Name: 小龙虾的反思记录行为反应 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-05-14T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 30 s
Description: 学习小龙虾对反射壁和透明屏障后活体视觉刺激的行为反应研究方法。该视频展示如何分离视觉线索以研究甲壳类动物的感觉整合机制，为神经科学和行为生物学研究提供重要参考。

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本研究由加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）资助。

1. 社会化
<ol>
	<li>为消除已存在的社会等级，每只小龙虾被单独饲养在独立的塑料容器（30 cm 长 × 17.5 cm 宽 × 13 cm 深）中，容器内装有经过过滤并充气的水，并放置一个小型塑料花盆作为庇护所。若使用透明容器，则需在容器之间放置隔板（例如纸巾），以确保小龙虾在视觉上相互隔离。</li>
	<li>“隔离”组的小龙虾继续单独饲养额外 3 至 14 天。每周换水三次，并喂食三次。</li>
	<li>为建立社会等级，小龙虾在初始隔离后按相同性别配对。称量每只小龙虾的体重，并测量其体长（从额角至尾节）；配对个体的体重和体长差异控制在 10% 以内。使用白色丙烯酸颜料在每只小龙虾的头胸甲上标记以区分个体（通常为其中一只标记一个点，另一只标记一条线）。</li>
	<li>经过 30 分钟的静置期后，将每对小龙虾放入一个洁净的白色塑料容器（48 cm 长 × 25 cm 宽 × 13 cm 深）中进行互动，容器内注入半满的过滤充气水（室温）。该过程可通过连接录像机的摄像机记录在 VHS 录像带上，或通过网络摄像头将视频记录在计算机中。此次互动用于形成优势等级关系。</li>
	<li>初次互动后，每对小龙虾共同饲养在一个更大的塑料容器（58 cm 长 × 30 cm 宽 × 35 cm 深）中，持续额外 3 至 14 天。该容器由过滤系统提供循环水，并配备一根 PVC 管（约 10 cm 长）作为庇护所。</li>
</ol>
2. 测试水族箱的构建与对照组设置
方法一
<ol>
	<li>为观察动物对反射环境的反应，使用一个玻璃或有机玻璃水族箱（52 cm 长 × 25 cm 宽 × 30 cm 高）（图 1）。</li>
	<li>在水族箱一端放置一面镜子（25 cm 长 × 20 cm 高），并用胶水或固定蜡固定；两侧各放置一面镜子（26 cm 长 × 20 cm 高），紧贴端部镜子，并同样用胶水或蜡固定。</li>
	<li>其余箱壁覆盖哑光表面的窗膜，该膜可消除反光，但不影响光照条件。必要时可对膜进行轻微打磨，以确保其完全无反光性。</li>
</ol>
方法二
<ol start="4">
	<li>为了研究对活体小龙虾（“源小龙虾”）提供的视觉刺激的反应，使用一个带有两个端室的聚甲基丙烯酸甲酯（Plexiglas）水族箱（图2）。该水族箱包含一个较大的中央区域（48 cm 长 × 26 cm 宽 × 26 cm 高）和两个大小相同的较小端室（12 cm 长 × 26 cm 宽 × 26 cm 高）。端室与中央区域之间由透明的聚甲基丙烯酸甲酯板隔开，板材经过密封处理，以防止水体和化学信号在各区域间流通。</li>
	<li>整个水族箱的外周覆盖有无反光的哑光塑料，仅保留两端的隔板透明。</li>
	<li>作为对照，使用由油性黏土（例如 Sculptee）制成的立方体来提供来自惰性物体的视觉输入。该立方体（3.5 cm × 3.0 cm × 3.3 cm）体积与源小龙虾相近，并被涂成相似的红色。</li>
</ol>
3. 视觉训练
方法一
<ol>
	<li>在打斗后3至14天内，将小龙虾置于镜面/哑光水箱中进行录像，以确定其优势地位。</li>
	<li>将每只小龙虾单独放入一个含有充氧过滤水和一个塑料花盆（作为庇护所）的塑料容器中。将小龙虾带至测试房间，并在测试前给予30分钟的适应时间。</li>
	<li>测试水族箱的一半内壁贴有镜子，另一半内壁贴有非反光塑料，箱内充入约20 cm深的充氧过滤水。</li>
	<li>通过音频/视频线缆将数码摄像机连接至VHS录像机，并将摄像机置于水族箱上方足够高的位置，以确保可完整观察整个水族箱。视频记录在VHS磁带上。或者，也可使用连接至计算机的网络摄像头，通过视频制作软件进行录像，并将视频存储在DVD上。</li>
	<li>将一对小龙虾中的一只轻轻放入水族箱中央，使用花盆转移，记录其20分钟内的活动情况。录像期间测试房间内无人，以减少额外视觉和听觉输入的干扰。尽可能确保录像环境安静。</li>
	<li>测试结束后，取出小龙虾，排空水族箱，冲洗后重新注满水。</li>
	<li>为平衡实验条件，将水族箱旋转，使镜面位于房间的相反一侧。此举有助于消除可能引起小龙虾偏好水族箱某一侧的未知因素。</li>
	<li>随后，以相同方式对这对小龙虾中的第二只进行测试。</li>
</ol>
方法二
<ol start="9">
	<li>如方法一中所述，将螯虾带入测试室，并使用相同的录像设备进行录像。</li>
	<li>所有区域（中间测试区和两个端区）均注入充气过滤水，水深约 20 cm。</li>
	<li>将一只与待测螯虾体型相近的螯虾放入一端区，对照立方体则放入另一端区。</li>
	<li>利用花盆状庇护所，将待测螯虾轻柔地放置于水族箱中央，并持续录像 20 分钟。</li>
	<li>测试结束后，排空水族箱，冲洗后重新注满水。</li>
	<li>在测试配对中的第二只螯虾前，将源螯虾和对照立方体转移至相对的端区，以平衡实验条件。</li>
</ol>
4. 视觉刺激反应的分析
方法一
<ol>
	<li>为确保实验者对小龙虾的社会地位保持盲态，在分析争斗行为试验之前，先分析其在镜面/哑光水族箱中的行为。</li>
	<li>记录小龙虾在水族箱每一侧所花费的时间。当螯足基节越过水族箱中线时，视为小龙虾从一侧移动至另一侧（图3）。</li>
	<li>同时记录转角、转向、穿越、静止不动和倒退行走等行为的发生频率（行为描述见表1）。</li>
	<li>针对每个社会群体，使用配对t检验比较小龙虾在水族箱反射侧与非反射侧所表现出的行为。</li>
</ol>
方法二
<ol start="5">
	<li>与方法一相同，在分析争斗试验之前，先分析螯虾行为的录像。</li>
	<li>记录螯虾在水族箱任一侧所花费的时间，记录方式如方法一所述。</li>
	<li>记录角落行为、对端朝向、转身、穿越、举身和倒走行为的频率（表1）。</li>
	<li>针对每个社会群体，使用配对t检验比较在供体螯虾侧发生的行为与在对照立方体侧发生的行为。</li>
</ol>
5. 打斗行为分析
<ol>
	<li>观察并评分配对后最初30分钟内的争斗行为。每次30分钟的录像包含多个交互动过程，期间小龙虾会使用螯足和/或触角相互接触。在这些互动中，螯足通常用于推挤、击打或抓握对手，触角有时用于抽打对手。一只小龙虾可能试图将对手翻转并按压至缸底。每次互动以其中一只小龙虾后退行走或弹动尾扇进行“逃逸游泳”而告终。</li>
	<li>记录攻击性互动的次数，并记录每次互动中后退逃离的小龙虾个体（通过胸甲上的颜料标记确定身份）。在每次30分钟的记录时段中，若某只小龙虾在多数互动中失败，则判定其为失败者，另一只则判定为胜利者。</li>
</ol>
6. 代表性结果
在30分钟的争斗期间，所有个体对都会表现出争斗行为。这些行为包括触角拍打、突进、推挤、抓握、螯足击打以及将对手翻转，如其他文献所报道（例如 May &amp; Mercier 2006, 2007）。最终，每对小龙虾中会有一个个体持续后退并避免进一步接触。该后退的个体被判定为失败者，等级定为从属；而获胜的个体则被定为优势等级。
在整个配对共养期间，可通过观察克氏原螯虾在饲养缸中的行为来监测其等级地位，饲养缸中仅放置一个用于庇护的塑料管。优势个体 invariably 占据庇护所，而从属个体则不会进入。从属个体常将螯足并拢并伸向前方行走，而优势个体通常将螯足抬起并张得更开（Guiasu & Dunham, 1998）。当向饲养缸中添加新食物时，优势个体通常优先取食。在我们对 P. clarkii 的研究中（如 May & Mercier 2006, 2007），连续配对三天后通常不会出现等级逆转现象。
在极少数情况下，配对期结束前会有一只个体死亡。如果配对期较长（例如14天），或小龙虾在体型或体重上过于接近，则更易发生此类情况。因此，保持约10%的体重差异可避免死亡事件。若配对中有一只个体死亡，则另一只个体的数据不纳入研究分析。
优势个体和劣势个体的小龙虾对反射环境通常表现出不同的反应。优势个体始终在反射侧花费更多时间，而劣势个体和孤立个体则不会（May &amp; Mercier, 2006, 2007）。优势个体在反射侧表现出更频繁的转角和转向行为，而在非反射侧则较少，但孤立个体和劣势个体通常没有这种表现。然而，优势与劣势小龙虾之间的这些差异并非立即形成，而是随着3至14天的配对期逐渐发展而来（May &amp; Mercier, 2007）。
初步证据表明，在与活体小龙虾（来源小龙虾）配对 3 天后，优势小龙虾和从属小龙虾对来源小龙虾提供的视觉线索反应不同（May et al., 2008）。优势小龙虾在靠近来源小龙虾的一侧停留的时间更长，并在该侧角落处停留更久；而从属小龙虾在两侧之间则未表现出此类差异。
<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
 	<td>行为</td>
			<td>描述 </td>
	 </tr>
 	 <tr>
			<td>转弯</td>
			<td>面向水族箱的角落，并保持至少5秒，使双螯的尖端分别接触不同的箱壁（图4）</td>
	 </tr>
 	 <tr>
			<td>端面</td>
			<td>至少用一个爪尖接触水箱一端的池壁并持续面对池壁5秒以上（图5）</td>
	 </tr>
 	 <tr>
			<td>转向 </td>
			<td>将行走路径方向从顺时针改为逆时针或 反之亦然 （图6）</td>
	 </tr>
 	 <tr>
			<td>杂交</td>
			<td>离开水族箱边缘并行走至至少一个体长距离的任意其他壁面（图7）</td>
	 </tr>
 	 <tr>
			<td>倒走</td>
			<td>向后行走至少一个体长的距离</td>
	 </tr>
 	 <tr>
			<td>冷冻</td>
			<td>所有可见运动（包括附肢和触角的运动）突然停止，持续至少5秒</td>
 	 </tr>
 <tr>
			<td>后肢站立</td>
			<td>利用第四和第五对步足站立，同时将胸部腹面抵住墙壁，并至少将一条步足置于墙壁上</td>
 	 </tr>
 </tbody>
</table>
表1. P. clarkii 在测试水箱中央区域表现出的行为。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig1.jpg" alt="光反射对比图：镜面与哑光表面特性。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 图1. 方法I中所用鱼缸的示意图。鱼缸的一半内壁贴有镜子，另一半内壁则贴有无反光塑料。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig2.jpg" alt="甲壳类迷宫实验示意图，带有透明屏障，行为学研究装置。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图2"> 图2. 方法II中所用 aquarium 的示意图。该水箱包含一个中央区域，用于放置待测螯虾，以及两个末端腔室，由完整的聚甲基丙烯酸甲酯（Plexiglas）屏障隔开。在一个末端腔室内放置一只活体螯虾，在另一个末端腔室内放置一个立方体作为对照。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig3.jpg" alt="小龙虾选择实验示意图；分隔线；明暗区域偏好研究。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 3"> 图 3. 实验水族箱示意图，中线以垂直虚线表示。当螯足的基节越过中线时，即视为小龙虾从一侧移动至另一侧。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig4.jpg" alt="龙虾在水箱中的行为研究；行为观察实验；海洋生物学研究。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 4"> 图 4. 小龙虾转弯时位置的示意图。注意两个螯的尖端分别接触不同的池壁。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig5.jpg" alt="小龙虾朝向示意图；实验行为研究设置中的末端面对位置。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 5"> 图 5. 指示小龙虾面对端壁时所处位置的示意图。注意两个螯足均接触同一侧壁面。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig6.jpg" alt="流动过程，带有编号步骤和方向箭头的静态平衡示意图。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图6"> 图6. 示意图说明转向行为。改变运动方向即构成一次转向。转向可发生在角落处（例如从方向1转向方向2，或从方向4转向方向5），也可发生在侧边（图中未显示）。以相同方向进入并离开角落（例如从方向1到方向3）不视为一次转向。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig7.jpg" alt="静态平衡示意图；龙虾受力矢量图；力学力的研究。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图7"> 图7. 显示穿越行为的示意图。当龙虾离开一个侧壁并移动到另一侧壁，且与最近侧壁的距离至少为一个体长时（箭头所示），即发生穿越行为。
<img src="/files/ftp_upload/1956/1956fig8.jpg" alt="在水族箱中进行的小龙虾行为研究；用于动物行为分析的反射观察。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 8"> 图 8. 描绘抬身行为的照片。小龙虾以后两对步足站立，并将身体抬起紧贴墙壁，至少有一对步足与墙壁接触。

<ol><li>Bruski, C. A., Dunham, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+importance+of+vision+in+agonistic+communication+of+the+crayfish+Orconectes+rusticus.+I%3A+an+analysis+of+bout+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Behav%22%5BJournal%5D)">The importance of vision in agonistic communication of the crayfish Orconectes rusticus. I: an analysis of bout dynamics.</a> Behav. 103, 83-107 (1987).</li>
<li>Delgado-Morales, G., Hernandez-Falcon, J., Ramon, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Agnostic+behavior+in+crayfish%3Athe+importance+of+sensory+inputs%5BTitle%5D)+AND+%22Crustaceana%22%5BJournal%5D)">Agnostic behavior in crayfish:the importance of sensory inputs.</a> Crustaceana. 77 (1), 1-24 (2004).</li>
<li>Guiasu, R. C., Dunham, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inter-form+agonistic+contests+in+male+crayfishes%2C+Cambarus+robustus+%28Decapoda%2C+Cambaridae%29%5BTitle%5D)+AND+%22Invert.+Biol.%22%5BJournal%5D)">Inter-form agonistic contests in male crayfishes, Cambarus robustus (Decapoda, Cambaridae).</a> Invert. Biol.. 117 (2), 144-154 (1998).</li>
<li>May, H. Y., Mercier, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responses+of+crayfish+to+a+reflective+environment+depend+on+dominance+status%5BTitle%5D)+AND+%22Can.+J.+Zool%22%5BJournal%5D)">Responses of crayfish to a reflective environment depend on dominance status.</a> Can. J. Zool. 84 (8), 1104-1111 (2006).</li>
<li>May, H. Y., Mercier, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Joffre+Duration+of+socialization+influences+responses+to+a+mirror%3A+responses+of+dominant+and+subordinate+crayfish+diverge+with+time+of+pairing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Joffre Duration of socialization influences responses to a mirror: responses of dominant and subordinate crayfish diverge with time of pairing.</a> J. Exp. Biol. 210, 4428-4436 (2007).</li>
<li>Responses of Crayfish to a Visual Stimulus Provided by a Conspecific. May, H. Y., Luebbert, J., Mercier, A. J. 34th Annual East Coast Nerve Net, 2008 Apr 4-6, Woods Hole, MA, , Marine Biological Laboratory. Woods Hole, MA. (2008).</li>
</ol>

无利益冲突声明。

优势个体小龙虾在反光环境中停留时间更长，这一观察结果表明，它们能将反射影像识别为同种个体，并且视觉线索足以引发其接近行为。使用活体小龙虾代替反射影像所得出的类似结果也支持这一解释。从属个体和隔离饲养的小龙虾均未表现出对反光环境的偏好，且从属个体对活体小龙虾的兴趣也不高于对立方体的兴趣。因此，小龙虾对视觉线索的反应取决于其优势等级。目前尚不清楚小龙虾是特别被小龙虾的图像吸引，还是被运动所吸引。尽管如此，仍可通过使用镜子以及透过透明隔板呈现的图像来探究视觉输入的作用，并识别相关的视觉线索。
先前的研究结果表明，经过仅30分钟的配对后，优势个体与从属个体的小龙虾对反射表面的反应基本相同；而在配对3至14天后，行为差异逐渐显现，这是由于失败个体的行为发生了改变（May & Mercier, 2007）。因此，个体在视觉线索刺激下所表现出的行为既取决于互动的结果，也取决于社会交往的持续时间。已知赢得或输掉争斗性互动会影响未来互动的成功率，获胜会增加再次获胜的可能性，而失败则会提高后续失败的概率（Hsu & Wolf, 1999）。失败的小龙虾在视觉线索下所表现出的行为可塑性，其潜在机制可能...

<table><tbody><tr><td>单室测试水箱</td><td>Brock University Machine Shop</td><td></td><td></td></tr><tr><td>端室测试水箱</td><td>Brock University Machine Shop</td><td></td><td></td></tr><tr><td>隔离容器</td><td>Rubbermaid</td><td></td><td>盖子上有尺寸为 30 cm × 17.5 cm × 13 cm 的孔，以便在盖上盖子时允许空气和光线通过</td></tr><tr><td>争斗实验舱</td><td></td><td></td><td>48 cm × 25 cm × 13 cm</td></tr><tr><td>社会性饲养舱</td><td></td><td></td><td>58 cm × 30 cm × 35 cm</td></tr><tr><td>小型塑料花盆</td><td></td><td></td><td>用作庇护所</td></tr><tr><td>Coolpix 4500 相机</td><td>Nikon Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>T120 录像带录像机</td><td>RCA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>计算机</td><td></td><td></td><td>Windows Movie Maker 或其他视频采集软件</td></tr><tr><td>网络摄像头</td><td>Logitech</td><td></td><td></td></tr><tr><td>油性黏土</td><td>Sculptee</td><td></td><td>用于制作对照立方体</td></tr><tr><td>红色乳胶漆</td><td>FolkArt</td><td></td><td>用于制作对照立方体</td></tr><tr><td>水性清漆</td><td>FolkArt</td><td></td><td>用于制作对照立方体</td></tr></tbody></table>

记录小龙虾对镜像反射的行为反应

Recording Behavioral Responses to Reflection in Crayfish

社会行为依赖于视觉、机械和嗅觉系统的感觉输入。一个重要的问题在于每种感觉模式在引导行为中的相对作用。通过将视觉刺激与机械和化学感觉刺激隔离开来，已对视觉输入的作用进行了研究。在一些研究中（Bruski &amp; Dunham, 1987；Delgado-Morales et al., 2004），研究人员使用眼罩或低光照强度去除视觉输入，从而阐明了其余感觉模式的影响。另一种方法是在缺乏任何适当机械和化学感觉线索的情况下研究视觉输入的影响。该方法旨在确定视觉输入的独立作用。
我们采用了两种方法，在不提供化学和机械线索的情况下向小龙虾提供视觉刺激。第一种方法是将小龙虾置于一个水族箱中进行录像，水族箱一半的壁面覆盖镜子以提供反射环境，另一半壁面则覆盖无反射性的（哑光表面）塑料。这使小龙虾可以在反射性和非反射性环境之间进行选择。反射环境能够在小龙虾于水箱一半区域活动时，通过其自身移动的反射影像提供视觉线索；而水箱的非反射性一半区域则缺乏此类视觉线索。另一种方法是将小龙虾置于一个水族箱中进行行为录像，水族箱两端各设有一个较小的隔间，其中一个隔间内放置一只小龙虾以提供视觉线索，而另一端隔间内放置一个静止的非生物物体，以提供来自非移动、非小龙虾来源的视觉输入。
我们已发表的研究结果表明，小龙虾对反射环境的反应取决于其社会化程度和社会等级。经过社会化的小龙虾在反射环境中停留的时间更长，并且在该环境中表现出某些行为的频率高于非反射环境；而隔离饲养的小龙虾则未表现出此类差异。以同性别成对饲养的小龙虾会形成优势或从属的社会等级。优势个体与从属个体对反射的反应存在差异（May &amp; Mercier, 2006; May &amp; Mercier, 2007）。优势小龙虾在反射侧停留的时间更长，进入反射角落的次数更多，在反射角落停留的时间也比非反射侧更长。从属小龙虾在反射侧倒退行走的频率高于非反射侧。初步数据表明，来自相邻小隔室中小龙虾提供的视觉线索可能产生类似效应（May et al., 2008）。

我们已开发出两种方法，用于在无触觉和化学线索的情况下研究视觉线索对行为的影响。其中一种方法涉及对小龙虾在水族箱中对反光墙壁的反应进行录像；另一种方法则考察由透明隔板后一只活体小龙虾所提供的视觉输入所产生的效应。

社会行为依赖于视觉、机械和嗅觉系统的感官输入。一个重要的问题在于各系统所起的相对作用……

recording-behavioral-responses-to-reflection-in-crayfish

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

小龙虾的反思记录行为反应

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测量斑马鱼对光强度变化反应性的行为学实验

通过将神经生理记录与高速视频技术相结合，可获得自由活动动物神经活动模式的非侵入性测量结果。...

自由活动动物神经环路激活的记录

无脊椎动物表现出一种类似于脊椎动物的自主性交感样反应。通过心血管系统与呼吸系统的协调，可以测量出用于评估生物体内部状态的生物学指标。...

自由活动 crayfish 心率和通气率的测量方法

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小龙虾腿部伸肌上高输出与低输出神经肌肉接头的生理记录

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