제브라피시의 자기장 민감도에 대한 성격의 영향 평가

본 연구에서는 물의 흐름과 자기장과 같은 외부 방향 신호에 대한 얕은 물고기의 방향 반응에 대한 물고기 성격의 역할을 조사하는 범위를 가진 실험실 기반 행동 프로토콜에 대해 설명합니다.

동물의 방향 결정은 다양한 감각 정보를 저울질하여 이루어집니다. 결정 과정은 동물의 탐색 능력(예: 방향을 선택하고 유지하는 능력), 내부 상태(예: 먹이 또는 생식 욕구), 이동 능력(예: 운동 생체 역학) 및 몇 가지 추가 외부 요인(예: 시간, 동종과의 상호 작용)의 영향을 받습니다¹.

방향 행동에서 내부 상태 또는 동물 성격의 역할은 종종 잘 이해되지 않거나 탐구되지 않습니다². 사회적 수생 종의 방향에 대한 연구에서 추가적인 문제가 발생하는데, 이들은 종종 조정되고 양극화된 집단 이동 행동을 수행합니다³.

물의 흐름은 물고기의 방향 형성 과정에서 중요한 역할을 합니다. 물고기는 rheotaxis^{4라는 무조건 반응을 통해 물의 흐름을 향하며}, 이는 양수(즉, 상류 방향) 또는 음수(즉, 하류 방향)일 수 있으며 채집에서 에너지 소비 최소화에 이르기까지 여러 활동에 사용됩니다^5,6. 더욱이, 점점 더 많은 문헌에 따르면 많은 어종이 방향과 탐색을 위해 지자기장을 사용한다고 보고하고 있습니다.^7,8,9.

물고기의 유변 축성 및 수영 성능에 대한 연구는 일반적으로 물고기가 저속에서 고속으로 유속의 단계적 증가에 노출되는 흐름 챔버 (수로)에서 수행되며, 종종 고갈 때까지 (임계 속도라고 함) ^10,11. 한편, 이전 연구에서는 물이 고요한 경기장에서 동물의 수영 행동을 관찰하여 방향에서 자기장의 역할을 조사했습니다^12,13. 여기에서는 연구원들이 물의 흐름과 자기장을 모두 조작하면서 물고기의 행동을 연구할 수 있는 실험실 기술에 대해 설명합니다. 이 방법은 이전 연구에서 떼를 지어 다니는 제브라피시(Danio rerio)에 처음으로 사용되었으며, 주변 자기장의 조작이 유변성 임계값(즉, 떼를 지어 물고기가 상류로 향하는 최소 수속)을 결정한다는 결론에 이르렀습니다¹⁴. 이 방법은 지구의 자기장 강도 범위 내에서 수로의 자기장을 제어하도록 설계된 설정과 결합 된 느린 흐름의 수로 챔버의 사용을 기반으로합니다.

제브라피쉬의 행동을 관찰하는 데 사용되는 수영 터널은 그림 1. 터널(직경 7cm, 길이 15cm의 비반사 아크릴 실린더로 제작)은 유량 제어를 위한 설정에 연결됩니다¹⁴. 이 설정을 사용하면 터널의 유속 범위가 0에서 9cm/s 사이로 변합니다.

수영 터널의 자기장을 조작하기 위해 두 가지 방법론적 접근 방식을 사용합니다: 첫 번째는 1차원이고 두 번째는 3차원입니다. 모든 응용 분야에서 이러한 방법은 지구 자기장을 조작하여 정의된 물의 부피에서 특정 자기 조건을 얻으므로 이 연구에서 보고된 모든 자기장 강도 값에는 지구 자기장이 포함됩니다.

1차원 접근 방식과 관련하여¹⁵, 자기장은 수영 터널을 감싸는 솔레노이드를 사용하여 물의 흐름 방향(x축으로 정의됨)을 따라 조작됩니다. 이것은 전원 장치에 연결되어 균일한 정적 자기장을 생성합니다(그림 2A). 마찬가지로, 3 차원 접근법의 경우, 수영 터널을 포함하는 볼륨의 지구 자기장은 전선 코일을 사용하여 수정됩니다. 그러나 자기장을 3차원으로 제어하기 위해 코일은 3개의 직교 Helmholtz 쌍(그림 2B)으로 설계되었습니다. 각 Helmholtz 쌍은 3개의 직교 공간 방향(x, y 및 z)을 따라 배향된 두 개의 원형 코일로 구성되며 폐쇄 루프 조건에서 작동하는 3축 자력계가 장착되어 있습니다. 자력계는 지구의 자연장에 필적하는 자기장 강도로 작동하며 코일 세트의 기하학적 중심(수영 터널이 있는 위치)에 가깝게 위치합니다.

우리는 여울을 구성하는 물고기의 성격 특성이 자기장에 반응하는 방식에 영향을 미친다는 가설을 테스트하기 위해 위에서 설명한 기술을 구현합니다¹⁶. 우리는 능동적인 성격과 반응적인 성격을 가진 개인^{17,18을 가진 개인}이 물의 흐름과 자기장에 노출되었을 때 다르게 반응한다는 가설을 테스트합니다. 이를 테스트하기 위해 먼저 확립된 방법론을 사용하여 사전 예방적 또는 사후 대응적인 개체를 할당하고 그룹화합니다^17,19,20,21. 그런 다음, 반응적인 개체로만 구성되거나 능동적인 개체로만 구성된 여울에서 수영하는 제브라피쉬의 유변학적 행동을 평가하여 샘플 데이터로 제시합니다.

정렬 방법은 새로운 환경을 탐색하려는 능동적인 개인과 반응적인 개인의 서로 다른 경향을 기반으로 합니다²¹. 구체적으로 말하자면, 밝은 면과 어두운 면으로 나뉘어진 탱크를 사용합니다^17,19,20,21 (그림 3). 동물들은 어두운 면에 적응합니다. 밝은 면에 대한 접근이 열려 있을 때, 능동적인 개체는 새로운 환경을 탐험하기 위해 수조의 어두운 절반을 빠르게 빠져나가는 경향이 있는 반면, 반응적인 물고기는 어두운 수조를 떠나지 않습니다.

다음 프로토콜은 이탈리아 나폴리에 있는 University of Naples Federico II의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)에서 승인되었습니다(2015).

1. 동물 관리

1. 최소 200L의 탱크를 사용하여 각 탱크에 최소 50명의 남녀 개체로 구성된 무리를 수용하십시오.
   메모: 수조에 있는 물고기의 밀도는 2L당 한 마리 이하여야 합니다. 이러한 조건에서 제브라피쉬는 정상적인 떼를 짓는 행동을 보입니다.
2. 유지 관리 조건을 다음과 같이 설정하십시오 : 온도 27-28 ° C, 전도도 <500 μS, pH 6.5-7.5; <0.25 mg/L에 있는 NO₃; 그리고 10 h : 14 h.
   에서 밝은 : 어두운 광주기 메모: 혼합된 인구와 분리된 사전 및 반응 인구 모두에 대해 동일한 보유 조건을 사용해야 합니다.

2. 제브라피쉬의 성격 선택

1. 유지 보수 탱크에 사용된 것과 동일한 물로 조용한 방(그림 3)에 성격 선택 탱크를 준비하여 놓습니다.
2. 탱크 위 또는 옆에 비디오 카메라를 놓습니다. 탱크와 시각적 접촉이 없는 장소에 모니터가 있는 컴퓨터에 카메라를 연결합니다.
3. 정비 수조에서 무작위로 9마리의 물고기를 선택하고 매듭이 없는 그물을 사용하여 성격 선택 수조의 어두운 면으로 옮깁니다.
   메모: 수조 및 물고기와의 상호 작용을 가능한 한 최소한의 시간으로 제한하십시오. 소음과 빠른 움직임을 피하십시오. 필요한 경우 저장 탱크의 물과 함께 소량의 운송 탱크 (약 2L)에 동물을 옮깁니다. 동물의 공기 노출을 피하기 위해 250ml 비커를 사용하여 동물이 비커에 들어가도록 부드럽게 유도하십시오. 포획 시간을 최소화하고, 동물에게 신체적 손상을 줄 수 있으므로 여러 마리의 물고기를 포획하지 않으며, 스트레스를 증가시킬 수 있으므로 그물에 물고기를 몇 초 이상 잡지 마십시오. 물고기는 실험 수조로 옮기기 전에 자유롭게 먹이를 주어야 합니다. 이것은 먹이를 찾는 행동의 다른 경향이 다음 실험²² 동안 개체의 행동에 영향을 미칠 가능성을 제한합니다. 하루 중 같은 시간에 반복 실험을 수행합니다. 이것은 가능한 일주기 리듬²³에 의해 야기된 실험 그룹의 행동의 가변성을 최소화한다.
4. 1시간 동안 순응한 후 슬라이딩 도어를 엽니다.
   메모: 구멍에서 나와 10분 이내에 탱크의 밝은 면을 탐험하는 개인은 사전 예방적인 것으로 간주됩니다²¹.
5. 10분 후 탱크에서 사전 예방적 개체를 부드럽게 제거하고 사전 유지 보수 탱크로 옮깁니다.
6. 15분 후 어두운 상자에 남아 있는 반응^{21로 간주되는 물고기를 수집}하여 반응형 유지 관리 탱크로 옮깁니다.
   메모: 10분 후에 수조의 밝은 면으로 이동하는 물고기를 버립니다²¹. 섹션 5에 설명된 테스트에 필요한 사전 및 반응 물고기의 원하는 수가 수집될 때까지 한 번에 9마리의 물고기로 성격 테스트를 수행합니다. 적극적인 성격과 반응적인 성격의 일관성은 동일한 접근 방식을 사용하여 정기적으로 확인할 수 있습니다.

3. 1차원 자기장 조작으로 자기장 설정²⁷

1. 전원 장치를 켭니다(그림 2A).
2. 유변 프로토콜이 수행될 위치(섹션 5)에 코일 터널을 배치하되 수영 기구와 분리된 상태로 유지합니다(그림 2A). 터널 내부에 가우스/테슬라미터와 연결된 자기 프로브를 놓고 터널의 장축을 따라 선택한 자기장 값을 얻는 데 필요한 전압을 확인합니다.
   메모: 솔레노이드의 자기 특성으로 인해 자기장은 터널 내부에서 상당히 균일합니다. 이것은 프로브를 수평 및 수직으로 천천히 움직여 확인할 수 있습니다.
3. 프로브를 분리하고 흐름 터널을 수영 장치에 연결합니다.
4. 유변성 프로토콜(섹션 5)부터 시작합니다.

4. 3차원 자기장 조작으로 자기장 설정²⁷

1. CPU, DAC 및 코일 드라이버를 켭니다(그림 2B).
2. 세 축(x, y 및 z) 각각에서 선택한 자기장을 설정합니다.
3. 터널을 Helmholtz 쌍 세트의 중앙에 배치합니다.
4. 유변성 프로토콜(섹션 5)부터 시작합니다.

5. 유동 챔버에서 제브라피시 유변축성 테스트

1. 측면과 바닥이 가려진 2L 탱크를 사용하여 1-5마리의 물고기를 흐름 터널로 옮깁니다.
2. 펌프를 켜고 터널의 유량을 1.7cm/s.
   로 설정합니다. 메모: 이 천천히 움직이는 물은 터널 안의 물에 산소를 공급하고 동물의 회복을 용이하게 합니다.
3. 동물들이 1 시간 동안 수영 터널에 적응하도록하십시오.
4. 터널에서 물고기의 행동을 비디오로 녹화하기 시작합니다.
   메모: 리모컨(예: Bluetooth)이 있는 카메라(예: Yi 4K Action)를 사용하여 비디오를 .mpg(30프레임/초)으로 저장했습니다.
5. 선택한 실험 프로토콜(이 연구에서는 1.3cm/s; 그림 4).
   메모: 이 프로토콜의 경우 제브라피쉬의 경우 0에서 2.8 BL(몸통 길이)/s 범위의 낮은 유속을 사용했습니다. 이러한 유속은 제브라피시에서 연속 수영을 유도하는 낮은 유속 범위(임계 수영 속도의 3%-15%[U_crit])에 있습니다²⁴. 낮은 유속의 사용(Brett의 프로토콜^{25에 따름})은 수류가 있는 이 종의 특정 행동 특성과 관련이 있습니다. 제브라피쉬는 챔버의 장축을 따라 수영하는 경향이 있으며 물의 흐름이 있는 경우에도 자주 회전하며 상류와 하류에서 수영하는 경향이 있습니다^24,26. 이 행동은 물의 유속의 영향을 받아 동물이 계속해서 상류를 향해 수영할 때 상대적으로 빠른 속도(>8 BL/s)^{26에서 사라집니다}(완전 양성 유변 반응). 수직 및 횡단 변위는 매우 드뭅니다.
6. 형태 측정 챔버에 있는 물고기 사진에 대해 동물의 형태 측정법(성별 및 총 길이[TL], 포크 길이[FL] 또는 BL)을 수행합니다.
   1. 적절한 사진을 선택합니다.
   2. ImageJ에서 그림을 엽니다.
   3. 동물의 성별에 유의하십시오(수컷 제브라피쉬는 가늘고 노란색을 띠는 경향이 있는 반면 암컷은 더 둥글고 파란색과 흰색을 띠는 경향이 있습니다).
   4. Analyze(분석) > Set Scale(스케일 설정)을 클릭하고 터널의 전체 수평 길이를 참조로 사용하여 이미지의 스케일을 센티미터 단위로 설정합니다.
   5. 분석을 클릭하여 동물의 선형 길이를 측정> 기록합니다.
   6. 체중(BW)을 계산합니다.
      메모: BW는 이전에 실험실에서 구축된 sex-FL-BW 관계 또는 메타데이터에서 계산됩니다. 전체 절차는 동물에 대한 조작 스트레스를 방지합니다.

6. 비디오 추적

1. Tracker 4.84 Video Analysis and Modeling Tool.
   를 사용하여 비디오 파일을 엽니다. 메모: 필요한 경우 원근 및 방사형 왜곡 필터를 사용하여 비디오 왜곡을 수정합니다.
2. 상단 메뉴에서 좌표계를 클릭하고 길이 단위를 센티미터로, 시간 단위를 초로 설정합니다.
3. 파일 > 비디오 가져오기 > 클릭하고 트래커 4.84에서 비디오 중 하나를 엽니다.
4. "좌표 축"을 클릭하고 터널을 따라 x축을 사용하여 시간 경과에 따른 물고기의 위치를 추적하도록 참조 시스템을 설정합니다. 원점을 다운스트림 끝 벽의 낮은 모서리(물 배출구)에 설정합니다.
5. > New > Point of mass(질량 지점 추적을 클릭하고 한 번에 한 마리의 물고기를 추적하기 시작합니다. 물고기가 각 유속에서 소비한 각 단계의 마지막 5분을 추적합니다.
6. 5프레임 간격(0.5초)으로 비디오를 수동으로 진행하고 각 업스트림-다운스트림 턴(UDt, 그림 5)의 빨간색 점과 각 다운스트림-업스트림 턴(DUt, 그림 5)에서 동물의 시간과 위치를 표시합니다.
   메모: 물고기의 눈 위치를 물고기의 위치에 대한 참조로 사용하십시오. Point mass를 사용하여 동물의 위치를 추적합니다. 방향이 없는 수영 기간(즉, 기동 시간)을 추적에서 제외합니다.
7. 각 추적 세션이 끝나면 소프트웨어 창의 오른쪽 아래 모서리에 있는 표에서 x 값과 시간 값을 선택합니다. 데이터를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 전체 정밀도> 데이터 복사를 클릭합니다.
8. 템플릿 스프레드시트 파일에 모든 선삭 위치의 시간 값과 x 값을 저장하여 총 업스트림 시간(UDts와 DUt 사이의 모든 간격의 합)과 총 다운스트림 시간(DUts와 UDt 사이의 간격 합계)과 각 흐름 단계에 대한 백분율(RI%)의 가변 저항 지수 값을 계산합니다(그림 5) 참조).
   메모: 유변학적 행동은 물고기가 상류를 향하는 데 소비하는 총 지향 시간(수영 또는 거의 얼지 않음 [즉, 터널 바닥에 가만히 있음]^{27)의 비율로 정량화됩니다}. 이 비율은 RI%(그림 5).
   로 정의됩니다.

샘플 데이터로 그림 2A에 표시된 설정을 사용하여 사전 예방적이고 반응적인 얕은 제브라피<쉬에서 물의 흐름 방향을 따라 자기장을 제어하여 얻은 결과를 제시합니다sup class="xref">16). 이러한 결과는 설명된 프로토콜이 서로 다른 성격을 가진 물고기의 자기장에 대한 반응의 차이를 어떻게 강조할 수 있는지 보여줍니다. 이 실험의 전반적인 개념은 물의 흐름에 대한 자기장의 방향이 제브라피시 떼를 지을 때 유변학적 역치에 영향을 미친다는 발견에 의존합니다14. 따라서 자기장의 변화가 유변 주성을 조절함에 따라 이 프로토콜을 사용하여 자기장에 대한 제브라피시의 반응이 사전 예방적 또는 반응적 성격에 따라 다른지 평가할 수 있습니다28.

처음에는 그림 3과 같이 어둡고 밝은 수조를 사용하여 제브라피시를 능동적/반응적 성격에 따라 다른 그룹으로 나누었습니다. 이러한 테스트에 이어 동일한 성격을 가진 5마리의 물고기 떼를 솔레노이드 수영 터널에서 테스트했습니다(그림 1 및 그림 2A). 총 20마리의 물고기를 테스트했습니다: 각각 5개의 반응 물고기로 구성된 2개의 여울(10마리의 반응 물고기)과 각각 5개의 사전 대응어로 구성된 2개의 여울(10마리의 사전 대응어

터널에서 수영하는 동안 한 번에 하나의 여울을 비디오로 기록했으며 그림 4에 개략적으로 표시된 대로 유속을 단계적으로 증가시켜 수류를 가속했습니다. 물고기는 터널에서 1시간 동안 적응하도록 했습니다. 그 후, 우리는 고전적인 Brett 프로토콜25에 따라 유속을 단계적으로 증가시켜 유변 거동의 정량화를 위해 프로토콜을 적용했습니다. 구체적으로 말하자면, 총 7개의 연속 단계에서 유속이 10분마다 0.4 BL/s씩 증가했습니다(그림 4). 제브라피쉬의 행동은 터널에서 실행되는 전체 시간(70분)에 걸쳐 기록되었으며 각 단계의 RI 값이 계산되었습니다(프로토콜 단계 6.8 참조).

수영 터널을 주행하는 동안 자기장은 다음 두 가지 조건 중 하나로 설정되었습니다: 50 μT 다운스트림(즉, 자기장의 [x축을 따라] 수평 구성 요소가 물 흐름의 방향이 같음) 및 50 μT 업스트림 (즉, 자기장의 수평 구성 요소가 물 흐름에 대해 반대 방향을 가짐)16. 축 y와 z를 따른 강도는 영향을 받지 않았으며, 자기장 벡터의 총 강도와 경사도에도 영향을 미치지 않았습니다. 5마리의 물고기 떼는 두 가지 자기 조건 중 하나에만 노출되었습니다. 예를 들어, 능동적인 물고기를 고려할 때, 한 능동적인 여울은 자기장이 하류로 향하도록 하고 다른 능동적인 여울은 자기장이 상류로 향하도록 했습니다.

그런 다음 비디오는 비디오 추적 소프트웨어(프로토콜의 섹션 6)로 분석되었습니다. 물고기는 수영 터널에서 달리는 전체 시간 동안 비디오로 녹화되었습니다. 그러나 각 10분 길이의 유량 단계적 증가(그림 4)의 마지막 5분만 추적되었습니다. 추적된 시간 동안 각 유속에서 각 물고기의 회전이 강조 표시되었습니다(그림 5, 빨간색 및 파란색 데이터 포인트). 그런 다음 이를 각 물고기의 RI와 각 유속을 계산하기 위한 참조로 사용했습니다(그림 5). RI 지수 범위는 0%에서 100% 사이입니다. 50% 미만일 때 RI 지수는 물고기가 음의 유변성(하류 수영의 유병률)을 나타냈음을 나타냅니다. RI가 50%보다 높으면 동물이 긍정적인 유변 반응(상류 수영 유병률)을 보였음을 보여줍니다. RI가 50%와 크게 다르지 않으면 유변성 반응이 없음을 나타냅니다. 그런 다음 여울에 있는 5마리의 물고기 모두의 RI% 값을 각 유속에서 평균화했습니다. 이러한 평균 데이터는 아크사인 변환되어 그림 6A에 표시된 곡선을 맞추는 데 사용되었습니다. 따라서 유변 지수는 물의 속도가 증가 할 때 시그모이드 방향으로 증가하여 간단한 수학적 방법으로 유변 축성을 정량화 할 수 있습니다. RI와 유속 간의 관계는 다음과 같은 로지스틱-시그모이드 모델에 맞출 수 있습니다.

세 개의 매개변수와 그 가변성은 맞춤 곡선에서 파생될 수 있습니다. RI고원은 실험에 사용된 유속 범위에서 동물이 상류로 향하는 최대 경향을 측정합니다. RI바닥은 물의 흐름이 없을 때의 RI 값이며, 가설적으로 50%와 다르지 않아야 합니다. Rtr은 곡선의 최대 기울기가 발생하는 유량이며 가변 문턱의 척도로 사용할 수 있습니다6.

결과는 제브라피쉬의 유변성 역치(Rtr)가 초당 몇 센티미터 범위로 매우 낮다는 것을 나타냅니다. 자기장의 변화는 능동적인 물고기의 Rtr에 영향을 미치지 않습니다(자기장의 영향 없음, t-test, P > 0.05). 반대로, 자기장 변화는 반응성 제브라피시의 유변학적 행동에 뚜렷한 영향을 미칩니다. 수영 터널을 따라 자기장 성분이 하류로 향했을 때 Rtr은 매우 낮고 능동적인 물고기와 유사합니다. 임계값은 자기장이 상류로 향할 때 훨씬 더 높았습니다(t-test, P < 0.01).

자기장이 상류로 향할 때 반응성 동물의 RI고원 값이 현저히 낮았습니다(t-test, P < 0.01). 이 결과는 이러한 조건에서 반응성 물고기가 매우 높은 유속에서만 완전한 양의 유변 반응(RI = 100%)에 도달한다는 것을 나타냅니다. 따라서 이 결과는 Rtr에 비해 RI고원이 물고기의 수영 행동에 대한 정보를 덜 제공한다는 것을 강조합니다. 사실, 두 자기 조건 사이의 반응성 RI고원의 강한 차이를 기반으로 상류 지향 자기장 아래에서 반응성 동물은 아마도 더 높은 물 흐름에서 완전한 유변성 반응을 보일 것이라고 말할 수 있습니다.

RI최저 값은 적극적인 동물과 하류 지향 자기장에 노출된 반응 동물에서 50%보다 높은 경향이 있습니다(유의하지는 않지만). 이는 프로토콜의 편향을 나타낼 수 있는데, 매우 낮은 임계값을 특징으로 하는 동물은 적응 중에 경험한 흐름 방향을 기억할 수 있기 때문입니다. 이 가능성을 테스트하기 위해 적절한 프로토콜을 고안할 수 있습니다.

그림 1: 본 연구에서 사용된 수영 터널 장치의 단순화된 표현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 자기장 제어를 위한 설정. (A) 터널 내에서 정적인 수평 자기장을 유도하기 위한 솔레노이드가 있는 수영 터널의 렌더링. 솔레노이드(0.83회전/cm)는 전원 장치에 연결되어 ±250μT(지구의 자기장 범위를 포함하는 강도 범위) 범위의 자기장을 생성합니다. 오른쪽에는 수영 기구에 연결된 솔레노이드 터널의 사진이 표시됩니다. 터널은 아크릴로 만들어졌으며 물 유입구에 두 개의 천공된 아크릴 판이 있어 흐름이 층류에 가깝도록 보장합니다. (B) 지자기 강도 범위에서 자기장을 제어하기 위해 설정된 3개의 직교 Helmholtz 쌍의 다이어그램 및 사진. 자기장 프로브, CPU, 디지털-아날로그 컨버터 및 루프를 닫는 데 사용되는 코일 드라이버도 표시됩니다. 각 코일 쌍은 반지름(r)이 30cm이고 N = 50회전의 AWG-14 구리선을 가진 두 개의 원형 코일로 구성됩니다. 선택 가능한 스케일(± 88 μT에서 ± 810 μT)이 있는 3축 자력계(센서)가 코일 세트의 중심 가까이에 배치됩니다. 센서 범위는 ±130μT 범위의 값으로 설정됩니다. 이러한 값은 대표 결과에 설명된 측정에도 사용되었습니다(이러한 조건에서 공칭 센서 분해능은 약 0.1μT임). 자기장의 강도와 방향은 디지털 피드백 시스템으로 제어됩니다. 센서는 자기장 벡터의 세 가지 구성 요소(세 축)를 측정하고 해당 오류 신호가 추출됩니다. 그런 다음, 보정 신호는 간단한 적분기 필터에 의해 생성됩니다. 디지털 보정 신호는 디지털-아날로그 변환기에 의해 전압으로 변환되고 적절한 코일 드라이버에 의해 증폭됩니다. 이 마지막 신호는 Helmholtz 쌍을 구동하는 데 사용됩니다. 샘플링 주파수는 5Hz로 고정되고 루프의 단일 게인 주파수는 약 0.16Hz입니다. 코일의 Helmholtz 쌍의 전류가 설정되면 총 자기장은 코일의 중앙 입방 부피(가장자리 [L] = 10cm)의 평균 강도 값에서 2% 미만으로 변합니다. 측정하는 동안 자기장 rms는 0.2μT 미만입니다. 두 설정(패널 A 및 B) 모두에서 자기장을 생성하는 코일의 전류에 의해 정전기 전기장이 생성됩니다16. 전기장의 강도는 최대 전류가 적용될 때 약 0.4V/m입니다. 이 값은 강도가 1kV/m17 정도인 환경에 존재하는 자연 또는 인공 정적 필드에 비해 무시할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: Rey et al.21에 따르면 사전 예방적 제브라피시 개체와 반응형 제브라피시 개체(규모가 아님)를 구분하는 데 사용되는 수조(40cm x 40cm x 40cm)의 개략도. 성격 선택 탱크의 부피는 50L입니다. 탱크의 절반은 탱크의 밝은 절반을 향한 상자 측면에 직경 5cm의 구멍이 있는 어두운 상자가 차지했습니다. 구멍은 슬라이딩 도어(표시되지 않음)로 덮여 있었는데, 그 개구부는 선택 시험의 시작을 의미했습니다. 탱크의 어두운 면은 손 그물에 접근할 수 있도록 탈착식 덮개가 필요합니다. 이것은 행동 시험 전후에 물고기를 배치하거나 잡는 것을 용이하게 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 제브라피시의 유변학적 역치를 결정하기 위해 테스트 중에 사용된 유속 다이어그램. 1시간의 적응 기간 동안의 흐름은 동물에게 적절한 산소 공급을 보장하기에 충분했습니다. 이 설계에서는 유량이 0인 처음 10분 단계에서도 산소 공급이 절대 제한되지 않는다고 가정할 수 있습니다. 실제로, 27°C에서 물의 산소 함량이 약 7.9mg/L이고 동물의 산소 소비량이 1mg/hg인 경우(일상적인 조건[Uliano et al.29] 및 저속 수영[Palstra et al.30]) 모두에서 제브라피시 산소 소비량에 대한 초과 근사치), 흐름이 없을 때 다음을 계산할 수 있습니다. 수로의 Po2는 동물당 2% 이상 감소하지 않으며 임계 Po2(제브라피쉬의 경우 약 40torr)보다 훨씬 높습니다. 이 그림은 Cresci et al.14 에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 터널 내 동물의 행동과 RI 계산. 그래프는 300초 동안 3개의 유속 값에서 기록하는 동안 x축을 따라 개별 동물의 위치를 나타냅니다. 빨간색 점은 하류에서 상류로의 회전을 나타내고 파란색 점은 상류에서 하류로의 회전을 나타냅니다. 동물이 하류 또는 상류에서 소비한 해당 시간 간격도 보고되며, RI 값을 계산할 수 있는 총 상류 및 하류 시간이 보고됩니다. 유량을 증가시킬 때, 업스트림 시간과 RI 값이 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 대표적인 결과. (A) 아크사인 변환된 RI 값(RI는 물고기가 상류를 향하는 데 소비하는 총 방향 시간의 백분율)과 유속 방향(1차원 제어)을 따라 두 개의 자기장 조건에서 사전 예방적 및 반응적 얕은 제브라피쉬의 유속 간의 관계. 각 데이터 포인트는 각 유속에서 여울을 구성하는 5개 물고기의 RI 값의 평균입니다. 곡선 간의 유의미한 차이는 제곱합 F-검정(알파 = 0.05)14를 통해 테스트되었습니다. (B) 자기장 축과 터널 내 물 흐름의 방향. 이 연구에서 사용된 두 개의 자기장 조건에서 자기 벡터의 3차원 표현도 표시됩니다. 실험실의 자기장(40°N, 14°E)은 F = 62μT였습니다. 나 = 64°; D = 44°입니다. 이 그림은 Cresci et al.16 에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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