Articolo metodologico

Utilizzando la Toolchain di animazione FishSim per indagare il comportamento dei pesci: un caso di studio su Mate-scelta copia In Mollies Sailfin

DOI:

10.3791/58435

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8 novembre 2018

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1Research Group of Ecology and Behavioral Biology, Institute of Biology, University of Siegen, 2University of Calgary, 3Institute of Real-Time Learning Systems, University of Siegen

In questo articolo

Sommario

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Utilizzando il romanzo FishSim animazione Toolchain, presentiamo un protocollo per visual invasivo manipolazione dell'informazione pubblica nel contesto della copia di mate-scelta in sailfin mollies. FishSim Toolchain animazione fornisce un quadro di easy-to-use per la progettazione, l'animazione e la presentazione di stimoli di pesce animato al computer per esperimenti comportamentali con pesce di prova dal vivo.

Abstract

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Nell'ultimo decennio, che impiegano animazioni al computer per la ricerca di comportamento animale è aumentato a causa della sua capacità di manipolare in modo non invasivo l'aspetto e il comportamento degli stimoli visivi, rispetto alla manipolazione di animali vivi. Qui, presentiamo la Toolchain di animazione FishSim , un quadro di software sviluppato per fornire ai ricercatori con un metodo facile da usare per l'implementazione di animazioni al computer 3D in esperimenti comportamentali con i pesci. La toolchain offre modelli per creare stimoli virtuali 3D di cinque diverse specie di pesci. Gli stimoli sono personalizzabili in aspetto e dimensioni, basato su fotografie scattate di pesci vivi. Stimoli multipli possono essere animati registrando nuoto percorsi in un ambiente virtuale utilizzando un controller per videogiochi. Per aumentare la standardizzazione del comportamento simulato, il percorso di nuoto preregistrato può essere riprodotti con diversi stimoli. Più animazioni più tardi possono essere organizzate in playlist e presentate sul monitor durante gli esperimenti con pesci vivi.

In un caso di studio con sailfin mollies (Poecilia latipinna), forniamo un protocollo su come condurre un esperimento di copiatura mate-scelta con FishSim. Abbiamo utilizzato questo metodo per creare e animare virtuali maschi e femmine di modello virtuale e poi presentato questi per vivere le femmine focale in un esperimento di scelta binaria. I nostri risultati dimostrano che animazione al computer può essere utilizzato per simulare i pesci virtuali in un esperimento di copiatura mate-scelta di studiare il ruolo della donne gravide macchie come un'indicazione di qualità per una donna modello copia di mate-scelta.

L'applicazione di questo metodo non è limitato agli esperimenti copia gemella-scelta ma può essere utilizzato in vari disegni sperimentali. Ancora, l'usabilità dipende dalle funzionalità visual studio specifico e deve prima convalida. Nel complesso, animazioni al computer offrono un elevato grado di controllo e standardizzazione negli esperimenti e sopportare il potenziale per 'ridurre la ' e 'sostituire' stimolo dal vivo animali pure quanto a 'perfezionare' procedure sperimentali.

Introduzione

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Recentemente, utilizzando le moderne tecniche per la creazione di stimoli artificiali, quali animazioni al computer e realtà virtuale, ha raccolto il gradimento in ricerca1. Questi metodi offrono numerosi vantaggi rispetto ai classici approcci sperimentali con stimolo dal vivo animali1,2. Animazione al computer consente la manipolazione non invasiva dell'apparenza (dimensione, colore) e il comportamento degli animali virtuali stimolo utilizzati negli esperimenti. Ad esempio, la rimozione chirurgica della spada nel maschio verde Portaspada (Xiphophorus helleri) per testare le preferenze compagno in femmine3 è stato reso inutile utilizzando animazione al computer in uno studio successivo su questa specie4. Inoltre, animazioni al computer possono creare fenotipi che solo raramente si incontrano in natura5. Le caratteristiche morfologiche di animali virtuali possono persino essere alterate nell'intervallo naturale di tale specie4. In particolare, la possibile manipolazione sistematica di comportamento è uno dei principali vantaggi dell'animazione al computer, dato che è quasi impossibile con animali vivi6,7.

Esistono varie tecniche fino ad oggi per la creazione di animazioni al computer. Semplice bidimensionale (2D) animazioni in genere derivano da una foto di uno stimolo in movimento in due sole dimensioni e possono essere create con software comuni come MS PowerPoint8 o9di Adobe After Effects. Animazioni del tridimensionale (3D), che richiedono grafica 3D più sofisticata software di modellazione, abilitare lo stimolo di essere spostati in tre dimensioni, aumentando le possibilità di movimento fisico realistico e complesso6,7 , 10 , 11 , 12. anche realtà virtuale disegni che simulano un ambiente 3D in cui navigare animali vivi sono stati usati13,14. In una recente revisione Chouinard-Thuly et al. 2 discutere queste tecniche uno ed evidenziare i vantaggi e gli svantaggi sulla loro attuazione nella ricerca, che dipende in particolare l'ambito dello studio e la capacità visiva dell'animale sperimentale (Vedi "Discussione"). Inoltre, Powell e Rosenthal15 dare consigli sul design sperimentale appropriato e quali domande potrebbe essere trattate impiegando stimoli artificiali nella ricerca di comportamento animale.

Dal momento che creazione di animazione al computer può essere difficile e richiede tempo, sorse la necessità di software facilitare e standardizzare il processo di progettazione di animazione. In questo studio, presentiamo il gratuito e open-source FishSim animazione Toolchain16 (breve: FishSim; https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/), un approccio multidisciplinare che unisce biologia e informatica per risolvere queste necessità. Simile al più presto pubblicati strumento anyFish17,18, lo sviluppo della toolchain seguito l'obiettivo di fornire ai ricercatori con un metodo facile da usare per l'implementazione di stimoli 3D animati negli esperimenti con i pesci. Il nostro software è costituito da un insieme di strumenti che possono essere utilizzati per: (1) creare pesce virtuale 3D (FishCreator), (2) animare i percorsi di nuoto del pesce virtuale con un video game controller (FishSteering) e (3) organizzano e presentano preregistrati animazioni su monitor a vivere pesci focale (FishPlayer). La nostra toolchain fornisce varie caratteristiche che sono particolarmente utili per il test in una situazione di scelta binaria, ma applicabile anche ad altri disegni sperimentali. Inoltre, l'animazione possibile di due o più pesci virtuali permette la simulazione di shoaling o corteggiamento. Le animazioni non sono vincolate ad uno stimolo specifico ma possono essere riprodotti con altri stimoli che permette di modificare l'aspetto di uno stimolo, ma mantenere costante il suo comportamento. La natura open source della toolchain, come pure il fatto che si basa sul sistema di funzionamento del robot ROS (www.ros.org), fornire elevata modularità del sistema e offrono possibilità quasi infinite per includere dispositivi di feedback esterno (come il controller o un sistema di tracciamento) e di adattare la toolchain alle proprie esigenze nella ricerca. Oltre a Poecilia latipinna, altre quattro specie sono attualmente utilizzabili: la Atlantic molly Poecilia mexicana, il guppy Poecilia reticulata, lo spinarello Gasterosteus aculeatus e un ciclide Haplochromis spp. Nuove specie possono essere creati in una grafica 3D modellazione strumento (ad es., frullatore, www.blender.org). Per esemplificare il flusso di lavoro con FishSim e fornire un protocollo su come condurre un esperimento di copiatura mate-scelta con la computer animation, abbiamo svolto uno studio di caso con sailfin mollies.

Scelta di Mate è una delle più importanti decisioni gli animali nella loro storia di vita. Gli animali hanno evoluto strategie differenti per trovare il miglior partner di accoppiamento. Essi può basarsi sulle informazioni personali quando valutare il potenziale accoppiamento partner in modo indipendente, possibilmente in base alle preferenze genetiche predeterminate per un certo tratto fenotipico19,20. Tuttavia, possono anche osservare la scelta del compagno di conspecifici e quindi utilizzare informazioni pubbliche21. Se l'osservatore decide allora di scegliere il compagno stessa (o lo stesso fenotipo) come i conspecifici osservato — il «modello» — scelto in precedenza, questo è definito mate-scelta copia (in seguito abbreviato come MCC)22,23. Mate-scelta copia è una forma di apprendimento sociale e, quindi, una strategia di mate-scelta non indipendente24, che è stato osservato in entrambi vertebrati25,26,27,28, 29 e invertebrati30,31,32. Finora, MCC è stato studiato principalmente in pesce e si trova sotto laboratorio condizioni33,34,35,36,37,38 e nella selvaggio39,40,41,42. Copia di Mate-scelta è particolarmente importante per un individuo se due o più potenziali partner di accoppiamento sono apparentemente simili in qualità e una scelta di "buon" compagno — in termini di massimizzazione fitness — è difficile fare43. La qualità di un modello femmina se stessa può influenzare il fatto focale femmine copia di sua scelta o non44,45,46,47. Rispettivamente, qualità femminile modello "buono" o "cattivo" è stato attribuito alla sua più o meno sta vivendo a scelta, ad esempio per quanto riguarda le dimensioni e l'età44,45,46, o dal suo essere un conspecifico o un heterospecific47. In mollies sailfin che copiano la scelta del compagno di conspecifici39,48,49,50,51, è stato trovato che le femmine focale copiare anche il rifiuto di un maschio52 . Poiché MCC è considerata un ruolo importante nell'evoluzione dei tratti fenotipici, come pure la speciazione e ibridazione21,23,53,54, le conseguenze di copiare un " scelta falsa"può essere tremendo nel ridurre l'idoneità della copiatrice55. Se un individuo decide di copiare la scelta di un altro individuo, che è importante valutare se il modello osservato è una fonte affidabile di informazioni, cioè, che il modello stesso è fare una scelta "buona" a causa di lui o il suo essere ben sperimentato in mate scelta. Qui si pone la questione: quali funzionalità visual può caratterizzare un modello affidabile per copiare da nelle femmine di sailfin molly?

Una caratteristica visiva distinta in mollies sailfin femminile e altri Pecilidi è il luogo gravido (noto anche come 'spot anale', 'covata patch' o 'gravidanza spot'). Questa zona scuro pigmentata nella loro regione anale deriva da melanizzazione del tessuto fodera la sacca ovarica56. Le dimensioni e la presenza dello spot gravid sono variabili attraverso le femmine conspecifici e può ulteriormente modificare singolarmente durante la progressione di cicli ovarici56,57. Gravid macchie possono servire per attirare i maschi e facilitare l'orientamento gonopodial per inseminazione interna58 o come mezzo di pubblicità fertilità59,60. Considerando il legame tra lo spot gravid e lo stato riproduttivo di una femmina, avevamo previsto che lo spot gravid serve come un segno di qualità femminile modello fornendo informazioni sul suo stato attuale riproduttiva a osservare femmine focale. Abbiamo studiato due ipotesi alternative. In primo luogo, se lo spot gravid è un segno generale per la maturità, come predetto da Farr e Travis59, si denota un modello presumibilmente affidabile ed esperto, rispetto a un modello di immaturo (senza il punto). Qui, le femmine focale sono più probabili di copiare la scelta di un modello con una macchia, ma non quello di un modello senza macchia. In secondo luogo, se lo spot gravid segna non ricettività dovuto già sviluppando nidiate, come predetto da Sumner et al. 60, il modello è presumibilmente meno affidabile poiché non ricettivo femmine sarebbero considerate meno esigente. In questo caso, le femmine focale non copierà loro scelta se non quella di modelli senza macchia. Finora, il ruolo dello spot gravid per MCC nelle femmine di molly Poecilia è mai stato testato, né manipolato sperimentalmente.

Abbiamo usato FishSim per eseguire un esperimento MCC presentando virtuale stimolo maschi e femmine di modello virtuale sul monitor del computer anziché dal vivo stimolo e modello pesce come usato nel procedimento sperimentale classico49,50 ,51,61. L'usabilità generale del nostro software è stato convalidato in precedenza per il test di ipotesi circa la scelta del compagno in sailfin mollies12. Qui, abbiamo provato se l'assenza o la presenza di una macchia gravid nelle femmine di modello virtuale influisce sulla scelta dell'accoppiamento di osservare dal vivo femmine focale. Lasciamo in primo luogo focale femmine acclimatare al serbatoio di prova (Figura 1.1) e far loro scegliere tra due maschi di stimoli diversi virtuale in un test di primo mate-scelta (Figura 1.2). In seguito, durante il periodo di osservazione, il precedente uomo virtuale non preferite è stato presentato insieme ad una donna di modello virtuale (Figura 1.3). In una successiva seconda prova di mate-scelta, femmine focale ha scelto ancora una volta tra i maschi stessi (Figura 1.4). Abbiamo analizzato se focale femmine avevano copiato la scelta del compagno della femmina modello osservati confrontando la sua decisione di mate-scelta nella prima e seconda prova mate-scelta. Abbiamo effettuato due diversi trattamenti sperimentali in cui abbiamo manipolato visivamente la qualità della femmina modello virtuale. Durante il periodo di osservazione, abbiamo presentato sia preventivo non preferite virtuale uomo (1) insieme a una donna di modello virtuale con una macchia gravid (trattamento "spot"); o (2) insieme a una donna di modello virtuale senza macchia gravid (trattamento "nessun punto"). Inoltre, in un controllo senza qualsiasi donna modello, abbiamo provato se femmine focale ha scelto costantemente quando è stata fornita alcuna informazione pubblica.

Diagramma dell'esperimento di scelta del compagno di pesce; la configurazione include schermi LCD, maschi virtuali, zone di scelta del compagno.
Figura 1. Panoramica generale delle operazioni sperimentali più importanti per un esperimento MCC con stimoli di pesce virtuale. (1) periodo di acclimatazione. Test (2) primo mate-scelta: live focale donna sceglie tra i maschi stimolo virtuale. Periodo di osservazione (3) : focale donna orologi il maschio non preferite prima insieme a una donna di modello virtuale con spot gravid. (4) mate-scelta seconda prova: la femmina focale ancora sceglie tra i maschi stimolo virtuale. In questo esempio, si copia la scelta del modello. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Protocollo

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Gli esperimenti eseguiti e la manipolazione del pesce erano in linea con la legislazione sul benessere degli animali di tedesco (Deutsches Tierschutzgesetz) e approvato dal funzionario interno animaliste Dr. Urs Gießelmann, Università di Siegen e le autorità regionali ( Kreisveterinäramt Siegen-Wittgenstein; Permesso di numero: 53,6 55-05).

1. virtual Fish Design

Nota: Trovare un elenco di richiesta hardware e software nell'elenco materiali supplementari. Una descrizione dettagliata delle funzionalità generali del FishSim e ulteriori suggerimenti e trucchi può essere trovata nel manuale dell'utente (https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/).

  1. Preparazione di texture di corpo femminile con e senza macchia gravid
    1. Avviare GIMP e fare clic su File >> aprire per aprire l'immagine di trama del corpo femminile "PLF_body_6. png"dalla cartella modelli nella directory"fishsim_animation_toolchain". Utilizzare questa immagine come riferimento per tutte le nuove texture di corpo femminile creato con spot gravid. Selezionare zona spot gravid scura nell'immagine di riferimento con lo strumento di selezione libero e tagliarlo (fare clic su modificare >> taglio).
      Nota: GIMP (disponibile presso www.gimp.org) è un libero strumento, simile ad Adobe Photoshop, che può essere utilizzato per manipolare le immagini digitali e grafica di editing immagine.
    2. Aprire un secondo file di texture di corpo femminile in GIMP (ad es., "PLF_body_7.png") e trasferire l'area spot sulla seconda texture di corpo inserendo (Edit >> Incolla dentro) previo taglio zona spot come nuovo livello galleggiante. Regolare la posizione dello spot gravid negli strati secondo foto e stampa unione facendo clic strato >> àncora livello.
      Nota: Assicurarsi che l'area dello spot gravid ha la stessa dimensione e posizione identici su ogni donna modello virtuale (Figura 2)!
    3. Esportare (Edit >> Esporta come) la nuova texture "spot" con un nuovo nome (ad es., PLF_body_7_S. png) nella cartella modelli . Chiudere tutti i aprire finestre immagine in GIMP.
      Nota: Non apportare altre modifiche (ad es., scala) per la texture file poiché sono appositamente modificate per essere più tardi mappati sul pesce 3D.
    4. Creare una seconda texture di corpo senza macchia gravid, utilizzando lo stesso file di texture originale corpo femminile una seconda volta (per esempio, "PLF_body_7.png"). Ora, coprire le macchie già esistenti gravide nel file originale con l'aiuto di GIMP.
    5. Aprire la texture del corpo femminile in GIMP e selezionare lo strumento clona. Selezionare il motivo della zona addominale (senza pigmentazione scura) premendo Ctrl + tasto sinistro del mouse e utilizzare questa selezione per coprire esistente pigmentazione scura di pittura su di esso con lo strumento clone (Figura 2).
    6. Esportare l'appena creato "no spot" texture sotto un nuovo nome (ad esempio, PLF_body_7_NS.png) nella cartella modelli . Chiudere il GIMP.

Manipolazione della consistenza del pesce per lo studio; Confronto del trattamento originale, spot, no-spot.
Figura 2: immagini di esemplare del corpo femminile textures prima (originale) e dopo manipolazione di "spot" e "nessun punto" trattamento utilizzando l'editing di foto strumento GIMP. Il cerchio tratteggiato segna l'area che è stato manipolato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Il punto di vista di regolazione e impostazione della "scena" per l'animazione
    1. Avviare FishSim selezionando l'icona di FishSim in avvio sul lato sinistro del desktop. Configurare la risoluzione per il monitor di presentazione e fare clic su avvio.
      Nota: Si raccomanda di effettuare le seguenti operazioni (misure 1.2.2\u20121.2.4) sullo schermo di uno dei monitor di presentazione (se monitor dimensioni e risoluzioni diverse).
    2. Premere F1 sulla tastiera per passare dalla visualizzazione di modalità alla modalità di modifica (alternare tra la visualizzazione e la modalità di modifica premendo F1).
      Nota: Passaggio alla modalità di modifica consente la modifica della barra degli strumenti nella parte superiore della finestra. La scena come visto nella modalità di visualizzazione raffigura ciò che sarà presentato sullo schermo durante gli esperimenti.
    3. Regolare il punto di vista per abbinare le dimensioni dei monitor presentazione regolando l'angolo di macchina fotografica. Ruotare la fotocamera tenendo premuto il pulsante sinistro del mouse e spostare il cursore. Spostare la telecamera tenendo premuto il pulsante destro del mouse e spostando il cursore. Zoom in e out tenendo la centrale del mouse (o entrambi i pulsanti del mouse) e muovendo il cursore.
    4. Fare clic su fotocamera impostazioni nella barra degli strumenti di editing (icona della macchina fotografica) e fare clic su copia a cam statico per impostare il punto di vista. Fare clic sul File >> salvare la scena per salvare la scena registrata come la nuova scena di default. Per questo, eseguire l'override del file "default_scene.scene" nella cartella della directory FishSim scene .
      Nota: La scena di default verrà visualizzata ad ogni avvio di FishSim e come la scena iniziale in FishPlayer. In FishPlayer la scena di default serve anche come una pausa durante gli esperimenti (Figura 3A). Regolando la scena deve essere eseguita una sola volta.

Comportamento di movimento dei pesci; acquario serbatoio; Serie di immagini sequenziali che mostrano i cambiamenti di posizionamento.
Figura 3: screenshot di una scena in FishSim. (A) la scena di default vuoto senza un pesce, (B) una scena che mostra un uomo solo, (C) una scena che mostra quello stesso uomo insieme a una donna di modello con una macchia e (D) una scena che mostra il maschio identico e il modello identico femmina senza una macchia. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Progettazione di un virtuale stimoli maschio per presentazione durante le prove di mate-scelta
    Nota: Preparare virtuali stimoli maschi che più tardi saranno animati e presentati per vivere focale femmine durante le prove di mate-scelta.
    1. Se non è già aperta, avviare FishSim. Premere F1 per accedere alla modalità di modifica.
    2. Fare clic sul File >> modello di carico pesce dal menu a discesa e carico il predefinito sailfin maschio molly modello "default_PLM.x" selezionandolo dalla cartella modelli.
    3. Sinistra fare doppio clic sul pesce caricato per selezionarlo. Esso verrà evidenziata in una mesh. Fare clic sull'icona dell'ingranaggio sulla barra degli strumenti per aprire il set di strumenti di pesce. Una finestra pop-up con le opzioni di editing utilizzate per personalizzare l'uomo virtuale. Deselezionare Visualizza mesh per una migliore visione del pesce.
    4. Modificare il nome di maschio.
      Nota: Il nome del maschio è importante e rappresenta il "ruolo" che più tardi verrà riprodotto durante l'animazione. Questo nome deve essere identico per ogni uomo virtuale appena creato che verrà utilizzato più avanti durante gli esperimenti.
    5. Modificare la scala (dimensioni) del maschio modificando i valori per x, y e z, se necessario e fare clic su applica.
    6. Modificare texture del maschio facendo texture in Edit Toolbox. Fare clic su una caratteristica del pesce (corpo, dorsale, caudale) per modificarlo.
      Nota: La casella di scegliere una texture per pop-up con tutti i file con estensione png che possono essere utilizzati come texture. Texture appariranno con nomi come specificato nella cartella modelli .
    7. Fare clic su una struttura visualizzata nell'elenco (a destra) e direttamente apparirà e sostituire il precedente trama sul pesce.
    8. Quando viene creato il maschio desiderato, fare clic su applica sotto Config nella Casella degli strumenti di modificae fare clic su Salva pesci disco. Salvare il nuovo maschio come "Male_A.fish" nella cartella modelli .
    9. Inoltre, salvare tutta la scena (File >> Salva scena) comprese che un maschio nella cartella scene . Qui, si consiglia di utilizzare il nome "Male_A_alone.scene" (figura 3B).
    10. Fare clic sul File >> carico scena per caricare la scena di default vuoto e ripetere i passaggi 1.3.2 a 1.3.9 creare come molti diversi maschi virtuali come necessario e salvare ciascuna appena creato maschi sotto un nome univoco nella cartella modelli e come un nuovo file. scene in la cartella di scena .
  2. Progettazione di pesce femmina modello virtuale per presentazione durante il periodo di osservazione
    1. Fare clic sul File >> carico scena per caricare la scena di default. Seguire passo 1.3.1 e fare clic su File >> modello di carico pesce per caricare il modello femminile predefinito "default_PLF.x" dalla cartella modelli .
    2. A sinistra fare doppio clic sulla femmina caricata per selezionarlo e aprire il set di strumenti di pesce. Modificare il nome in "donna". Scala la femmina se necessario come descritto al punto 1.3.5.
      Nota: Nome e ridimensionamento devono essere identici per tutte le femmine ai fini di questo esperimento.
    3. Sostituire la texture del corpo femminile predefinito con il "luogo", creato in precedenza-texture (elencato nella casella a destra) del corpo come descritto nei passaggi 1.3.6 a 1.3.7.
    4. Fare clic su applica sotto Config nella Casella degli strumenti di modifica, quindi salvare il pesce su disco facendo clic su Salva e creare un file "Female_1S.fish" (S = spot).
    5. Fare clic sul File >> carico scena per caricare la scena di default. Ripetere i passaggi da 1.4.1 a 1.4.4 per creare almeno uno (o anche necessario), ma donna modello identico senza la gravid spot e il nome "Female_1NS.fish" (NS non = nessun punto). Salvare ogni pesce nella cartella models .
      Nota: Per il periodo di osservazione dell'esperimento MCC, scene tra cui un maschio e una femmina devono essere creati e salvati.
    6. Fare clic sul File >> carico scena per caricare la scena vuota predefinito. Fare clic sul File >> modello di carico pesce per inserire un maschio virtuale "Male_A.fish" dalla cartella modelli . Fare clic File >> modello di carico pesce nuovo per aggiungere il virtuale modello femminile "Female_1S.fish" alla scena. Modificare la posizione di ogni pesce alterando loro assi x, y e z-coordinate in modo che i loro corpi non si sovrappongono.
      Nota: Eliminare un pesce dalla scena facendo doppio clic su di esso e premendo Elimina sulla tastiera.
    7. Salvare la scena tra cui modello maschile e femmina facendo File >> salvare scena come "Male_A_with_Female_1S.scene" (Figura 3).
    8. Ripetere i passaggi da 1.4.6 a 1.4.7 per creare tre scene aggiuntive per: (1) Male_A con Female_1NS (Vedi Figura 3D), (2) Male_B con Female_1S e (3) Male_B con Female_1NS.

2. animazione di pesce virtuale stimoli

Nota: Ogni tipo di animazione necessari per l'esperimento deve essere preparato utilizzando solo una volta un esemplare maschio e un'osservazione esemplare scena (maschio e femmina animato insieme). Durante il processo di animazione, un percorso di nuoto per ogni pesce è creato che può essere rivisto in seguito da qualsiasi pesce, purché il nome è identico (Vedi punto 1.3.4).

  1. Animazioni virtuali maschile per presentazione durante le prove di mate-scelta
    Nota: Preparare due animazioni di un uomo virtuale: (1) un percorso di nuoto con una durata di 7,5 min e (2) un percorso di nuoto con una durata di 5 min.
    1. Collegare il controller di gioco (ad es., Sony Play Station 3) alla porta USB del computer operativo.
    2. Aprire FishSim e fare clic su File >> carico scena per caricare la scena di un maschio dalla cartella scene, ad esempio, "Male_A_alone.scene". Avviare FishSteering cliccando sull'icona di FishSteering .
    3. Configurare le impostazioni del controller in una finestra separata.
      Nota: FishSim e FishSteering eseguire contemporaneamente e pesce può essere diretto durante la visione, come mostrato durante gli esperimenti, o in modalità di modifica premendo F1.
    4. Per animare il pesce (maschio), selezionarlo dal menu a discesa del pannello di sterzo . Nomi di modello qui corrispondono al nome dato nella Casella degli strumenti di modifica (Vedi punto 1.3.4).
    5. Fare clic su iniziare a posizionare e utilizzare il controller per mettere il pesce in qualsiasi posizione di partenza nel serbatoio virtuale. Fare clic su Stop immissione.
    6. Iniziare a registrare il percorso di nuoto del pesce facendo iniziare la registrazione. Utilizzare il controller per spostare il pesce intorno alla scena.
      Nota: La durata della registrazione è indicata in basso a destra del pannello dello sterzo.
    7. Scegliere di interrompere la registrazionedi. Fare clic su Salva per salvare il percorso di nuoto come un file di .bag (un "record") sull'unità (ad es. sul desktop). Scegliere il nome del file per rappresentare la durata del record, ad esempio, "7_30_min_male_alone.bag".
      Nota: Una volta che la registrazione viene interrotta, non è possibile modificare la durata totale del nuovo.
    8. Modificare la registrazione per aggiungere movimento della pinna dorsale del maschio di imitare il comportamento di corteggiamento maschile durante le prove di mate-scelta. La pinna dorsale di selezionare dal menu a discesa nella funzionalità di modifica (solo una funzione possa essere modificata in un momento).
    9. Selezionare Start editing e il percorso di nuoto completo verranno riprodotti. Premere il tasto L1 sul controller per sollevare la pinna dorsale in punti specifici nel tempo. Fare clic su Salva per salvare la versione modificata del percorso nuoto come un nuovo . Borsa-file.
    10. Ripetere i passaggi 2.1.8 e 2.1.9 ma selezionare il gonopodio per aggiungere il suo movimento. Salvare la versione finale per un uso successivo in FishPlayer. Vicino FishSteering.
      Nota: Si consiglia di salvare i file di borsa per ogni passaggio di modifica sotto un nome univoco. In questo modo, è sempre possibile tornare a una versione precedente dell'animazione se qualcosa nel processo di editing va storto.
  2. Animazione virtuale di femmina maschio e modello per presentazione durante il periodo di osservazione
    Nota: Preparare un'animazione con un virtuale maschio e la femmina di modello virtuale nel corteggiamento, così sessualmente che interagiscono con a vicenda, con una durata complessiva di 10 min.
    1. Aperto FishSim. Premere F1 per accedere alla modalità di modifica e fare clic su File >> carico scena per caricare una scena con maschio e femmina, ad esempio, "Male_A_with_Female_1S.scene". Avviare FishSteering.
    2. Selezionare alternativamente maschio e femmina per metterli (facendo clic su Start/Stop immissione) nel serbatoio virtuale.
    3. Per la registrazione, selezionare prima il pesce femmina dal menu a discesa del pannello di sterzo e creare un percorso di nuoto con durata di 10 min come segue 2.1.5 a 2.1.6.
      Nota: Il percorso di nuoto del pesce solo una alla volta può essere registrato. Dopo l'animazione il primo pesce, il percorso di nuoto del pesce secondo può essere incluso usando la funzione Edit , mentre il pesce precedentemente diretto verranno riprodotti a fianco per tutta la durata dell'animazione.
    4. Scegliere di interrompere la registrazione e salvare il percorso di nuoto sul disco, per esempio, come "10_00_min_male_with_female.bag". Poi successivamente modificare il maschio percorso di nuoto, pinna dorsale movimento e movimento gonopodio come descritto nei passaggi 2.1.8 per 2.1.10. Salvare la versione finale per un uso successivo in FishPlayer.

3. preparazione animazione playlist per l'esperimento MCC

Nota: Utilizzare FishPlayer per presentare animazioni su due monitor per vivere focale femmine. Organizzare le playlist per ogni monitor separatamente simulare la procedura dell'esperimento MCC (Figura 1). Lo strumento è costituito da una finestra principale, mostrando la playlist record per ogni monitor (Figura 4) e una finestra di animazione separata per ogni monitor di presentazione.

  1. Funzionalità generali e la disposizione delle scene e record
    1. Chiudere tutte le finestre e aprire FishPlayer facendo clic sull'icona corrispondente. Configurare l'impostazione per l'uso con due monitor per presentazione (sinistra e destra) e fare clic su avvio.
      Nota: La scena di default creata nel passaggio 1.2.4 (salvata in scenes/default_scene.scene) verrà sempre caricata e visualizzata su entrambi i monitor come la scena iniziale e durante un comando pause.
    2. Aggiungere voci alla playlist per ogni monitor separatamente. Fare clic su Aggiungi carico scena per aggiungere la scena di per esempio, A maschio, dalla cartella scene nella directory FishSim . Fare clic su Aggiungi giocare record per aggiungere un record dall'unità, ad esempio, il record di 7,5 min per un uomo da solo.
      Nota: La scena e il seguente record verrà quindi collegate per il software e l'uomo virtuale raffigurato nella scena sarà animato come definito nel record corrispondente.
    3. Fare clic su Aggiungi pausa per aggiungere un comando pause di una durata specifica (minuti/secondi) che mostra la scena di default senza pesce come una pausa per pesce movimentazione tra i record.
      Nota: Durata della pausa deve generalmente dipendere il tempo necessario per la manipolazione di pesce. Fare clic su una voce e trascinare per modificarne l'ordine nell'elenco. Le voci selezionate sono evidenziate in rosso. Eliminare una voce dall'elenco di riproduzione selezionando la voce e facendo clic Elimina selezione.
    4. Fare clic su Play/Stop per avviare e interrompere una presentazione. Interrompere sempre si concluderà la playlist completa, ad esempio, non c' non è alcun modo per mettere in pausa a metà di una playlist una volta in esecuzione.
      Nota: Playlist sarà sempre iniziare dal primo ingresso ed eseguito dall'alto verso il basso. Pertanto, l'ordine corretto di tutte le voci deve essere impostata prima dell'esperimento e non può essere modificato in seguito senza interrompere la presentazione. Un timer nella parte inferiore della finestra Mostra la durata e il tempo effettivo della playlist corrente.
  2. Arrangiamento di playlist per i due trattamenti e il controllo dell'esperimento MCC
    Nota: In termini di disposizione la voce, l'esperimento MCC è diviso in due parti: (1) la prova di mate di primo-scelta e (2) il periodo di osservazione seguita dal test secondo compagno-scelta. Pertanto, per ogni trattamento e il controllo, playlist devono essere organizzati in due ordini diversi.
    1. Quando si esegue l'esperimento, in primo luogo, preparare una playlist per il test di primo mate-scelta.
    2. In secondo luogo, nel corso dell'esperimento in esecuzione, è possibile modificare la disposizione della playlist per il successivo periodo di osservazione e la seconda prova di mate-scelta secondo cui uomo virtuale è stato preferito dalla femmina focale nel test primo mate-scelta.
  3. Disposizione di playlist specifiche per il trattamento di "spot"
    1. Per la prova di mate di primo-scelta in trattamento 1, ordina la playlist esattamente come rappresentato in Figura
    2. Dopo la prova di mate di primo-scelta, fare pausa per calcolare quale uomo virtuale era comodo (Vedi punto 5.9 qui sotto). Quindi è possibile ridisporre le playlist per il periodo di osservazione, in cui informazione pubblica è previsto per la femmina focale mostrando il maschio non preferite precedente insieme con la donna modello.
    3. Organizzare la playlist per l'osservazione e la seconda prova di mate-scelta seguente secondo Figura 5.
    4. Per il periodo di osservazione, è possibile collegare il record di 10 min (modello e maschio femmina insieme) con una scena che mostra il Priore preferito maschio da solo.
      Nota: In questo caso, sarà visualizzato solo il percorso di nuoto del maschio e, poiché è presente nella scena, la femmina di modello virtuale sarà assente.
    5. Per la playlist con il maschio non preferite, collegare il record di 10 min alla scena tra cui il maschio non preferite precedente insieme con la femmina di modello. Scegliere le scene tra cui una donna di modello con una gravid spot (S) per questo trattamento.
      Nota: A differenza di 3.3.2, qui, sono riprodotti il record identico ma ora la donna modello è visibile.

Interfaccia software FishPlayer; Due pannelli di riproduzione per il controllo delle scene nella configurazione dello studio comportamentale.
Figura 4: schermata che mostra le playlist di FishPlayer per i monitor di sinistro e destro nella prima parte (cioè, il primo mate-scelta test) dell'esperimento MCC. Voci di playlist sono ordinate come necessario per i test di primo mate-scelta di trattamento 1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Schema dell'interfaccia di FishPlayer; controllo della riproduzione, caricamento delle scene, gestione delle playlist, impostazioni dell'ora.
Figura 5: schermata che mostra le playlist di FishPlayer per i monitor sinistro e destro nella seconda parte dell'esperimento MCC (periodo di osservazione e seconda prova di mate-scelta). Voci di playlist sono ordinate secondo necessità per il periodo di osservazione e la seconda prova di mate-scelta nel trattamento 1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Disposizione di playlist specifiche per il trattamento di "nessun posto"
    1. Per trattamento 2, ordinare le playlist come descritto per il trattamento 1 (figure 4 e 5), ma invece usare la scena tra cui la femmina di modello virtuale senza macchia gravid (NS) durante l'osservazione.
  2. Disposizione di playlist specifiche per il controllo di coerenza di scelta
    Nota: Nel controllo di coerenza di scelta, voci di elenco di riproduzione per il test di mate-scelta sono identiche ai trattamenti 1 e 2 (Figura 4). Durante il periodo di osservazione, tuttavia, alle femmine focale viene fornita alcuna informazione pubblica e, quindi, nessuna donna modello è visibile.
    1. Ordinare le playlist come illustrato nella Figura 5 ma combinare le scene per ogni uomo da solo con il record di 10 min.
      Nota: In questo caso, sarà visualizzato solo il percorso di nuoto del pesce maschio e, poiché è presente nella scena, la donna modello sarà assente su entrambi i lati.

4. organizzazione sperimentale

  1. Posto due computer schermi ciascuno alle estremità opposte di un serbatoio di prova. Regolare gli schermi per coprire la maggior parte delle pareti di vetro della vasca prova e per avere 1,5 cm di spazio tra le schermate e le pareti del serbatoio. Forniscono un'illuminazione al serbatoio dall'alto.
  2. Coprire il fondo del serbatoio con un sottile strato di ghiaia e riempirlo con acqua adatto per pesci vivi all'altezza degli schermi. Contrassegnare una zona scelta con una linea verticale alla profondità di 20 cm da ogni estremità all'esterno del serbatoio. Avere a portata di mano un cilindro di vetro acrilico e due cronometri.
  3. Collegare il monitor all'alimentatore e al computer operativo, posizionato ad almeno 1 m dal serbatoio di prova, ad esempio, su un tavolino (Figura 6).

Diagramma di configurazione del test comportamentale; vasca con pesci, monitor che visualizzano stimoli, sistema di controllo computerizzato.
Figura 6: messa a punto sperimentale per l'esperimento MCC con la computer animation. Il funzionamento computer si connette a due monitor di presentazione (Monitor 1 e 2) che riprodurre animazioni per vivere le femmine focale all'interno del serbatoio di prova. Per l'illustrazione, entrambi i monitor LCD sono angolati per mostrare una scena animata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

5. esecuzione dell'esperimento MCC

Nota: Seguire la procedura di seguito per eseguire una prova di controllo esperimento MCC utilizzando una femmina focale dal vivo, trattamento 2 o 1 trattamento sperimentale (Vedi Figura 1).

  1. Aprire FishPlayer nel computer in uso e organizzare le playlist per la prova di mate di primo-scelta come ad es., descritto per trattamento 1 (Figura 4). Controllare che il monitor per la presentazione sono in esecuzione e che stanno mostrando la scena di default vuota.
  2. Posto una femmina focale dal vivo all'interno del serbatoio di prova. Lasciala nuotare liberamente e raggiunga il serbatoio e la presentazione delle cisterne vuote su entrambi i monitor per un periodo di 20 min.
  3. Dopo acclimatazione, posizionare la femmina focale in un cilindro trasparente acrilico nel mezzo del serbatoio di prova per assicurare una distanza uguale per entrambi i monitor ed eseguire le playlist su entrambi i monitor contemporaneamente facendo clic su Play, a partire con il primo mate-scelta prova.
    Nota: La femmina focale è permesso di guardare entrambi maschi su stimolo virtuale all'interno del cilindro per circa 2,5 min.
  4. Prima che il timer arriva a 02:30 min, andare lentamente al serbatoio sperimentale e rilasciare la femmina focale dal cilindro sollevandola delicatamente dritto fuori dall'acqua, per esempio, alle 02:15 min.
    Nota: Qui, la tempistica esatta dipende dalla distanza dal computer operativo al serbatoio di prova e deve essere determinato durante le esecuzioni dei test precedenti. È fondamentale agire lentamente e delicatamente per evitare sottolineando il pesce. Poiché pesce può agire molto rapidamente, è consigliabile avere già una cronometro a portata di mano mentre si rilascia la femmina per avviare direttamente la misura del tempo di associazione (vedere punto 6.1).
  5. Tornare al computer operativo. Osservare la femmina focale e hanno due cronometri a portata di mano per misurare il tempo di associazione con ogni uomo di stimolo virtuale (vedere punto 6.1).
    Nota: La femmina focale è consentita nuotare liberamente e scegliere tra entrambi i maschi per 5 min.
  6. Interrompere la misurazione del tempo di associazione quando il timer arriva a 07:30 min. La voce di pausa poi verrà eseguito per un minimo di 1,5 uso la pausa come tempo di trattamento, ancora una volta, posizionare la femmina focale all'interno del cilindro e annotare il tempo per ogni uomo virtuale in un foglio dati.
    Nota: Dopo la pausa, la seconda 07:30 ingresso minuti inizierà e la femmina focale può guardare entrambi i maschi per 02:30 minuti. Posizione maschio ora viene commutato tra sinistra e destra per controllo per un bias di lato possibile nelle femmine focale (Vedi punto 6.3).
  7. Prima che il timer arriva a 11:30 min, rilasciare la femmina focale dal cilindro. Misurare il tempo associazione per il prossimo 5 min.
  8. Interrompere la misurazione del tempo di associazione quando il timer raggiunge 16:30 min. La voce di pausa verrà eseguito per un minimo di 1 uso questo tempo di movimentazione per posizionare la femmina focale all'interno del cilindro.
  9. Annotare volte associazione per la seconda misurazione. Per ogni uomo, riassumere volte associazione di entrambe le metà del test primo mate-scelta (prima e dopo i maschi sono stati commutati). Calcolare se la femmina focale ha una polarizzazione di lato e il cui maschio è stato preferito dalla femmina focale (vedere procedura 6.1 a 6.3).
    Nota: Non è un problema se la pausa è finita prima che il calcolo è fatto, poiché la playlist per raggiungere il suo fine e fermare ha bisogno di procedere al passaggio successivo.
  10. Ridisporre le playlist (fare non chiudere FishPlayer!) come mostrato nella Figura 5 (a seconda del trattamento corrente) in modo che il Priore preferito uomo sarà animato da solo durante il periodo di osservazione e il maschio non preferite preventivo sarà animato insieme al modello virtuale femmina.
    Nota: Le modifiche apportate alle playlist non sono visibili alla femmina focale.
  11. Fare clic su Play per continuare che la seconda parte dell'esperimento e le voci verrà riprodotti da cima a fondo a partire dal periodo di osservazione di 10 min.
    Nota: Durante il periodo di osservazione, la femmina focale rimane all'interno del cilindro, ma è in grado di guardare entrambe le presentazioni.
  12. Dopo il periodo di osservazione, una pausa di 0,5 min inizia. Prima che il timer arriva a 10:30 min, rilasciare la femmina focale dal cilindro e iniziare il seconda compagno-scelta di prova con il record di 5 min per ogni uomo. Misurare i tempi di associazione per il prossimo 5 min.
  13. Interrompere la misurazione del tempo di associazione quando il timer arriva a 15:30 min. La voce di pausa sarà quindi eseguire per un minimo di 1,5 posto la femmina focale all'interno del cilindro e annotare il tempo misurato per ogni uomo virtuale.
    Nota: Dopo la pausa, il successivo 07:30 min voce verrà avviato e la femmina focale può guardare entrambi i maschi (cui posizione ha nuovamente commutata tra destra e sinistra) per 2,5 min.
  14. Prima che il timer arriva a 19:30 min, rilasciare la femmina focale dal cilindro e misurare il tempo di associazione per gli ultimi 5 minuti.
  15. Interrompere la misurazione del tempo di associazione quando il timer raggiunge 24:30 min e terminare l'esperimento. Scrivere le volte associazione per entrambi i maschi virtuali e procedere con l'analisi.

6. dei dati di misura

  1. Misurare il tempo di associazione durante la prima e la seconda parte (prima di e dopo stimoli sono commutato) di ogni test di mate-scelta, quando la femmina focale è consentita di scegliere tra i due maschi.
    Nota: Avviare la misurazione quando la femmina attraversa la linea di confinare la zona scelta con la testa e l'opercolo. Interrompere la misurazione quando la testa e l'opercolo sono all'esterno della zona scelta.
  2. Riassumere associazione tempo misurato per ogni uomo nella prima e seconda parte di un compagno-scelta test e determinare quale maschio era comodo.
    Nota: Il maschio preferito è determinato come quello che la femmina focale speso più del 50% del tempo totale che ha trascorso in entrambe le zone di scelta all'interno di un test di mate-scelta. Per l'analisi, tempo di associazione è spesso tradotta in punteggi di preferenza (valore relativo compagno-scelta), che è definito come il tempo trascorso di una femmina di focale con un uomo in divisa per il tempo che ha trascorso con entrambi i maschi nelle zone mate-scelta.
  3. Calcolare se focale femmine mostrano una polarizzazione di lato durante la prova di mate di primo-scelta e prevenute femmine di escludere dall'analisi finale.
    Nota: Focale femmine sono considerate essere polarizzato a lato se hanno speso più del 90% del tempo totale (entrambe le metà del test primo mate-scelta) nella stessa zona scelta, anche dopo la posizione di maschio è stata commutata. Sua scelta per un uomo è quindi considerato come lato prevenuto e la versione di prova è terminato.
  4. Misurare la lunghezza standard di ogni femmina focale (SL).
    Nota: Per evitare pesce viene stressato durante gli esperimenti, misurazioni sempre dopo la cessazione di una prova sperimentale.

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Risultati

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In seguito il protocollo, abbiamo usato FishSim per creare animazioni al computer di virtuale sailfin molly maschi e femmine. Abbiamo usato ulteriormente la toolchain per presentare animazioni per vivere le femmine focale in una situazione di scelta binaria per eseguire un esperimento MCC secondo la procedura sperimentale descritta in Figura 1 e 5 del protocollo.

Al fine di determinare se l...

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Discussione

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Il posto gravid nelle femmine di molly Poecilia è stata precedentemente descritta per servire come mezzo di annuncio di fertilità verso maschi conspecifici59,60. Se un luogo gravido può anche fornire informazioni alle femmine conspecifici nel contesto di scelta del compagno non era stato testato finora. Nel presente caso di studio, abbiamo studiato il ruolo potenziale di un posto di gravid come fonte di informazione pubblica per osservare femmine conspecifici nel...

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Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo lavoro è stato supportato dal Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG (WI 1531/12-1 KW e SG) e KU 689/11-1 al KDK, KM e JMH. Ringraziamo sinceramente il programma DAAD RISE Germania per fornire e organizzare uno stage di ricerca universitari tra SG e DB (finanziamento-ID: 57346313). Siamo grati a Mitacs per il finanziamento DB con un aumento-Globalink Research Internship Award (FR21213). Ringraziamo Aaron Berard per averci invitati a introdurre FishSim per i lettori di Giove e Alisha DSouza nonché tre utenti anonimi per i loro preziosi commenti su una precedente versione del manoscritto.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Hardware
2x 19" Belinea LCDBelinea GmbH, GermaniaModello 1970 S1-P1280 x 1024 pixel risoluzione
1x 24" Fujitsu LCD display FujitsuTechnology Solutions GmbH, GermaniaModello B24-8 TS Pro1920 x 1080 pixel
risoluzione ComputerIntel Core 2 Quad CPU Q9400 @ 2.66GHz x 4, GeForce GTX 750 Ti/PCIe/SSE2, 7.8 GiB di memoria, 64-bit, 1TB; tastiera e mouse
SONY Playstation 3 Controller wirelessSony Computer Entertainment Inc., GiapponeModello n. CECHZC2ECavo USB per il collegamento al computer
Acquario100 cm x 40 cm x 40 cm (L x A x P)
Cilindro in plexiglasssu misura49,5 cm di altezza, 0,5 cm di spessore, 12 cm di diametro; otto piccoli fori (circa 5 mm di diametro) praticati vicino all'estremità del cilindro riducono la quantità di disturbo dell'acqua mentre rilasciano il pesce
Ghiaia
2x OSRAM L58W/965OSRAM GmbH, GermaniaIlluminazione della configurazione sperimentale
2x Cronometri<
strong>NomeAziendaCatalog NumberComments
Software
ubuntu 16.04 LTSSistema operativo per computer; Scarica da: https://www.ubuntu.com/
FishSim Animation Toolchain v.0.9Scarica il software e il manuale utente (PDF) da: https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain
GIMP Gnu Image Manipulation Program (versione 2.8.22)Scarica da: https://www.gimp.org/
display di vetro

Riferimenti

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