التحمل بروتوكول التدريب والمقايسات الأداء الطولية لذبابة الفاكهة الدروسوفيلا

الهدف من التجربة التالية هو تدريب ذباب Dsof وMelanogaster باستخدام برنامج تمارين تحمل مبتكر وتقييم آثار التدريب البدني. ويتم تحقيق ذلك باستخدام جهاز آلي يقوم برفع وخفض عدة قوارير من الذباب بشكل متكرر، مما يحفز استجابة التسلق الغريزية لدى الذباب، وبذلك يمنح الذباب جلسة تمرين. يتم تدريب الذباب يومياً وفق جدول تصاعدي يتراوح من ساعتين إلى ثلاث ساعات على مدار فترة تدريب تستمر لثلاثة أسابيع.

بعد ذلك، يتم إخضاع الذباب لمختلف المقاييس السلوكية لقياس آثار التمرين. وتظهر النتائج أن الذباب الذي مارس التمرين يتسلق بشكل أسرع، كما تم قياسه بواسطة مقاياس المحور الجيولوجي السلبي المستحث سريعاً أو مقاياس الحلقة. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية مثل تدريب القدرة على التحمل في الحيوانات الأخرى في المجموعة الواسعة من الأدوات المتاحة للتلاعب بجينات drosophila.

في دراسة تمارين التحمل، خطرت لنا فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما كنا نجري العديد من اختبارات الانتحاء الأرضي السلبي الفردي. وقد تساءلنا عن المدة التي يمكن للذباب خلالها الاستمرار في التسلق، وما إذا كان بإمكاننا تدريبهم على التحمل بهذه الطريقة. تم بناء برج الطاقة على قطعة مستطيلة من الخشب الرقائقي المثبتة بمشبك على طاولة.

دوران بمعدل 4.5 دورة في الدقيقة. يستقر المحرك التروسى على عدة ألواح وهو متصل بدارة تحكم في السرعة، وصمام كهربائي (فيوز)، ومفتاح تشغيل. وفي صندوق توصيل، توجد مروحة بحجم ثلاث بوصات مثبتة داخل أنبوب معدني وموجهة نحو المحرك بغرض التبريد.

يتصل بالمحرك ذراع دوار مزود بأسطوانة. وعندما يدور المحرك والذراع، فإنهما يضغطان على أحد طرفي قضيب منحنٍ مثبت على لوح خشب رقائقي. وبوجود مفصلة باب على الجانب الآخر من القضيب، يتم تركيب عجلة بحيث يمكنها التدحرج مقابل منصة.

تتحرك المنصة للأعلى وللأسفل أثناء دوران المحرك، حيث يتم ضبط قدرة المحرك بحيث تستغرق الدورة الدورانية الكاملة 15 ثانية. وتُثبت رفوف أنابيب الذباب على المنصة بواسطة حبال مرنة، كما يتم تأمين الأنابيب الموضوعة في هذه الرفوف باستخدام شاشة مثبتة أيضاً بالمنصة. وبفضل الحبال المرنة، تستطيع المنصة الانزلاق للأعلى وللأسفل على منزلقات أدراج قياسية، بينما تعمل وسادة من الفلين (styrofoam) على تخميد صدمة سقوطها. ويتم تشغيل برج الطاقة في غرفة محكومة درجة الحرارة لتطابق الظروف التي يتم تربية الحيوانات فيها.

لإجراء تجربة تمرين، يلزم توفير 240 ذبابة ذكر كحد أدنى من نفس الفئة العمرية للمراقبة الطولية للتحمل وقدرة التسلق أو المحور الجغرافي السلبي. يتم الحفاظ على الذباب في مجموعات مكونة من 20 ذبابة لكل أنبوب. تُقسم الأنابيب إلى مجموعتين متساويتين في الحجم، إحداهما ستخضع للتمرين، ويجب سد أنابيب هذه المجموعة باستخدام سدادات flugs، بينما يتم سد مجموعة الضبط بسدادات إسفنجية.

تُستخدم الإسفنجة من أجل التثبيت لأن حجمها القابل للتكيف يسمح بوضعها بسهولة بالقرب من قاع القارورة. كما تساهم مادة الإسفنج الأكثر ليونة في تقليل الإصابات التي تسببها السدادات الأكثر صلابة. ويجب استبدال قارورات الطعام كل يومين قبل إجراء الاختبار.

أثناء التدريب، تظل الذباب في أنابيب الغذاء لأن استخدام الأنابيب الفارغة يؤدي إلى إصابة عدد أكبر من الذباب بجروح مرتبطة بالتدريب. عند وضع أنابيب ذباب المجموعة الضابطة على برج الطاقة، اضغط سدادات الإسفنج لأسفل لتكون على ارتفاع حوالي ثلاثة مليمترات فوق مستوى الغذاء، وبذلك يتم تقييد حركة الذباب.

الحركة لضمان اتساق النتائج. يتم اختبار كلتا مجموعتي الذباب لمدة خمسة أيام متتالية في الأسبوع، باستخدام جدول تصاعدي يزيد من وقت الجلسة الواحدة من ساعتين إلى ثلاث ساعات يومياً على مدار فترة زمنية مدتها ثلاثة أسابيع. وبالطبع، يمكن تطبيق أي نظام آخر.

يعد الاتساق في المعاملة، ووقت اليوم، وطرق المقايسة على مدى فترة زمنية تبلغ ثلاثة أسابيع أمراً ضرورياً. كما أن الجدولة الدقيقة والتدرب على الإجراءات يقللان من احتمالية حدوث أخطاء ناتجة عن الإجهاد. ويمكن إجراء المقايسات طولياً على الذباب قبل نظام التدريب أو بعده أو خلاله.

ويمكن استخدامه أيضاً لتقييم الاستجابة الأكثر أماناً لمتغير بيئي ما. قم بإجراء مقايسة الإجهاد في يوم لا يتم فيه التدريب. وفي بداية اليوم، قم بتحميل كلتا مجموعتين من الذباب على برج الطاقة.

قم بتنشيط الجهاز وراقب كل أنبوبة مرة كل 10 دقائق. إذا صعدت خمس ذبابات أو أقل في الأنبوبة إلى ارتفاع يزيد عن بوصتين في أربع قطرات متتالية، فإن هذه المجموعة من الذباب تُعتبر مجهدة. قم بإزالة الذباب المجهد من برج الطاقة بينما لا يزال يعمل، وسجل وقت الإزالة.

راقب جميع القوارير لمدة أقصاها 10 ساعات وقم بتجميع النتائج. يُجرى مقايسة واحدة للتقدير الكمي. يتمثل تأثير التدريب في القياس اليومي لسرعة الجري، والذي يمكن تنفيذه طوال فترة نظام التدريب وما بعدها.

لقياس التأثير طويل الأمد للتدريب. لبدء اختبار سرعة التسلق أو اختبار الحلقة، انقل الذباب أولاً إلى أنابيب فارغة جديدة وضع صفاً من ست أنابيب في حامل أنابيب. تُستخدم قطع ملفوفة من الشريط اللاصق لتثبيت الأنابيب في الحامل.

بعد ذلك، ضع الحامل أمام مصدر ضوئي، مثل صندوق عرض الأشعة السينية الذي يوفر إضاءة متساوية للقوارير. الآن، قم بإعداد الكاميرا لتصوير الحامل بحيث يكون موقع كل ذبابة مرئيًا داخل كل قارورة. ثم قم بالنقر على القوارير الست لإسقاط جميع الذباب إلى قاع القوارير والتقط صورة محددة بزمن.

بعد مرور ثانيتين من سقوط جميع الذباب. في حال استخدام وميض الكاميرا، يجب استخدامه بشكل ثابت وموحد. كرر هذه العملية أربع مرات لكل مجموعة من الأنابيب قبل الانتقال إلى برج الطاقة.

لتحليل البيانات، قم بتقييم كل صورة على حدة باستخدام برنامج حاسوبي لتحديد الحدود العليا والسفلى للأنبوبة. ثم قم بقياس ارتفاع التسلق لكل ذبابة. بعد ذلك، انسخ قيم ارتفاعات التسلق إلى برنامج excel.

تُعطى كل ذبابة في كل أنبوبة درجة من صفر إلى أربعة بناءً على ارتفاع الربع الذي وصلت إليه؛ حيث تحصل على درجة أربعة عند الصعود إلى الربع الأعلى، ودرجة صفر في حال عدم الصعود مطلقاً. بالنسبة لكل أنبوبة، احسب درجة كل ذبابة من الذبابات العشرين، ثم استخرج متوسط درجات المجموعة.

يُطلق على هذا مؤشر التسلق. ويُستخدم متوسط مؤشرات التسلق الأربعة لكل مجموعة في ذلك اليوم لتحليل البيانات. وفي حال عدم توفر برنامج لمعالجة الصور، يمكن رسم خطوط تقسيم ربعية على القوارير الفارغة، وتعيين قيم الأرباع للذباب يدويًا، بينما استجابت الذبابات من هذا النوع لبروتوكول التحمل بانخفاض أقل حدة في قدرة التسلق المرتبطة بالعمر.

وقد استمر ذلك بعد انتهاء التدريب، كما ظهر في اختبارات الحلقة الطولية على مدار خمسة أسابيع من العمر. وبالتالي، يمكن استخدام تحفيز التمرين من خلال برنامج برج القوة (power tower) كمدخل سلوكي، ومن ثم تقييم قدرة العوامل الوراثية أو البيئية على تعديل هذا التأثير. وعلى العكس من ذلك، يمكن استخدام برج القوة أيضاً كمخرج.

على سبيل المثال، عند اختبار الوقت اللازم للوصول إلى مرحلة الإجهاد في ذباب يتناول نظاماً غذائياً يحتوي على نسب متفاوتة من السكروز، تبين أن زيادة محتوى السكروز ارتبطت بزيادة القدرة على التحمل. وأثناء محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم التأكد من أن جميع مجموعات الذباب متطابقة في العمر، ومن تنفيذ الطرق بشكل متسق طوال فترة التجربة.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تدريب وتقييم قدرة التحمل لدى الذباب من أي نمط جيني.