Feldbasierter thermischer Physiologie-Assay: Kälteschockrückgewinnung unter Umgebungsbedingungen

Dieses Protokoll ist eine extrem kostengünstige Methode, um Daten über die Physiologie des Organismus auf zugängliche und standardisierte Weise zu sammeln. Dieses Werkzeug kann verwendet werden, um die Physiologie auf mehreren Ebenen zu erforschen. Es kann sowohl von unerschrockenen Feldbiologen als auch von kleinen Schulkindern eingesetzt werden.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie auf leicht verfügbaren Materialien beruht und sehr kostengünstig ist. Es kann fast überall und von Forschern mit einer Reihe von Fachkenntnissen und Zielen durchgeführt werden. Diese Methode kann Einblicke in physiologische, verhaltensbezogene und ökologische Prozesse geben.

Da die Schlüsselmetriken für die Auslösung einer physiologischen Reaktion standardisiert sind, kann die Methode unsere Fähigkeit erhöhen, Schlüsselmerkmale über Gruppen von Individuen, Arten und ökologischen Gemeinschaften hinweg zu verstehen und zu vergleichen. Der Umgang mit Insekten, ohne sie zu beschädigen, erfordert Übung, aber Übung macht den Meister. Die Definition der Parameter Ihres Experiments, z. B. wie lange Insekten im Eiswasser zu halten sind, kann Zeit in Anspruch nehmen und erfordert Experimente und das Verständnis Ihrer fokalen Taxa.

Heather Rohrer und Matt Standridge, zwei Techniker aus dem Daniel's Labor, demonstrieren mit mir das Verfahren. Beginnen Sie mit der Identifizierung der interessierenden Arten und denken Sie daran, dass sich jede Gruppe in der Zeit unterscheidet, die benötigt wird, um ein Kühlkoma zu induzieren. Wählen Sie basierend auf dem Organismus und der Verwendung von Daten verschiedene Cutoff-Punkte für das Experiment, wenn das Fokusperson nicht fliegt.

Führen Sie ein Vorverfahren an einer kleinen Probe durch, um die Schlüsselparameter zu bestimmen, wie z. B. die Zeit, die auf Eis benötigt wird, um ein Kühlkoma zu induzieren. Wählen Sie eine Cutoff-Zeit basierend auf der Ökologie der Art. Denken Sie daran, dass nach vielen Minuten der Flugunfähigkeit einige Insekten von Raubtieren gefangen werden.

Sammeln Sie Insekten mit geeigneten Methoden wie Köderfallen und entomologischen Netzen. Legen Sie jedes Individuum in eine separate Glassine-Hülle mit einer einzigartigen ID und bewahren Sie die Tiere an einem schattigen, kühlen Ort auf, der vor direkter Sonne, Wind und Raubtieren geschützt ist. Setzen Sie das Tier immer innerhalb von 24 Stunden nach dem Einfangen der experimentellen Behandlung aus, um diese Zeit so weit wie möglich über Versuche hinweg zu standardisieren.

Füllen Sie einen Kühler mit Wasser und ausreichend Eis, um die Umgebung im Wasser bei null Grad Celsius zu halten. Wählen Sie zwischen einer und vier Fokuspersonen für eine Runde des Experimentierens und stellen Sie sicher, dass jedes Individuum identifizierbar ist. Wenn Sie mehrere Arten verwenden, verwenden Sie nur eine von ihnen, um Verwirrung zu vermeiden.

Wenn das Experiment nicht mit der Flügelfärbung zusammenhängt, markieren Sie die Flügel mit eindeutigen IDs mit einem feinen Filzmarker, um Individuen zu unterscheiden. Wenn die Experimente keines der oben genannten Kriterien erfüllen, führen Sie das Experiment an einer Person gleichzeitig durch. Füllen Sie die Zeilen des Datenblatts mit den Informationen zu jedem untersuchten Insekt, einschließlich ihrer eindeutigen ID und einer nützlichen Kennung, in den Notizen.

Legen Sie alle Fokuspersonen in einen versiegelten Plastikbeutel mit einem Gewicht und legen Sie den Beutel für 60 Minuten in Eiswasser, um ein Kühlkalkab zu verursachen. Verwenden Sie ein einfaches Thermometer, um die Umgebungstemperatur in kurzen Intervallen von Hand zu erfassen. Falls vorhanden, können Sie die Umgebungsbedingungen mit einem Datenlogger aufzeichnen.

Verbinden Sie zunächst den Datenlogger, gehen Sie zum Gerät, starten Sie und wählen Sie das angeschlossene Gerät aus, indem Sie auf Ok klicken. Geben Sie den Testnamen ein, wählen Sie Temperatur und Lichtintensität und geben Sie die Einheiten ein. Legen Sie das Protokollierungsintervall auf 10 Sekunden fest.

Geben Sie Datum und Uhrzeit für das Experiment ein und wählen Sie Verzögerter Start, um den Datenlogger zur ausgewählten Zeit zu starten. Stellen Sie sicher, dass die Informationen des Datenloggers, einschließlich der Tageszeit, mit Experimenten synchronisiert werden, damit Daten über die Umgebungsbedingungen später mit jedem einzelnen fokalen Insekt abgeglichen werden können. Entscheiden Sie sich für die experimentellen Parameter, z. B. ob die Erholung im Schatten oder in der Sonne stattfinden wird, und vermerken Sie diese Behandlungen auf dem Datenblatt.

Stellen Sie einen Netzkäfig für die Insekten an einem geeigneten Ort auf, damit die Temperatur und die Lichtumgebungen innerhalb des Käfigs homogen sind. Halten Sie die Basis des Käfigs erhöht, damit er vom Beobachter angezapft werden kann, und platzieren Sie den Datenlogger direkt außerhalb oder innerhalb des Käfigs, wo er ungestört gehalten werden kann. Entfernen Sie die Tiere nach 60 Minuten aus dem Eiswasserbad und entfernen Sie sofort die Insekten aus der Plastiktüte, entfernen Sie dann jedes Individuum schnell mit minimaler Handhabung aus seinem Umschlag und starten Sie die Stoppuhr, sobald sich die Tiere im Netzkäfig befinden.

Klopfen Sie häufig und stark genug mit einem Bleistift auf die Basis des Käfigs, nur um die sich erholenden Insekten zu rühren, ohne eine Reaktion zu verursachen. Markieren Sie die Studie als abgeschlossen, sobald eine Person geflogen ist. Beenden Sie den Versuch und betrachten Sie, dass sich das Insekt nicht erholt hat, wenn es sich nach 30 Minuten nicht bewegt hat.

Entfernen Sie die Insekten aus dem Netzkäfig und legen Sie die Individuen wieder in ihre beschrifteten Glassin-Umschläge. Befreien Sie die Tiere oder halten Sie sie für die weitere Datenerhebung und verarbeiten Sie die Daten wie im Textmanuskript beschrieben. Um auf die aufgezeichneten Umgebungsdaten zuzugreifen, stecken Sie den HOBO Datenlogger wieder in den Computer ein.

Gehen Sie zur Geräteanzeige, wählen Sie Protokollierung beenden und speichern Sie die Dateien im gewünschten Ordner als HOBO-Dateien. Nachdem ein Popup angezeigt wurde, bestätigen Sie die Einheiten der Parameter und wählen Sie Plotten, um ein Diagramm für experimentelle Bedingungen zu erhalten. Um die Datentabelle zu exportieren, wählen Sie Tabellendaten exportieren und exportieren Sie sie als CSV-Datei, um sie im entsprechenden Ordner zu speichern.

In diesem Protokoll wurde die Wechselwirkung zwischen Umgebungsbedingungen, die für die Physiologie des Organismus wichtig sind, und der Erholung des Kälteschocks für verschiedene Schmetterlingsarten untersucht. Es wurde beobachtet, dass mit steigender Durchschnittstemperatur der Versuchstemperatur die Erholungszeit für Kälteschocks abnahm, was zu variabilen Taxa führte. In ähnlicher Weise wurde die umgekehrte Beziehung zwischen der mittleren Lichtintensität des Versuchs und der Erholungszeit des Kälteschocks beobachtet, was darauf hindeutet, dass sowohl die Temperatur als auch die Lichtverhältnisse zur Erholung der Schmetterlinge beitragen.

181 wilde Schmetterlingsarten, die von drei Beobachtern über einen Bericht über einen Fünfmonatstag gesammelt wurden, zeigten eine deutliche Erholung von einem durch Kälteschock induzierten Kühlkata, was die taxonomische Breite unterstreicht, in der dieses Experiment erfolgreich angewendet werden kann. Die Umgebungsfeldbedingungen und experimentellen Bedingungen wurden aufgezeichnet, um die ökologische Relevanz der Durchführung physiologischer Assays unter Umgebungsbedingungen zu demonstrieren. Achten Sie bei der Durchführung dieses Protokolls genau auf alle Personen im Netzkäfig, da Verhaltensänderungen subtil sein und schnell auftreten können.

Die durch dieses Protokoll generierten Daten geben Aufschluss über die ökophysiologischen Eigenschaften der getesteten Organismen. Viele andere Merkmale tragen zur Physiologie des Organismus bei, wie Größe, Farbe und Phylogenie. Daten zu zusätzlichen Merkmalen werden die Messungen der Erholung von Kälteschocks weiter erklären und kontextualisieren und den ökologischen und lebensgeschichtlichen Kontext dieser Informationen ergänzen.

Ich habe diese Methode verwendet, um die Ökophysiologie ganzer Schmetterlingsgemeinschaften in den kolumbianischen Anden zu charakterisieren. Da das Protokoll zugänglich, billig und einfach genug ist, um es in ländlichen Umgebungen zu implementieren, wurden in kurzer Zeit Daten von Hunderten von Personen gesammelt.