여기서, 저렴한 비용의 접근 가능한 프로토콜은 주변 환경 조건에서 나비의 차가운 충격 복구를 평가하기 위해 설명된다.
생태 생리학, 특히 동종요법의 생태 생리학은 생물과 주변 환경 간의 상호 작용을 탐구하여 생존과 적합성을 더 잘 이해하기 위해 종과 환경 적 특성의 척도를 사용하므로 변화하는 세계에서 점점 더 중요합니다. 전통적인 열 해석은 시간, 비용 및 장비 측면에서 비용이 많이 들기 때문에 종종 작은 샘플 크기와 몇 종으로 제한됩니다. 여기에 소개된 나비의 예를 사용하여 크고, 휘발성, 육상 곤충의 개별 적인 행동 및 생리학에 대한 상세한 데이터를 생성하는 새로운 프로토콜이 있습니다. 이 논문은 주변 환경 조건하에서 현장에서 수행 할 수 있고 비용이 많이 드는 실험실 장비를 필요로하지 않는 냉충격 복구 분석 의 방법을 설명합니다. 이 방법은 열대 나비의 차가운 충격에 대한 응답 및 복구 전략을 이해하는 데 사용되어 전체 나비 커뮤니티에 걸쳐 개별 수준의 데이터를 생성합니다. 이러한 방법은 원격 필드 설정과 교실 모두에서 사용할 수 있으며 생태학적으로 관련된 생리 데이터를 생성하고 교육 도구로 사용할 수 있습니다.
1970년대 후반과 1980년대 초에 열생리학과 생태학의통합은생태생리학 분야를시작했습니다. ectotherm에 실시 된 광범위한 열 연구는 다양한 생태 진화 문맥3,4,5에걸쳐 생태 학적 – 생리적 시너지 효과를 강조한다. ectothermic 유기체의 열 생리학에 대한 연구는 최근 기후 변화와 전 세계 에 걸쳐 변경 된 열 풍경의 얼굴에 관심을 회복하고있다6,7. 생태 생리학의 학문적 분야에서 연구를 알리는 것 외에도 열 생리학 연구는 연구원에게 광범위하게 접근 할 수 있으며 모든 수준에 대한 실습 교육 접근법으로 작용할 수 있습니다. 열 한계 및 온도 충격의 효과를 포함한 열 성능의 구성 요소는 동물의 생태, 행동 및 생명력 의 기본8,9.
특히, 내분은 주변 온도와 유기체 온도 사이의 불가분의 연결을 지시하기 때문에, ecototherms는 생리학의 질문을 해결하기 위해 사용됩니다. 유기체가 견딜 수 있는 온도 범위(최대 열 범위까지의 중요한 열 최소) 및 행동과 체력이 최대화되는 온도(열 최적화)는 종종 생태학적 및 진화 적 과정에 뿌리를 두고 있습니다. 이러한 생리적 특성은 기온, 수단과 극단 모두10을증가시키고 있기 때문에 중요성이 증가하고 있습니다. 예를 들어, 온도 상승을 포함한 비생물적 변화는 서식지 파괴 및 단편화를 동반하여 항문항을 포함한 동체공동체에 영향을 미쳤으며, 생리학적으로 취약한 종(열내성이 좁은)을 작은 잔재 서식지패치(11,12)로제한한다.
열 성능의 주요 구성 요소를 평가하는 것은 시간과 자원 면에서 비용이 많이 들 수 있으며 전통적으로 실험실 장비와 표준화된 조건이 필요합니다. 더욱이, 종래의 소심은 종종 주어진 동물에 의해 자연에서 경험되는 주변 조건의 폭을 반영하지 않습니다13 유사한 생리 실험의 온도는 신중하게 제어되고 종종 동물이 경험하는 주변 조건과 관련이 없습니다. 이러한 온도 조절은 개별 응답2,14의변화에 대한 이해를 감소시킬 수 있다. 생리학자들은 실험실 기반의 난방 및 냉방 실험에 의존하여 프로그래밍 가능한 수조를 사용하여 동물의 환경을 꾸준히 가열하거나 냉각하여 열 성능 곡선15를알려줍니다.
일반적으로 동물은 열전대와 바이알에 배치되며 주변 수조의 온도를 조절하여 주변 온도가 꾸준히 변경됩니다. 연구원은 변경된 생리 상태를 달성하는 데 걸리는 시간을 측정 (예를 들어, 차가운 혼수 상태, 녹다운) 상태 변화가 발생한 온도16,17. 최소 미화 500달러부터 이러한 도구는 크고 무겁며 추가 기술 장비(예: 컴퓨터, 열전대)가 필요합니다. 따라서 열 성능을 평가하는 고전적인 방법을 수행하는 기본 도구는 1) 모든 사람에게 경제적으로 접근 할 수 없으며, 2) 작은 딥테리언에 사용되는 관습 용 유리병에 포함될 너무 큰 동물을 속이는 데 적합하지 않으며, 3) 원격 필드 설정에서 사용하기 위해 휴대용이 아닙니다. 일반적인 관행에 대한 준수는 분류 및 실험 조건18,19,20에걸쳐 제한된 표현을 초래했다.
완전한 열 성능 곡선은 종 분포, 생명 기록 특성 및 동작을 다른 특성 중에서도 알릴 수 있지만, 더 적고 간단한 열 메트릭의 정량화는 더 효율적이고 여전히 매우 유익할 수 있습니다. 생리학적 assays, 측정 냉각 혼수 상태 및 후속 감기 충격 복구, 냉경화 및 올바른 행동, 유기체8의임계 열 최소에 대한 효과적이고 실행 가능한 프록시입니다. 여기에 설명된 감기 충격 분석은 대형 육상 곤충으로부터 생리학적 데이터를 유도하는 데 유용하다. 분석은 현장 조건이나 교실에서 저렴하고 접근 가능하며 실행이 쉽습니다. 이 프로토콜에 의해 생성 된 감기 충격 복구에 대한 데이터는 생태 생리학 및 / 또는 생리 원리에 대해 학생들을 가르치는 데 사용되는 종 또는 개별 수준의 특성 데이터와 결합 할 수 있습니다.
열 생리학의 연구는 생존과 적합성의 핵심인 유기체와 그 주변 의 상호 작용을 더 잘 이해하기 위해 종과 환경 적 특성의 측정을 통합합니다. 식물과 동물의 자연사와 생태를 이해하는 데 항상 필수적이지만, 열 특성은 풍경과 기후 변화에 직면하여 중요성이 증가하고 있습니다11,21. 특히, lepidoptera와 오도나탄의 몇몇 그룹은 상대적으로 크고 풍부하며 뚜렷한 행동을 나타내며 조작할 수 있습니다. 여기에 설명된 것은 이러한 곤충의 생리적 반응을 효과적으로 측정하는 효율적이고 저렴한 분석입니다. 이 프로토콜은 실험 전에 처리 시간이 제한되어 있는 분석에 건강한 유기체의 근원을 요구합니다. 한 번에 분석된 유기체의 수에 유연하지만, 실험당 초점 개인의 수는 데이터 수집 및/또는 관찰자 수의 목적에 따라 달라집니다.
예를 들어, 이 프로토콜은 전체 커뮤니티에서 나비에 대한 자세한 개별 데이터를 수집하기 위해 개발되었습니다. 이와 같이, 대표적인 결과는 가능한 한 많은 종의 개인을 위한 데이터 수집을 극대화하고 지역 환경과 관련된 다양한 조건하에서 데이터를 수집하기 위한 노력을 보여 준다. 초점 종의 수에 관계없이 관찰자가 회복을 경험하는 케이지의 각 개인을 식별 할 수 있어야합니다. 목표는 하나의 종에서 데이터를 수집하는 경우, 다음 하나 또는 두 개의 개인 (다른 날개 마모에 따라 식별 할 수있는 경우 또는 개별적으로 표시 하는 경우) 한 번에 분석 한다. 연구 과목은 특정 연구 질문이나 연구 계획에 따라 선택되어야합니다. 제기 된 질문과 데이터 수집의 목적 (예 : 연구 또는 교실)에 따라 샘플 크기와 다른 특성의 수집이 다를 수 있습니다.
이 프로토콜 (냉각 혼수 상태의 유도, 회복 단계, 주변 조건의 역할)에 의해 설명 된 생리학의 기본 구성 요소를 설명하기 위해, 교실 강사는 하나의 종의 두 가지 별개의 종 또는 모프를 선택할 수 있습니다. 초점 개인이 하나의 주요 특성 (예를 들어, 색상)에서만 다른 경우, 더 작은 샘플 크기가 필요하며, 학생들은 밀접하게 그 특성과 유기 체 생리학의 관계를 연구 할 수 있습니다. 생태 생리학에 관심이 있는 연구원은 복잡한 생태학적 및 진화적 질문을 탐구하기 위해 실험 데이터를 사용할 수 있습니다. 연구원은 신중하게 자신의 질문을 해결하는 초점 곤충을 선택해야합니다 (예를 들어, 생활 단계에 따라, 나이, 섹스, 위치), 관련된 변수의 수에 따라, 적절한 샘플 크기를 결정. 복잡한 모델에 대한 샘플 크기는 위에서 설명한 샘플 크기보다 큽습니다.
행동 복구 데이터를 수집하는 동안 관찰자가 케이지 의 바닥을 탭하여 복구 동작을 유도할 수 있어야 하기 때문에 케이지가 지면 위에 놓여 있는 것이 중요합니다. 이것은 유기체가 생리적으로 그렇게 할 수 있는 즉시 (스탠드, 파리)에 반응하고, 말단 복구 행동 (비행)이 문서화된다는 것을 보장합니다. 이 프로토콜은 유기체 생리학에서 환경의 역할을 연구하고 분열하도록 설계되었기 때문에 감기 충격 회복 중에 주변 상태를 기록하는 것은 열 생리학 연구에 필수적입니다. 데이터 로거(재료 표참조)는 관련 조건(예: 온도, 빛 및 습도)의 표준화된 측정값을 기록하는 데 유용합니다. 그러나 이러한 도구를 사용할 수 없는 경우 디지털 온도계와 같은 다른 방법으로 또는 환경 조건의 변수를 단순화하고 그늘및 태양과 같은 고유한 환경을 사용하여 관련 조건을 측정할 수 있습니다. 이 프로토콜은 연구 결과의 목적 그리고 범위에 근거를 둔 감기 충격 복구 도중 조건을 측정하는 연구원 선택권을 줍니다.
이 방법은 특정 분류학 그룹에 더 잘 맞게 수정 할 수 있지만, 큰, 관능성 곤충을 사용하는 것이 좋습니다. 독립적으로 비행하는 능력을 되찾는 비행 곤충은 완전한 회복을 성취한 것으로 간주될 수 있습니다. 설명된 바와 같이 이 방법은 열대와 열대 지방의 나비에 성공적으로 사용되었습니다. 주어진 영역의 열 동향(즉, 고도, 위도, 캐노피 커버에 따라 기대에 영향을 미치는 부위에서 경험되는 온도 의 범위)에 기초하여, 유기체는 차가운 혼수 상태에 들어가기 위해 얼음 물 욕조에서 1 시간 미만이 필요할 수 있습니다. 유기체의 크기는 또한 차가운 혼수 상태에 들어가는 데 필요한 시간에 영향을 미칠 수 있습니다. 차가운 혼수 상태를 유도하는 데 필요한 차가운 노출 시간을 찾는 것이 중요하지만 초점 종을 죽이지 않습니다. 차가운 혼수 상태를 유도하는 데 필요한 시간은 개인의 크기, 위치 및 자연사 / 행동에 따라 달라집니다. 본 명세서에 기재된 감기 충격 실험의 결과와 초점 곤충의 생태에 대한 지식을 사용하여, 주어진 개인이 완전한 회복을 하지 않으면 재판을 마무리할 시간을 선택한다.
연구원의 특정 질문에 기초하여,이 방법은 각각 중요한 변수에 대한 자연 환경 변화와 제어를 모두 허용하기 위해 필드 또는 실험실에서 사용할 수 있습니다. 이 분석법은 간단하고 저렴하며 열 생리학 분야의 기존 격차를 메우는 데 도움이됩니다. 이 프로토콜의 용이성으로 다양한 종류의 택시를 사용할 수 있게 되어 실험실 친화적인 유기체 이상으로 필드를 열어줍니다. 표준화된 주변 열 분석기의 참신함은 실험실과 현장결과(22)사이의 격차를 채웁니다. 유기체 회복을 위한 주변 조건을 활용하면 연구자들이 생리학14,22에서환경 및 종 요인의 역할을 분할하는 데 도움이 될 것이다. 마지막으로, 저렴한 비용과 필요한 재료의 부족으로 인해이 프로토콜은 많은 현장 생물학자뿐만 아니라 교실에서 어린 학생들이 실습 학습 경험을 할 수 있도록 장비가 거의없는 현장의 원격 위치에서 사용할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
자렛 다니엘스, 이사벨라 플러머, 브렛 셰프퍼스, 댄 한 덕분에 프로토콜에 대한 입력이 처음 개발되었습니다. 제이미 하가드, 세바스티안 듀란, 인디애나 크리스토발 로이스-말라버에게 이 프로토콜의 여러 반복을 구현하고 주요 구성 요소에 대한 의견을 전해 준 것에 대해 추가감사를 표합니다. 원고 전체에 대한 피드백에 대한 익명의 검토자에게도 감사드립니다. 지원은 Lepidoptera 및 생물 다양성의 간행 기금에 대한 맥과이어 센터, 농업 및 생명 과학 대학, 천연 자원 및 환경 학교, UF의 야생 동물 생태 및 보존 부서에 의해 제공되었다.
24 x 24 x 36" Popup Rearing & Observation Cage | Bioquip | 1466PB | Ensure that the cage is slightly elevated from the ground to be able to tap the floor of the cage during experiments. |
Cooler | Any | NA | |
Glassine envelopes | Bioquip | 1130B | |
HOBO Pendant Temperature/Light 8K Data Logger | Onset | UA-002-08 | If a datalogger is not accessible, researchers may choose to use a digital thermometer to record ambient temperatures at regular intervals. See protocol step 4.5 for additional information. |
HOBO Optic USB Base Station | Onset | Base-U-1 | |
Ice water | NA | NA | |
Insects (focal taxa) | NA | Any | Collect sufficient samples to test, ensuring replication of experimental groups (e.g. species, sampling location) |
PVC T-joint | Any | Any | |
Sealable plastic bag | Any | NA | |
Stopwatch/timer | Any | NA | |
Weight | Any | NA | Large coins or small rocks to weigh down the plastic bags will ensure that specimens are submerged in ice water. A standardized weight is ideal. |