Name: 特征对斑马鱼磁场敏感性的影响评价 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-18T14:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 47 s
Description: 探索斑马鱼个性特征如何影响其对水流和磁场等环境线索的定向反应。该方法利用游泳隧道观察行为，适用于研究行为生态学和感觉生物学，可推广至其他水生动物。

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本研究得到了那不勒斯费德里科二世大学物理系和生物系基础研究基金的支持。作者感谢意大利国家研究委员会应用计算研究所的Claudia Angelini博士在统计分析方面提供的支持。作者感谢Martina Scanu和Silvia Frassinet在数据收集过程中提供的技术帮助，以及系内技术人员F. Cassese、G. Passeggio和R. Rocco在实验装置的设计与实现过程中提供的娴熟协助。感谢Laura Gentile在视频拍摄期间协助开展实验。感谢迈阿密大学的Diana Rose Udel拍摄了Alessandro Cresci的访谈陈述。

本方案已获得意大利那不勒斯费德里科二世大学动物实验伦理委员会（2015年）批准。
1. 动物饲养
<ol>
	<li>使用至少 200 L 的水箱饲养每箱不少于 50 条雌雄个体混合的鱼群。 
	注意：水箱中鱼的密度必须控制在每 2 L 水体不超过 1 条鱼。在此条件下，斑马鱼将表现出正常的群游行为。</li>
	<li>设定饲养条件如下：温度 27–28 °C；电导率 &lt;500 μS；pH 值 6.5–7.5；NO3 浓度 &lt;0.25 mg/L；光照周期为 10 小时光照 : 14 小时黑暗。 
	注意：混合种群以及分离开的主动型和被动型种群必须采用相同的饲养条件。</li>
</ol>
2. 斑马鱼的个性选择
<ol>
	<li>在安静的房间内准备并放置个性选择实验缸（图3），缸内使用与饲养缸相同的水。</li>
	<li>将视频摄像机置于实验缸的上方或侧面。将摄像机连接至计算机，并将显示器放置在无法直接看到实验缸的区域。</li>
	<li>从饲养缸中随机选取九条鱼，使用无结网将其转移至个性选择实验缸的暗侧。 
	注意：尽量减少与鱼缸及鱼类的接触时间，避免噪音和快速移动。如有必要，可使用小体积运输缸（约2 L）转移鱼类，运输缸中应加入饲养缸的水。为避免鱼类暴露于空气中，可使用250 ml烧杯，轻柔引导鱼类进入烧杯。尽量缩短捕获时间，避免一次捕获多条鱼，以防对鱼类造成物理损伤；鱼类在网中停留时间不应超过数秒，以减少应激反应。在转移至实验缸前，应让鱼类自由摄食。这可降低因觅食行为差异而影响后续实验中个体行为的可能性22。重复实验应在每天的同一时间进行，以最小化因可能存在的昼夜节律导致的实验组行为变异23。</li>
	<li>经过1小时的适应后，打开滑动门。 
	注意：在10分钟内从孔洞中离开并探索实验缸明亮一侧的个体被视为主动型个体21。</li>
	<li>10分钟后，轻柔地将主动型个体从缸中移出，并转移至主动型饲养缸。</li>
	<li>15分钟后，收集仍留在暗箱中的鱼类，这些个体被视为被动型个体21，并将其转移至被动型饲养缸。 
	注意：对于在10分钟后才进入实验缸明亮一侧的鱼类应予以剔除21。每次对九条鱼进行个性测试，直至获得第5节所述实验所需的足够数量的主动型和被动型个体。可定期使用相同方法检测主动型和被动型个性的稳定性。</li>
</ol>
3. 一维磁场操控建立磁场的设置27
<ol>
	<li>打开电源装置（图2A）。</li>
	<li>将盘绕的隧道放置在将要进行趋流性实验的位置（第5节），但暂时不要将其连接到游泳装置上（图2A）。将连接至高斯/特斯拉计的磁探头放入隧道内部，并确定沿隧道主轴方向产生所需磁场强度所需的电压。 
	注意： 由于螺线管线圈的磁学特性，隧道内部的磁场分布相对均匀；可通过缓慢水平和垂直移动探头来验证这一点。</li>
	<li>断开探头连接，并将流动隧道连接至游泳装置。</li>
	<li>开始进行趋流性实验（第5节）。</li>
</ol>
4. 三维磁场操控系统的磁场设置27
<ol>
	<li>打开CPU、DAC和线圈驱动器（图2B）。</li>
	<li>在三个轴（x、y和z）上分别设置选定的磁场。</li>
	<li>将隧道置于亥姆霍兹线圈组的中心位置。</li>
	<li>开始趋流性实验方案（第5节）。</li>
</ol>
5. 流动室中斑马鱼趋流性的测试
<ol>
	<li>使用一个侧面和底部不透明的2 L水箱，将一至五条鱼转移至流道中。</li>
	<li>开启水泵，并将流道中的流速设定为1.7 cm/s。 
	注意：这种缓慢流动的水可保持流道内水体的溶氧量，并有助于鱼类恢复。</li>
	<li>让鱼类在游泳流道中适应1小时。</li>
	<li>开始对流道中鱼类的行为进行视频记录。 
	注意：我们使用了一台带远程控制功能（例如蓝牙）的摄像机（如Yi 4K Action），并将视频保存为.mpg格式（30帧/秒）。</li>
	<li>根据所选的实验方案逐步增加流速（本研究中为1.3 cm/s；图4）。 
	注意：本实验采用较低的流速，对于斑马鱼而言，范围为0至2.8 BL（体长）/s。这些流速处于诱导斑马鱼持续定向游泳的流速范围的较低水平（临界游泳速度[Ucrit]的3%–15%）24。采用低流速（遵循Brett的实验方案25）与该物种在水流存在下的特定行为特征相关。斑马鱼倾向于沿实验腔室的长轴方向游动，频繁转弯，即使在有水流的情况下，也常同时向上游和下游游动24,26。这种行为受水流速度影响，在相对较高的流速（>8 BL/s）下消失26，此时鱼类持续朝向上游方向游动（完全正向趋流反应）。垂直和横向位移极为罕见。</li>
	<li>在形态测量室拍摄的鱼类图像上进行动物形态测量（性别及总长度[TL]、叉长[FL]或体长[BL]）。
	<ol>
		<li>选择合适的图像。</li>
		<li>在ImageJ中打开图像。</li>
		<li>记录动物的性别（雄性斑马鱼体型较纤细，通常呈黄褐色；雌性则体型较圆润，通常带有蓝色和白色斑纹）。</li>
		<li>点击 分析 &gt; 设定比例尺，以流道的整个水平长度为参考，将图像的比例尺设定为厘米。</li>
		<li>点击 分析 &gt; 测量，记录动物的线性长度。</li>
		<li>计算其体重（BW）。 
		注意：BW根据实验室先前建立的性别-叉长-体重关系或元数据计算得出。整个过程避免了对动物的直接操作，从而减少应激反应。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. 视频追踪
<ol>
	<li>使用 Tracker 4.84 视频分析与建模工具打开视频文件。 
	注意：如有必要，使用透视和径向畸变滤镜校正视频畸变。</li>
	<li>在顶部菜单中点击坐标系，并将长度单位设置为厘米，时间单位设置为秒。</li>
	<li>点击文件 &gt; 导入 &gt; 视频，在 Tracker 4.84 中打开其中一个视频。</li>
	<li>点击“坐标轴”，设置参考系以追踪鱼类随时间的位置变化，其中 x 轴沿通道方向。将原点设在下游末端壁的低角处（即水流出口位置）。</li>
	<li>点击轨迹 &gt; 新建 &gt; 质点，并逐条鱼进行追踪。对每条鱼在每个流速下所处的最后 5 分钟进行追踪。</li>
	<li>以每五帧（0.5 秒）为间隔手动推进视频，标记动物每次由上游转向下游（UDt；见图 5中的红点）以及由下游转向上游（DUt；见图 5中的蓝点）时的时间和位置。 
	注意：以鱼眼位置作为确定鱼体位置的参考点，使用质点法追踪动物位置。排除任何非定向游动阶段（即机动时间）。</li>
	<li>每次追踪结束后，从软件窗口右下角的表格中选择 x 值和时间值。右键单击数据，选择复制数据 &gt; 完整精度。</li>
	<li>将所有转向点的时间值和 x 值保存至模板电子表格文件中，用于计算每个流速阶段的总上游时间（所有 UDt 与 DUt 之间时间间隔的总和）和总下游时间（所有 DUt 与 UDt 之间时间间隔的总和），以及计算每个流速阶段的趋流指数百分比值（RI%）（见图 5）。 
	注意：趋流行为通过鱼类面向上游的时间占总定向时间的比例来量化（包括游动或偶尔静止不动[即停留在通道底部]的状态27）。该比例定义为 RI%（见图 5）。 
	<img alt="静力平衡公式，RI 计算，百分比方程，研究方法，科学分析" src="/files/ftp_upload/59229/59229eq1.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="方程"></li>
</ol>

<ol><li>Nathan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+movement+ecology+paradigm+for+unifying+organismal+movement+research%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">A movement ecology paradigm for unifying organismal movement research.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19052-19059 (2008).</li>
<li>Holyoak, M., Casagrandi, R., Nathan, R., Revilla, E., Spiegel, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trends+and+missing+parts+in+the+study+of+movement+ecology%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Trends and missing parts in the study of movement ecology.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19060-19065 (2008).</li>
<li>Miller, N., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+Schooling+to+Shoaling%3A+Patterns+of+Collective+Motion+in+Zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">From Schooling to Shoaling: Patterns of Collective Motion in Zebrafish (Danio rerio).</a> PLoS ONE. 7 (11), 8-13 (2012).</li>
<li>Chapman, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+orientation+strategies+for+movement+in+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Animal orientation strategies for movement in flows.</a> Current Biology. 21 (20), R861-R870 (2011).</li>
<li>Montgomery, J. C., Baker, C. F., Carton, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+lateral+line+can+mediate+rheotaxis+in+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The lateral line can mediate rheotaxis in fish.</a> Nature. 389 (6654), 960-963 (1997).</li>
<li>Baker, C. F., Montgomery, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+sensory+basis+of+rheotaxis+in+the+blind+Mexican+cave+fish%2C+Astyanax+fasciatus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Physiology+A%3A+Sensory%2C+Neural%2C+and+Behavioral+Physiology%22%5BJournal%5D)">The sensory basis of rheotaxis in the blind Mexican cave fish, Astyanax fasciatus.</a> Journal of Comparative Physiology A: Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 184 (5), 519-527 (1999).</li>
<li>Putman, N. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Inherited+Magnetic+Map+Guides+Ocean+Navigation+in+Juvenile+Pacific+Salmon%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">An Inherited Magnetic Map Guides Ocean Navigation in Juvenile Pacific Salmon.</a> Current Biology. 24 (4), 446-450 (2014).</li>
<li>Cresci, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glass+eels+%28Anguilla+anguilla%29+have+a+magnetic+compass+linked+to+the+tidal+cycle%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Glass eels (Anguilla anguilla) have a magnetic compass linked to the tidal cycle.</a> Science Advances. 3 (6), 1-9 (2017).</li>
<li>Newton, K. C., Kajiura, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+field+discrimination%2C+learning%2C+and+memory+in+the+yellow+stingray+%28Urobatis+jamaicensis%29%5BTitle%5D)+AND+%22Animal+Cognition%22%5BJournal%5D)">Magnetic field discrimination, learning, and memory in the yellow stingray (Urobatis jamaicensis).</a> Animal Cognition. 20 (4), 603-614 (2017).</li>
<li>Langdon, S. A., Collins, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+the+maximal+swimming+performance+of+Australasian+glass+eels%2C+Anguilla+australis+and+Anguilla+reinhardtii%2C+using+a+hydraulic+flume+swimming+chamber%5BTitle%5D)+AND+%22New+Zealand+Journal+of+Marine+and+Freshwater+Research%22%5BJournal%5D)">Quantification of the maximal swimming performance of Australasian glass eels, Anguilla australis and Anguilla reinhardtii, using a hydraulic flume swimming chamber.</a> New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research. 34 (4), 629-636 (2000).</li>
<li>Faillettaz, R., Durand, E., Paris, C. B., Koubbi, P., Irisson, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swimming+speeds+of+Mediterranean+settlement-stage+fish+larvae+nuance+Hjort%E2%80%99s+aberrant+drift+hypothesis%5BTitle%5D)+AND+%22Limnology+and+Oceanography%22%5BJournal%5D)">Swimming speeds of Mediterranean settlement-stage fish larvae nuance Hjort’s aberrant drift hypothesis.</a> Limnology and Oceanography. 63 (2), 509-523 (2018).</li>
<li>Takebe, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+respond+to+the+geomagnetic+field+by+bimodal+and+group-dependent+orientation%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Zebrafish respond to the geomagnetic field by bimodal and group-dependent orientation.</a> Scientific Reports. 2, 727(2012).</li>
<li>Osipova, E. A., Pavlova, V. V., Nepomnyashchikh, V. A., Krylov, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+magnetic+field+on+zebrafish+activity+and+orientation+in+a+plus+maze%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Processes%22%5BJournal%5D)">Influence of magnetic field on zebrafish activity and orientation in a plus maze.</a> Behavioural Processes. 122, 80-86 (2016).</li>
<li>Cresci, A., De Rosa, R., Putman, N. F., Agnisola, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Earth-strength+magnetic+field+affects+the+rheotactic+threshold+of+zebrafish+swimming+in+shoals%5BTitle%5D)+AND+%22Comparative+Biochemistry+and+Physiology+-+Part+A%3A+Molecular+and+Integrative+Physiology%22%5BJournal%5D)">Earth-strength magnetic field affects the rheotactic threshold of zebrafish swimming in shoals.</a> Comparative Biochemistry and Physiology - Part A: Molecular and Integrative Physiology. 204, 169-176 (2017).</li>
<li>Tesch, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+geomagnetism+and+salinity+on+the+directional+choice+of+eels%5BTitle%5D)+AND+%22Helgol%C3%A4nder+Wissenschaftliche+Meeresuntersuchungen%22%5BJournal%5D)">Influence of geomagnetism and salinity on the directional choice of eels.</a> Helgoländer Wissenschaftliche Meeresuntersuchungen. 26 (3-4), 382-395 (1974).</li>
<li>Cresci, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+%E2%80%9Cpersonality%E2%80%9D+influences+sensitivity+to+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Ethologica%22%5BJournal%5D)">Zebrafish “personality” influences sensitivity to magnetic fields.</a> Acta Ethologica. , 1-7 (2018).</li>
<li>Benus, R. F., Bohus, B., Koolhaas, J. M., Van Oortmerssen, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heritable+variation+for+aggression+as+a+reflection+of+individual+coping+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Life+Sciences%22%5BJournal%5D)">Heritable variation for aggression as a reflection of individual coping strategies.</a> Cellular and Molecular Life Sciences. 47 (10), 1008-1019 (1991).</li>
<li>Dahlbom, S. J., Backstrom, T., Lundstedt-Enkel, K., Winberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aggression+and+monoamines%3A+Effects+of+sex+and+social+rank+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Aggression and monoamines: Effects of sex and social rank in zebrafish (Danio rerio).</a> Behavioural Brain Research. 228 (2), 333-338 (2012).</li>
<li>Koolhaas, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coping+style+and+immunity+in+animals%3A+Making+sense+of+individual+variation%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%2C+Behavior%2C+and+Immunity%22%5BJournal%5D)">Coping style and immunity in animals: Making sense of individual variation.</a> Brain, Behavior, and Immunity. 22 (5), 662-667 (2008).</li>
<li>Dahlbom, S. J., Lagman, D., Lundstedt-Enkel, K., Sundström, L. F., Winberg, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boldness+predicts+social+status+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Boldness predicts social status in zebrafish (Danio rerio).</a> PLoS ONE. 6 (8), 2-8 (2011).</li>
<li>Rey, S., Boltana, S., Vargas, R., Roher, N., Mackenzie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+animal+personalities+with+transcriptomics+resolves+individual+variation+within+a+wild-type+zebrafish+population+and+identifies+underpinning+molecular+differences+in+brain+function%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Ecology%22%5BJournal%5D)">Combining animal personalities with transcriptomics resolves individual variation within a wild-type zebrafish population and identifies underpinning molecular differences in brain function.</a> Molecular Ecology. 22 (24), 6100-6115 (2013).</li>
<li>Toms, C. N., Echevarria, D. J., Jouandot, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Methodological+Review+of+Personality-related+Studies+in+Fish%3A+Focus+on+the+Shy-Bold+Axis+of+Behavior%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Comparative+Psychology%22%5BJournal%5D)">A Methodological Review of Personality-related Studies in Fish: Focus on the Shy-Bold Axis of Behavior.</a> International Journal of Comparative Psychology. 23, 1-25 (2010).</li>
<li>Boujard, T., Leatherland, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circadian+rhythms+and+feeding+time+in+fishes%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Biology+of+Fishes%22%5BJournal%5D)">Circadian rhythms and feeding time in fishes.</a> Environmental Biology of Fishes. 35 (2), 109-131 (1992).</li>
<li>Plaut, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+fin+size+on+swimming+performance%2C+swimming+behaviour+and+routine+activity+of+zebrafish+Danio+rerio%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Effects of fin size on swimming performance, swimming behaviour and routine activity of zebrafish Danio rerio.</a> Journal of Experimental Biology. 203 (4), 813-820 (2000).</li>
<li>Tierney, P., Farmer, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creative+Self-Efficacy+Development+and+Creative+Performance+Over+Time%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Psychology%22%5BJournal%5D)">Creative Self-Efficacy Development and Creative Performance Over Time.</a> Journal of Applied Psychology. 96 (2), 277-293 (2011).</li>
<li>Plaut, I., Gordon, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((swimming+metabolism+of+wild-type+and+cloned+zebrafish+brachydanio+rerio%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">swimming metabolism of wild-type and cloned zebrafish brachydanio rerio.</a> Journal of Experimental Biology. 194 (1), (1994).</li>
<li>Kalueff, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+comprehensive+catalog+of+zebrafish+behavior+1.0+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond.</a> Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).</li>
<li>Tudorache, C., Schaaf, M. J. M., Slabbekoorn, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covariation+between+behaviour+and+physiology+indicators+of+coping+style+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Endocrinology%22%5BJournal%5D)">Covariation between behaviour and physiology indicators of coping style in zebrafish (Danio rerio).</a> Journal of Endocrinology. 219 (3), 251-258 (2013).</li>
<li>Uliano, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+acute+changes+in+salinity+and+temperature+on+routine+metabolism+and+nitrogen+excretion+in+gambusia+%28Gambusia+affinis%29+and+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Comparative+Biochemistry+and+Physiology+Part+A%3A+Molecular+%26+Integrative+Physiology%22%5BJournal%5D)">Effects of acute changes in salinity and temperature on routine metabolism and nitrogen excretion in gambusia (Gambusia affinis) and zebrafish (Danio rerio).</a> Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 157 (3), 283-290 (2010).</li>
<li>Palstra, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishing+zebrafish+as+a+novel+exercise+model%3A+Swimming+economy%2C+swimming-enhanced+growth+and+muscle+growth+marker+gene+expression%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Establishing zebrafish as a novel exercise model: Swimming economy, swimming-enhanced growth and muscle growth marker gene expression.</a> PLoS ONE. 5 (12), (2010).</li>
<li>Bak-Coleman, J., Court, A., Paley, D. A., Coombs, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+spatiotemporal+dynamics+of+rheotactic+behavior+depends+on+flow+speed+and+available+sensory+information%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">The spatiotemporal dynamics of rheotactic behavior depends on flow speed and available sensory information.</a> The Journal of Experimental Biology. 216, 4011-4024 (2013).</li>
<li>Brett, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Respiratory+Metabolism+and+Swimming+Performance+of+Young+Sockeye+Salmon%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Fisheries+Research+Board+of+Canada%22%5BJournal%5D)">The Respiratory Metabolism and Swimming Performance of Young Sockeye Salmon.</a> Journal of the Fisheries Research Board of Canada. 21 (5), 1183-1226 (1964).</li>
<li>Quintella, B. R., Mateus, C. S., Costa, J. L., Domingos, I., Almeida, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+swimming+speed+of+yellow-+and+silver-phase+European+eel+%28Anguilla+anguilla%2C+L.%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Ichthyology%22%5BJournal%5D)">Critical swimming speed of yellow- and silver-phase European eel (Anguilla anguilla, L.).</a> Journal of Applied Ichthyology. 26 (3), 432-435 (2010).</li>
<li>Spence, R., Gerlach, G., Lawrence, C., Smith, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+behaviour+and+ecology+of+the+zebrafish%2C+Danio+rerio%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Reviews%22%5BJournal%5D)">The behaviour and ecology of the zebrafish, Danio rerio.</a> Biological Reviews. 83 (1), 13-34 (2008).</li>
<li>Engeszer, R. E., Patterson, L. B., Rao, A. A., Parichy, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+in+the+Wild%3A+A+Review+of+Natural+History+and+New+Notes+from+the+Field%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Zebrafish in the Wild: A Review of Natural History and New Notes from the Field.</a> Zebrafish. 4 (1), (2007).</li>
<li>Gardiner, J. M., Atema, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sharks+need+the+lateral+line+to+locate+odor+sources%3A+rheotaxis+and+eddy+chemotaxis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Sharks need the lateral line to locate odor sources: rheotaxis and eddy chemotaxis.</a> Journal of Experimental Biology. 210 (11), 1925-1934 (2007).</li>
<li>Thorpe, J. E., Ross, L. G., Struthers, G., Watts, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+Atlantic+salmon+smolts%2C+Salmo+salar+L.%2C+through+Loch+Voil%2C+Scotland%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Fish+Biology%22%5BJournal%5D)">Tracking Atlantic salmon smolts, Salmo salar L., through Loch Voil, Scotland.</a> Journal of Fish Biology. 19 (5), 519-537 (1981).</li>
<li>Bottesch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+magnetic+compass+that+might+help+coral+reef+fish+larvae+return+to+their+natal+reef%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">A magnetic compass that might help coral reef fish larvae return to their natal reef.</a> Current Biology. 26 (24), R1266-R1267 (2016).</li>
<li>Boles, L. C., Lohmann, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((True+navigation+and+magnetic+maps+in+spiny+lobsters%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">True navigation and magnetic maps in spiny lobsters.</a> Nature. 421 (6918), 60-63 (2003).</li>
<li>Dingemanse, N. J., Kazem, A. J. N., Réale, D., Wright, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioural+reaction+norms%3A+animal+personality+meets+individual+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Ecology+and+Evolution%22%5BJournal%5D)">Behavioural reaction norms: animal personality meets individual plasticity.</a> Trends in Ecology and Evolution. 25 (2), 81-89 (2010).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本研究中描述的实验方案使科学家能够量化水生物种复杂的定向反应，这些反应源于两种外部线索（水流和地磁场）与动物一种内部因素（如个性）之间的整合。总体思路是设计一种实验方案，使科学家能够区分不同个性的个体，并在分别或同时控制外部环境线索的条件下，研究它们的定向行为。
本研究中描述的实验方案以及流向性指数（rheotactic index, RI）的数学定义，是基于斑马鱼在游泳隧道中的初步行为观察而设计的。当被置于隧道中时，这些动物会表现出两种行为模式，无论是否存在水流：定向游泳和机动运动。它们大部分定向时间（通常，鱼类被视频记录的时间超过95%）都用于沿隧道方向来回游动（即沿长轴方向，角度小于45°），在靠近端壁处转弯，并且经常表现出趋触性（即紧贴隧道壁游动）27。
要使本实验方案成功，操作者必须密切关注动物的应激状态。在不同实验装置之间转移鱼类时，必须小心操作。使用手网的操作应尽可能迅速，由于斑马鱼游泳速度快、在水箱中难以捕捉，因此在正式实验前进行充分训练尤为必要。应激会显著影响这...

在本研究中，我们描述了一种基于实验室的行为学实验方案，可用于探究鱼类个体性格对其在群游过程中对外部定向线索（如水流和磁场）定向反应的影响。
动物的定向决策源于对各种感觉信息的权衡。该决策过程受到动物导航能力（例如选择并保持方向的能力）、内部状态（例如摄食或繁殖需求）、运动能力（例如运动生物力学）以及多种其他外部因素（例如一天中的时间、与同种个体的相互作用）的影响1。
内在状态或动物个性在定向行为中的作用常常难以被充分理解或尚未得到深入研究2。在研究社会性水生物种的定向行为时，还存在额外的挑战，因为这些物种通常表现出协调且具有方向性的群体运动行为3。
水流在鱼类定向过程中起着关键作用。鱼类通过一种称为趋流性4的非条件反应来感知水流方向，这种反应可分为正趋流性（即朝向上游）和负趋流性（即朝向下游），并被用于多种行为活动，从觅食到降低能量消耗不等5,6。此外，越来越多的研究表明，许多鱼类物种能够利用地磁场进行定向和导航7,8,9。
对鱼类趋流性及游泳能力的研究通常在流动水槽（flume）中进行，其中鱼类暴露于从低到高逐步增加的水流速度下，通常直至力竭（称为临界速度）10,11。另一方面，以往研究通过观察动物在静水环境中的游泳行为，探讨了磁场在定向行为中的作用12,13。本文描述了一种实验室技术，使研究人员能够在同时调控水流和磁场的条件下研究鱼类的行为。该方法在我们先前的研究中首次应用于群游斑马鱼（Danio rerio），结果表明，周围磁场的改变会影响其趋流性阈值（即群游鱼类开始逆流定向的最小水流速度）14。该方法基于使用低流速水槽，并结合一套可调控水槽内磁场的装置，磁场强度控制在地球磁场强度范围内。
用于观察斑马鱼行为的游泳隧道如图1所示。该隧道由一个无反光的亚克力圆筒制成，直径为7 cm，长度为15 cm，连接至流速控制系统14。通过该装置，隧道内的流速范围可在0至9 cm/s之间调节。
为了操控游泳隧道中的磁场，我们采用了两种方法学途径：第一种是一维的，第二种是三维的。在任何应用中，这些方法均可调控地磁场，以在特定水体体积内获得特定的磁条件——因此，本研究中报告的所有磁场强度值均包含地磁场。
关于一维方法15，使用缠绕在游泳通道周围的螺线管沿水流方向（定义为x轴）调控磁场。该螺线管连接至一个电源装置，可产生均匀的静态磁场（图2A）。类似地，在三维方法中，通过使用导线线圈来改变包含游泳通道空间区域的地磁场。然而，为了实现对三维空间中磁场的控制，线圈采用三组正交的亥姆霍兹线圈对设计（图2B）。每组亥姆霍兹线圈对由两个圆形线圈组成，分别沿三个相互正交的空间方向（x、y 和 z）布置，并配备一个在闭环条件下工作的三轴磁力计。该磁力计可在与地球自然磁场强度相当的场强下工作，且位于线圈组几何中心附近（即游泳通道所在位置）。
我们采用上述技术来验证以下假设：组成鱼群的鱼类个体性格特征会影响其对磁场的响应方式16。我们检验了具有主动型和被动型性格特征的个体17,18在暴露于水流和磁场时会表现出不同反应的假设。为验证这一点，我们首先使用已建立的方法对斑马鱼进行分类，将具有主动型或被动型性格特征的个体进行识别和分组17,19,20,21。随后，我们在磁控水槽装置中评估由仅含被动型个体或仅含主动型个体组成的鱼群中斑马鱼的抗流行为，并将结果作为示例数据呈现。
该分选方法基于主动型和被动型个体探索新环境倾向的差异21。具体而言，我们使用一个分为明亮区和黑暗区的水箱17,19,20,21（图3）。动物先在黑暗区适应一段时间。当开放通往明亮区的通道后，主动型个体会迅速离开水箱的黑暗半区以探索新环境，而被动型个体则停留在黑暗区不离开。

<table><tbody><tr><td>9500 G 磁强计</td><td>FWBell</td><td>N/A</td><td>高斯计，直流-10 kHz；探头分辨率：&amp;nbsp; 0.01 &amp;mu;T&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>AD5755-1</td><td>Analog Devices</td><td>EVAL-AD5755SDZ</td><td>四通道 16 位数模转换器</td></tr><tr><td>ALR3003D</td><td>ELC</td><td>3760244880031</td><td>直流双路稳压电源</td></tr><tr><td>BeagleBone Black</td><td>Beagleboard.org</td><td>N/A</td><td>单板计算机</td></tr><tr><td>线圈驱动器</td><td>自制</td><td>N/A</td><td>基于商用运算放大器（TI 的 OPA544）的放大器</td></tr><tr><td>亥姆霍兹线圈对</td><td>自制</td><td>N/A</td><td>使用标准 AWG-14 导线绕制的线圈</td></tr><tr><td>HMC588L</td><td>Honeywell</td><td>900405 Rev E</td><td>数字三轴磁力计</td></tr><tr><td>MO99-2506</td><td>FWBell</td><td>129966</td><td>单轴磁场探头</td></tr><tr><td>游泳装置</td><td>M2M Engineering Custom Scientific Equipment</td><td>N/A</td><td>由蠕动泵和带数字反馈的 SMC 流量开关流量计组成的游泳装置</td></tr><tr><td>TECO 278</td><td>TECO</td><td>N/A</td><td>制冷加热恒温槽&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

评估人格特质对斑马鱼磁场敏感性的影响

Assessing the Influence of Personality on Sensitivity to Magnetic Fields in Zebrafish

为了在环境中定位自身，动物会整合多种外部线索，这些线索与若干内部因素（如个性）相互作用。本文描述了一种行为学实验方案，旨在研究斑马鱼个性对其响应多种外部环境线索（特别是水流和磁场）时定向行为的影响。该方案旨在探究当周围磁场方向发生变化时，主动型或被动型斑马鱼是否表现出不同的趋流阈值（即鱼类开始逆流游动时的水流速度）。为识别具有相同个性的斑马鱼，将鱼置于一个由狭窄开口连接的双室水箱中，其中一半为黑暗环境，另一半为明亮环境。只有主动型斑马鱼会探索这一新颖的明亮环境，而被动型斑马鱼则不会离开黑暗的一侧。使用低流速的游泳通道来测定趋流阈值。我们介绍了两种可在接近地磁场强度范围内调控通道内磁场的装置：一种可控制沿水流方向的磁场（单维度），另一种则可实现磁场的三轴控制。在不同磁场条件下，通过逐步增加通道内的水流速度并同步录像记录鱼类行为。利用视频追踪程序收集定向行为数据，并将其拟合至逻辑模型，以确定趋流阈值。我们报告了来自群游型斑马鱼的代表性实验结果。具体而言，结果表明仅当磁场方向发生变化时，被动型、谨慎型斑马鱼的趋流阈值会出现变化，而主动型斑马鱼对磁场变化无响应。该方法可广泛应用于研究多种水生动物（无论其为独居或群游游泳策略）的磁敏感性及趋流行为。

作为样本数据，我们展示了在主动和反应性群游斑马鱼中，沿水流方向控制磁场所获得的结果16 使用图示装置 图2A （见方案第3节）。这些结果表明，所描述的方案能够揭示不同个性特征的鱼类对磁场反应的差异。这些试验的整体思路基于以下发现：相对于水流方向的磁场方向会影响群游斑马鱼的定常性阈值。14因此，由于磁场变化会调节鱼类的趋流性，本实验方案可用于评估斑马鱼对磁场的反应是否因其主动型或被动型个性而存在差异28.
首先，使用如图3所示的明暗穿梭 tank，根据斑马鱼的主动型/被动型个性将其分为不同组。完成该测试后，将五条具有相同个性的斑马鱼组成鱼群，在螺线管式游泳隧道中进行测试（图1和<stro...

我们描述了一种行为学实验方案，旨在评估斑马鱼的个性如何影响其对水流和弱磁场的反应。具有相同个性特征的鱼类根据其探索行为被区分开来，随后观察它们在低流速的游泳通道中、不同磁场条件下产生的趋流性定向行为。

为了在环境中定位自身，动物会整合多种外部线索，这些线索与若干内部因素（例如……）相互作用。

本方案可用于探究斑马鱼的内部状态或个性如何影响其对来自环境的刺激（如水流或磁场）的定向反应。该技术用于观察内部因素和环境线索对斑马鱼定向行为的共同影响。然而，该方法也可广泛应用于多种实验设计。该方法可为感受器生物学研究中的行为生态学提供见解。该方法具有物种普适性，适用于任何能够主动游动的水生动物。我们建议，在开展实验前，应充分了解拟使用动物的行为特征，并掌握如何最大限度地减少动物应激反应。在斑马鱼个性选择实验中，使用250毫升烧杯配合网具将单条鱼转移至转运水箱，并将其移至个性选择水箱的暗侧。经过一小时的适应后，打开滑动门，允许个体从孔洞中游出，进入水箱亮侧探索10分钟。探索期结束后，轻柔地将鱼分装至两个独立容器中：从亮侧收集主动型鱼，五分钟后从暗箱收集被动型鱼。为了建立一个可进行一维磁场操控的磁场，需保持隧道处于打开状态，并开启电源单元和磁力计。将连接至气体特斯拉计的磁性探头放入隧道内，验证沿隧道主轴方向达到目标磁场强度所需的电压值。随后断开探头连接，并将流动隧道与游泳装置相连。为了建立一个具有三维磁场操控能力的磁场，首先打开计算机和线圈驱动器中的数模转换器，并在 x、y、z 三个轴向上设定所需的磁场参数。然后将隧道放置在亥姆霍兹线圈组的中心位置。当所需磁场设置完成后，选择一条至五条鱼进行趋流性测试。将鱼转移至泳道中，将泳道的流速设定为4.5升/分钟，并开启水泵。在向泳道注水前务必关闭出水阀，在转移鱼只后、调节水位前再打开出水阀。动物在泳道中适应一小时后，开始记录鱼在泳道内的行为，并根据选定的实验方案逐步增加流速。移除线圈后，可将相同的游泳通道置于亥姆霍兹线圈组的中心。在趋流性实验结束时，将每条鱼放入无定形度量室中拍照，并在ImageJ中打开照片。记录动物的性别：雄性斑马鱼体型较纤细，通常呈黄褐色；雌性则体型较圆润，通常具有蓝色和白色的体色。接下来，点击“分析”并设置比例尺。使用相机比例尺作为参考，选择线段工具，在图像上从吻尖画线至尾鳍末端以测量全长，或画至尾柄处以测量标准长度，从而设定图像的厘米比例尺。然后点击“分析”和“测量”，记录该动物以厘米为单位的线性长度。为了追踪斑马鱼在隧道内的活动，打开相应的视频分析与建模软件程序。点击“文件”、“导入视频”，打开其中一个视频，然后点击“坐标系”以将长度单位设置为厘米，时间单位设置为秒。点击“坐标轴”，设定参考系以追踪鱼类随时间的位置变化，其中 x 轴沿隧道方向，原点设在出水口处池壁较低角落的位置。单击校准中的“新建轨迹”以设置比例尺，然后在点质量中选择“新建轨迹”，开始逐条鱼进行追踪。手动以每半秒、五帧的间隔推进视频，并在每次上游到下游转向以及每次下游到上游转向时标记动物的位置和时间。每次追踪结束后，从表格中选择 X 值和时间值。右键单击数据，然后单击“以完整精度复制数据”。接着将所有转向位置的时间值和 x 值保存到模板电子表格文件中。用于计算每次完整步进的总上游和下游时间，以及趋流性指数值和百分比。在此代表性实验中，经过如图所示的1小时隧道适应期后，依次对每条鱼进行视频录制，记录其在水槽中随水流速度逐步增加而游动的情况，流速共分七个梯度逐步提升。在这些试验过程中，磁场在单一维度上受到控制。在追踪期间，记录每条鱼在各个流速下的行为表现，并将其作为计算每条鱼在每个流速下趋流性指数的参考点。当趋流性指数高于50%时，表明动物表现出正趋流性反应，即以逆流游动为主；而趋流性指数与50%无显著差异时，则表明缺乏趋流性反应。对该实验中5条鱼的平均趋流性指数百分比值进行反正弦转换后，结果显示随着水流速度的增加，趋流性指数呈S形上升，从而可通过一种简单的数学方法对斑马鱼的趋流性进行量化。从这些曲线可以看出，在不同方向的磁场作用下，主动鱼的趋流性反应未受影响，两个实验组的反应均由同一条曲线表示。另一方面，具有反应性的鱼类会根据磁场改变其趋流性定向，该反应表现为显著不同的曲线。请记住，这是一项行为学实验，鱼类的行为可能受到应激的影响。操作和转移鱼类时需格外小心。因此，在实验前请先进行自我训练。这种趋流性磁操控技术使我们能够进一步探究个性对斑马鱼及其他水生脊椎动物和无脊椎动物磁敏感性的影响。

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Research

科研

JoVE Journal

Behavior

行为

特征对斑马鱼磁场敏感性的影响评价

本视频介绍了斑马鱼的趋流性实验。该方法涉及在不同磁场影响下，测量斑马鱼对不同水流速度的定向行为反应。...

斑马鱼趋流性实验：一种用于测量不同水流速率下定向行为的方法

本文描述了斑马鱼在胆量、攻击性和群集行为方面的实验设置、实施与分析方法，并检测是否存在行为综合征。采用标准化的行为量化方法将有助于不同研究之间的比较。本实验方案可根据需要进行修改，每种行为检测均可独立进行。...

斑马鱼行为综合征的勇敢性、攻击性和群集行为检测

此处描述的实验方案通过采用斑马鱼胚胎，能够在最接近生理状态且侵入性最小的条件下研究可兴奋细胞的电学特性。 体内...

在活体斑马鱼胚胎中检测运动神经元膜电位

本文描述了一种通过行为学方法简单测量成年斑马鱼应激反应的技术。该方法利用了斑马鱼在应激状态下倾向于停留在水箱下半部分的先天行为特征。我们还介绍了将该检测方法与药理学实验相结合的技术。...

研究斑马鱼先天应激的动物行为学方法

本文提供了一种利用斑马鱼幼鱼模型评估环境污染物神经行为毒性的详细实验方案，包括暴露过程及神经行为指标的检测方法。...

研究环境污染物对斑马鱼幼鱼神经行为学的影响

成年斑马鱼在脊髓损伤后具有功能恢复能力，是阐明神经再生内在机制的首选模型系统。本文中，我们描述了游泳耐力和游泳行为检测方法，作为脊髓再生功能的评估指标。...

成年斑马鱼游泳耐力与游泳行为的评估

本文介绍了一套全面的行为测试组合，包括新奇水箱、群集和社会偏好测试，可用于通过单个水箱有效评估化学品（如甲基苯丙胺和草甘膦）对成年斑马鱼的潜在神经毒性效应。该方法与神经毒性和环境研究密切相关。...

使用单一水箱中的一系列行为学测试评估成年斑马鱼（Danio rerio）的神经毒性

我们描述了一种基于斑马鱼胚胎振动惊吓反应的化学化合物毒性评估筛选系统的工作流程和数据分析方法。该系统记录斑马鱼胚胎在受到振动刺激时的运动反应，可对总体毒性/致死性以及神经肌肉毒性进行综合评估。...

利用斑马鱼振动惊吓反应筛选系统评估化学品的毒性

本方案建立了一种在MPTP处理的斑马鱼幼虫中进行行为表型分析的范式，用于评估类似帕金森病的运动和非运动功能缺陷。...

基于行为学实验的MPTP诱导斑马鱼幼鱼帕金森病样行为表型分析

多室社交偏好实验已从啮齿类动物改良应用于斑马鱼，有助于在模式生物中研究社交行为。本方案验证了一种低成本的三室开放式水箱实验方法，利用网络摄像头和开源软件测量斑马鱼的社交偏好，使其更适用于本科生科研与教学。...

使用三室开放式自由游动实验检测斑马鱼（Danio rerio）社会偏好行为的低成本替代方法

探索斑马鱼个性特征如何影响其对水流和磁场等环境线索的定向反应。该方法利用游泳隧道观察行为，适用于研究行为生态学和感觉生物学，可推广至其他水生动物。

评估人格特质对斑马鱼磁场敏感性的影响

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