو (الشكل 1 C ، D). - وينبغي لقياس معدل التهوية والذيل تردد فوز ، ومعدل ضخ صادي وعدد دقات ذيل أخذ عينات على مدى فترات من عدة ثوان (1B الشكل) 10،11.
- لقياس السعة فاز الذيل ، يمكن قياس الانحراف إلى أقصى حد من الزعنفة الذيلية (1B الشكل) 12.
- الاختبار التالي ، يمكن أن يتم التخلص الأسماك ، ونظرا لامتحان التشريح والأنسجة التي تم جمعها لتحديد الهيماتوكريت (معبأة حجم الخلايا الحمراء) ، وتركيزات هرمون التوتر ، ومخازن الطاقة في العضلات (مثل فسفوكرياتين ، الجليكوجين) ، وأنشطة انزيم (مثل اللاكتات نازعة ، أستيل كولين استريز ) ، أو المعلمات الفسيولوجية الأخرى.
3. ممثل النتائج
الشكل 1. أ) مثال اختبار crit المنحدر - U بالنظر إلى الأحداث السلمون ، أثار تفريخ التراوت (Oncorhynchus قزح) ، 6.3 سم في طول الجسم (BL) و 3.5 غرام في الشامل. وأجري الاختبار من أصل 12 في تعديل بريت L - نوع مقياس التنفس (وليغو الأنظمة ، الدانمرك ؛ www.loligosystems.com ). وحسبت معدلات التمثيل الغذائي والحد الأقصى روتينية كما المنحدر (ملغ / ساعة) × حجم (L) / السمك الشامل (كلغ) ، وكانت 198 و 961 ملغم O 2 / كغ / ساعة على التوالي (نطاق النشاط = 4.84). هذه المعدلات تتماشى مع تلك التي أبلغ عنها لبريت الأحداث sockeye السلمون (O. nerka) 13. ملاحظة : لإجراء العمليات الحسابية امتصاص الأكسجين ، وحجم المياه تساوي حجم مقياس التنفس يقل حجم الأسماك. الصليب يشير إلى النقطة حيث تسبح الأسماك رفض أخرى ، وحيث تم احتساب U crit. ب) سجلت قيم الذيل تردد فاز ست مرات أكثر من 10 ثانية ؛ سجلت قيم الذيل السعة فاز ثلاث مرات ، والقيم معروضةويعني ± SEM. ج) وعرض الجانب الموسع وD) أعلى عرض للسباحة الأسماك داخل غرفة السباحة. D) يعرض الأسماك تتبعها برامج EthoVision (Noldus ، هولندا ؛ www.noldus.com ). الاختصارات : U crit = سرعة السباحة الحرجة ؛ و U = سرعة الخطوة الأخيرة بالكامل ، يو ق = سرعة الخطوة ، و ر = الوقت الذي يقضيه في الخطوة الأخيرة ، والوقت ر ق = الخطوة.
Discussion
في بيئة طبيعية ، والسلوكيات مثل الهروب والهجرة المفترس تعتمد على القدرة على السباحة في شدة محددة لأوقات مختلفة. في إطار المختبر ، السباحة قياس التنفس النفق ، ويمكن استخدامها في زيادة سرعة صعدت لتقدير قدرة الأسماك على تنفيذ العديد من السلوكيات. ويمكن إدراج تدابير معدل الأيض وغيرها من الأنسجة المستوى المقررة (مثل إنتاج اكتات) مع اختبارات السباحة للمساعدة في تحديد الآليات الفسيولوجية المصاحبة للسباحة وسائط مختلفة.
يمكن السباحة تصميم النفق تؤثر بشكل كبير الأداء السباحة. هناك عدة أنواع من الأنفاق المستخدمة لتحديد السباحة السباحة الأداء ، وتتميز معظم إما بريت 13 -- 14 Blazka أو الأنواع. اما عن التصميم ، وتشمل الاعتبارات الرئيسية "الانتظام" من تدفق المياه (كيف هو مستقيم) ، وسرعة تدفق الأقصى وعلى طول الغرفة السباحة. الانتظام مهم جدا لأنه سيجد غريزي الأسماك والسباحة في المناطق للحد من تدفق منخفض الجهد. قد ارتفاع معدل التدفق المحتمل أن تكون ضرورية لاختبار قدرة الاندفاع السباحة أو أنواع السباحة السريعة (مثل التونة). السباحة طول الغرفة يمكن أن تكون مجدية للغاية كما هو الحال في غرف صغيرة طول ، أي طول الأسماك> 10 ٪ من طول الغرفة ، قد لا تتمكن الأسماك للاستفادة من جميع وسائط السباحة. على وجه التحديد ، قد أنابيب صغيرة تقييد قدرة الأسماك على الانتقال من ثابت إلى متقلب بوابة السباحة ، أي انفجار للسباحة والساحل. لذلك ، قد توقف السمك السباحة بسرعة نفسه تقريبا بغض النظر عن طول الخطوة وcrit U قد تكون مشابهة ل "سرعة الانتقال البوابة' 15.
جميع الأنفاق السباحة تحتاج إلى معايرة باستخدام أجهزة مثل المجسات أو تدفق الجسيمات velocimetry التصوير (PIV) المعدات. تسبح بشكل مثالي الأنفاق سيكون تدفق مستقيمة ، ولكن إذا تم العثور على الأسماك لصالح منطقة ، ويمكن تعديل سرعتهم السباحة على أساس الاختلافات المحلية في التدفق.
Disclosures
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
المؤلف بفضل باربرا Berli لتوفير البيانات سبيل المثال والتمويل كريمة من الاتحاد الكندي للحياة البرية.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| tricaine methanesulfonate (MS222) |  Argent Labs |
Optional | |
| Clove oil | Sigma-Aldrich |
Optional | |
| Swim tunnel respirometer | Loligo Systems |
Required | |
| High speed cameras | Multiple Suppliers | optional | |
| Video capture card | Multiple Suppliers | optional | |
| Behaviour analysis software | Noldus |
optional |
References
- Anderson, W. G., McKinley, R. S., Colavecchia, M. The use of clove oil as an anesthetic for rainbow trout and its effects on swimming performance. North Am. J. Fish Manage. 17, 301-307 (1997).
- Cho, G. K., Heath, D. D. Comparison of tricaine methanesulphonate (MS222) and clove oil anaesthesia effects on the physiology of juvenile chinook salmon Oncorhynchus tshawytscha (Walbaum). Aquacult. Res. 31, 537-546 (2000).
- Beamish, F. W. H. Swimming capacity in Fish Physiology. Hoar, W. S., Randall, D. J. , Academic Press Inc. New York. Vol. 7 101-187 (1978).
- Farrell, A. P. Comparisons of swimming performance in rainbow trout using constant acceleration and critical swimming speed tests. J. Fish Biol. 72, 693-710 (2008).
- Tierney, K. B., Casselman, M., Takeda, S., Farrell, A. P., Kennedy, C. J. The relationship between cholinesterase inhibition and two types of swimming performance in chlorpyrifos-exposed coho salmon (Oncorhynchus kisutch). Environ. Toxicol. Chem. 26, 998-1004 (2007).
- Martinez, M., Bedard, M., Dutil, J. -D., Guderley, H. Does condition of Atlantic cod (Gadus morhua) have a greater impact upon swimming performance at Ucrit or sprint speeds. J. Exp. Biol. 207, 2979-2990 (2004).
- Marras, S., Claireaux, G., McKenzie, D. J., Nelson, J. A. Individual variation and repeatability in aerobic and anaerobic swimming performance of European sea bass, Dicentrarchus labrax. J. Exp. Biol. 213, 26-32 (2010).
- Kolok, A. S., Plaisance, E. P., Abdelghani, A. Individual variation in the swimming performance of fishes: an overlooked source of variation in toxicity studies. Environ. Toxicol. Chem. 17, 282-285 (1998).
- Tierney, K. B., Farrell, A. P. The relationships between fish health, metabolic rate, swimming performance and recovery in return-run sockeye salmon, Oncorhynchus nerka (Walbaum). J. Fish Dis. 27, 663-671 (2004).
- Webber, J. D. Upstream swimming performance of adult white sturgeon: Effects of partial baffles and a ramp. Trans. Am. Fish. Soc. 136, 402-408 (2007).
- Farrell, A. P., Gamperl, A. K., Birtwell, I. K. Prolonged swimming, recovery and repeat swimming performance of mature sockeye salmon Oncorhynchus nerka exposed to moderate hypoxia and pentachlorophenol. J. Exp. Biol. 201, 2183-2193 (1998).
- Flammang, B. E., Lauder, G. V. Speed-dependent intrinsic caudal fin muscle recruitment during steady swimming in bluegill sunfish, Lepomis macrochirus. J. Exp. Biol. 211, 587-598 (2008).
- Brett, J. R. The respiratory metabolism and swimming performance of young sockeye. J. Fish. Res. Board Can. 21, 1183-1226 (1964).
- Blažka, P., Volf, M., Čepela, M. A new type of respirometer for the determination of the metabolism of fish in an active state. Physiol. Bohemoslov. 9, 553-558 (1960).
- Peake, S. J., Farrell, A. P. Fatigue is a behavioural response in respirometer confined smallmouth bass. J. Fish Biol. 68, 1742-1755 (2006).
