Test di fisiologia termica sul campo: recupero degli shock freddi in condizioni ambientali

Questo protocollo è un metodo estremamente a basso costo per raccogliere dati sulla fisiologia organismica, in modo accessibile e standardizzato. Questo strumento può essere utilizzato per esplorare la fisiologia a diversi livelli. Può essere utilizzato da biologi intrepidi sul campo, così come da bambini in età scolare.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che si basa su materiali prontamente disponibili ed è a bassissimo costo. Può essere eseguito quasi ovunque e da ricercatori con una gamma di competenze e obiettivi. Questo metodo può fornire informazioni sui processi fisiologici, comportamentali ed ecologici.

Poiché le metriche chiave per ottenere una risposta fisiologica sono standardizzate, il metodo può aumentare la nostra capacità di comprendere e confrontare i tratti chiave tra gruppi di individui, specie e comunità ecologiche. Gestire gli insetti senza danneggiarli richiede pratica, ma la pratica rende perfetti. Definire i parametri del tuo esperimento, come quanto tempo tenere gli insetti nell'acqua ghiacciata, può richiedere tempo e richiede sperimentazione e comprensione dei tuoi taxa focali.

A dimostrare la procedura con me saranno Heather Rohrer e Matt Standridge, due tecnici del laboratorio di Daniel. Inizia con l'identificazione delle specie di interesse, tenendo presente che ogni gruppo differirà nel tempo necessario per indurre un coma freddo. In base all'organismo e all'uso dei dati, scegliere diversi punti di taglio per l'esperimento se l'individuo focale non vola.

Condurre un preprocesso su un piccolo campione per determinare i parametri chiave, come il tempo richiesto sul ghiaccio, per indurre un coma freddo. Scegli un tempo limite in base all'ecologia della specie. Tenendo presente che dopo molti minuti di incapaci di volare, alcuni insetti vengono presi dai predatori.

Raccogli gli insetti usando metodi appropriati, come trappole esche e reti entomologiche. Metti ogni individuo in una busta di vetro separata con un ID univoco e conserva gli animali in un luogo fresco ombreggiato protetto da sole diretto, vento e predatori. Esporre sempre l'animale al trattamento sperimentale entro 24 ore dalla cattura per standardizzare questo tempo il più possibile durante gli studi.

Riempire un dispositivo di raffreddamento con acqua e ghiaccio sufficiente per mantenere l'ambiente nell'acqua a zero gradi Celsius. Scegli tra uno e quattro individui focali per un ciclo di sperimentazione, assicurandoti che ogni individuo sia identificabile. Quando si utilizzano più specie, utilizzare solo una di ciascuna per evitare confusione.

Se l'esperimento non è correlato alla colorazione delle ali, contrassegnare le ali con ID unici con un pennarello a punta di feltro fine per distinguere gli individui. Se gli esperimenti non soddisfano nessuno dei criteri di cui sopra, condurre l'esperimento su un individuo alla volta. Popola le righe della scheda tecnica con le informazioni su ogni insetto analizzato, incluso il loro ID univoco e un identificatore utile, nelle note.

Mettere tutti gli individui focali in un sacchetto di plastica sigillato con un peso e posizionare il sacchetto in acqua ghiacciata per 60 minuti per indurre il coma freddo. Utilizzare un semplice termometro per registrare la temperatura ambiente a brevi intervalli a mano. Se disponibile, è possibile registrare le condizioni ambientali utilizzando un data logger.

Innanzitutto, collega il logger di dati, vai al dispositivo, avvia e seleziona il dispositivo collegato facendo clic su Ok. Immettete il nome della prova, selezionate Temperatura e Intensità luce (Light Intensity) e immettete le unità. Impostare l'intervallo di registrazione su 10 secondi.

Immettere la data e l'ora dell'esperimento e selezionare Inizio ritardato per avviare il data logger all'ora selezionata. Assicurarsi che le informazioni sul data logger, inclusa l'ora del giorno, siano sincronizzate con gli esperimenti in modo che i dati sulle condizioni ambientali possano essere successivamente abbinati a ogni singolo insetto focale. Decidere i parametri sperimentali, ad esempio se il recupero avviene all'ombra o al sole, e notare questi trattamenti sulla scheda tecnica.

Posizionare una gabbia a rete per gli insetti in una posizione appropriata in modo che la temperatura e gli ambienti luminosi siano omogenei all'interno della gabbia. Mantenere la base della gabbia elevata in modo che possa essere sfruttata dall'osservatore e posizionare il data logger appena fuori o all'interno della gabbia dove può essere tenuto indisturbato. Rimuovere gli animali dal bagno d'acqua ghiacciata dopo 60 minuti e rimuovere immediatamente gli insetti dal sacchetto di plastica, quindi rimuovere rapidamente ogni individuo dalla sua busta con una manipolazione minima e avviare il cronometro non appena gli animali sono nella gabbia a rete.

Tocca la base della gabbia con una matita abbastanza frequentemente e abbastanza forte da agitare gli insetti in recupero senza causare una risposta. Contrassegnare la prova come completata una volta che un individuo ha volato. Termina la prova e considera che l'insetto non si è ripreso se non si è mosso dopo 30 minuti.

Rimuovere gli insetti dalla gabbia a rete e riposizionare gli individui nelle loro buste di vetro etichettate. Liberare gli animali o conservarli per un'ulteriore raccolta dei dati ed elaborare i dati come descritto nel manoscritto testuale. Per accedere ai dati ambientali registrati, ricomporre il registratore di dati HOBO nel computer.

Passare alla lettura del dispositivo, selezionare Interrompi registrazione e salvare i file nella cartella desiderata come file HOBO. Dopo aver visualizzato un pop-up, confermate le unità dei parametri e selezionate Plottaggio (Plot) per ottenere un grafico per le condizioni sperimentali. Per esportare la tabella dati, selezionare Esporta dati tabella file ed esportarla come file CSV da salvare nella cartella appropriata.

In questo protocollo, l'interazione tra condizioni ambientali importanti per la fisiologia dell'organismo e il recupero degli shock freddi è stata esplorata per le specie variabili di farfalle. È stato osservato che con l'aumento della temperatura media dello studio, il tempo di recupero degli shock freddi è diminuito mostrando variabilità tra i taxa. Allo stesso modo, è stata osservata la relazione inversa tra l'intensità media della luce dello studio e il tempo di recupero degli shock freddi, indicando che sia la temperatura che le condizioni di luce contribuiscono al recupero delle farfalle.

181 specie selvatiche di farfalle raccolte da tre osservatori nell'corso di cinque mesi hanno mostrato un netto recupero dal coma freddo indotto dallo shock freddo, evidenziando l'ampiezza tassonomica attraverso la quale questo esperimento può essere applicato con successo. Sono state tracciate le condizioni del campo ambientale e le condizioni sperimentali, dimostrando la rilevanza ecologica di condurre test di fisiologia in condizioni ambientali. Quando si esegue questo protocollo, assicurarsi di prestare molta attenzione a tutti gli individui nella gabbia mesh poiché i cambiamenti nel comportamento possono essere sottili e accadere rapidamente.

I dati generati da questo protocollo fanno luce sui tratti eco fisiologici degli organismi testati. Molti altri tratti contribuiscono alla fisiologia dell'organismo, come dimensioni, colore e filogenesi. I dati su tratti aggiuntivi spiegheranno e contestualizzeranno ulteriormente le misure di recupero degli shock a freddo, aggiungendo al contesto ecologico e della storia della vita di queste informazioni.

Ho usato questo metodo per caratterizzare l'ecofisiologia di intere comunità di farfalle nelle Ande colombiane. Poiché il protocollo è accessibile, economico e abbastanza semplice da essere implementato in contesti rurali, i dati sono stati raccolti su centinaia di individui in un breve periodo di tempo.