Name: 물고기의 수영 성능 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 12 s
Description: 학습하세요 수영 터널 호흡계를 이용한 물고기 수영 성능 평가 방법을 통해 산소 섭취량과 대사율 변화를 측정하고, 영상 분석으로 수영 행동을 분석하여 생태적 적응과 에너지 관리 전략을 이해하세요.

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저자는 예제 데이터와 캐나다 야생 동물 협회의 자비로운 기금을 제공 바바라 Berli 감사드립니다.

1. 캡처 및 Acclimation <ol><li> knotless NET을 사용하여 그들의 지주 탱크에서 개별 물고기를 수집합니다. 시간을 캡처 최소화 여러 물고기를 수집하지 않도록하고 이러한 요인들이 스트레스를 증가시킬 수로 그물에 몇 초 이상 물고기를 보유하지 않습니다. 스트레스 수영 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. </li><li> 마취 또는 직접 수영 터널 respirometer ( '수영 터널')에있는 전송 탱크 중 플레이스 물고기. 물고기, tricaine methanesulfonate (MS222) 또는 정향 오일을 사용할 수있는 하나 anesthetized 수있다면. 허용 농도는 종의 민감도 및 온도를 포함한 여러 요인에 따라 다르지만 일반적으로 범위는 10-100에서 MG / 중 마취 1,2에 대해 L.됩니다 마취의 농도는 3 단계 마취를 유도 (외부 자극에 즉 응답)과 빠른 복구를 (즉 초) 허용해야합니다. 담수에 MS222를 사용하면, 나트륨 중탄산염은 버퍼로 동등한 부분 (질량에 의해)에서 사용해야합니다. 버퍼없이 MS222 크게 산도를 줄일 것이며, 낮은 산도 길 조직을 해칠 수 있습니다. 그것이 충분한 버퍼링 용량을 포함되어 버퍼링은 바닷물에 필요하지 않습니다. </li><li> Anesthetized 생선, sexed 대량 및 길이에 대한 측정, 그들의 상태의 간단한 외부 시험 부여하실 수 있습니다. 길이는 총 길이 (TL), 포크 길이 (FL) 또는 몸 길이 (BL)로 촬영하실 수 있습니다. 이러한 서로 다른 통계는 일반적으로 표준적인 방식에 따라 적용되며, 종의 형태 (아무런 포크드 지느러미 예 없음) 또는 생선 조건 (예 : 꼬리 지느러미가 떨어져 착용). </li><li> 모두 anesthetized 및 비 anesthetized 물고기는 가능한 한 이것이 회복을 촉진하므로 물이 흐르는으로로 빠르게 수영 터널에서 소개가되어야 할 것입니다. 유속은 일반적으로 같은 생선은 거의 수영을하는 동안 바닥에 나머지 수있을 것입니다 설정되어 있습니다. 성인 사크 연어에 대한 예 율은 0.3 BL / s의 것입니다 </li><li> 물고기 적응하기 위해 수영 터널에 남아 있어야합니다. Accl​​imation 기간은 전통적인 기간 (예 : 12 HR), 또는 30 분만큼 짧은 수있는 최신의 연구에 사용되는로 설정할 수 있습니다. 주어진 물고기, 안정적으로 낮은, 대사율이 (세부 다음 섹션) 사용할 수있는 접근로 이동 시간 이상 acclimation 기간을 확인하려면 다음과 같이하십시오. </li></ol> 2. 신진 대사 률을 측정 <ol><li> 수영 터널 내에서 산소의 변경은 수영 테스트 (S) 기간 동안 기록해야합니다. 산소 프로브는 수영 터널에 직접 날인 수 있지만, 그것은 먼저 프로브를 통해 물의 흐름이 프로브의 기능에 영향을 미치는지를 결정합니다. 프로브는 테스트하는 동안 발생할 수있는 물 속도에 의해 영향을 경우, 프로브는 터널 밖에서 자신의 챔버에 배치하고 펌프에 의해 터널 물을 함께 제공해야합니다. </li><li> 산소를 보충하고 폐기물의 축적을 완화하려면, 수영 터널 가능성이 주기적으로 플러시해야합니다. 수영 성능이 줄어들 수 있습니다 또는 무산소 대사에 변화가있을 수 있으므로 산소 포화도는 대부분의 종족에 대한보다 낮은 70 % 가을을 허용해서는 안됩니다. 터널 물을 플러싱하면 수온에 증가를 줄일 수 있지만, 물 온도는 냉각기에 수영 터널을 결합하여 지속적으로 실시해야합니다. 온도의 변화는 대사율에 영향을 미칠 것입니다. </li><li> 일상과 최대 신진 대사 속도를 단축 'RMR'와 'MMR'는 일반적으로 (그림 1A) 결정됩니다. 이 요금은 볼륨 (V O 2) 또는 단위 질량 당 산소의 질량 (M O 2)로 표현할 수, 단위 시간 당, 예를 들어 MG O 2 / kg / HR. 두 가격의 차이는 '활동 범위를'얻을로 이동하실 수 있습니다. '과잉 포스트 운동 산소 소비'(에폭)로 불리는 '산소 부채'다음과 같은 운동은 또한 결정 및 RMR에 포스트 운동 반환하는 동안 필요한 산소와 동일한 수있다. </li></ol><ol><li> 참고 : 많은 산소 프로브 및 출력이 자동으로 용존산소의 온도 수정 변경 사항을 제공합니다. 하지 않는 사람은 수정해야합니다. 또한 일부 값은 측정이 생리 조건에서 실시한다면 수정해야합니다. </li></ol> 수영 성능 측정 수영 성능 능력의 다양한 수영 터널에서 평가하실 수 있습니다. 수영 성능을 특성화하는 가장 일반적인 방법은 그것이 3 유지 수있는 기간입니다. 속도 느리게, 더 이상 그것은 유지하고 그 반대 수 있습니다. 속도는 일반적으로 각각 초 중 기간이, 시간 (최대 = 200 분)에 분, 시간 초과 (&gt; 200 분)에 해당하는 '장기'또는 '지속', '폭발'이라고합니다. 이러한 속도를 확인하려면, 생선 세트 '높이', 즉 물의 흐름 속도 증가와 '길이', 즉 단계 기간으로 구성된 사용자 정의 '단계'를 받게됩니다. 단계 높이를 극대화하고 반대를하는 동안 최소화 단계 길이가 가장 버스트 속도를 캡처합니다하면 가장 지속적인 속도를 캡처합니다. 단계에서테스트, 달성의 최대 속도를보고하는 전통적인 방법은 마지막으로 완전히 완료 단계 더한 최종 미완성 단계 (그림 1A)의 시간적 부분의 속도와 동일합니다. 버스트 수영 성능 평가 <ol><li> (; 아래 참조 예 : 두 유 crit), 그리고 수영 물고기 동기를 부여 acclimation 다음 버스트 수영이나 스프린트 능력을 캡처하려면, 예상 최대 흐름 속도를 가지고. 흐름 속도가 빠르게 증가로 물고기가 챔버의 후면에서 휴식을해야합니다. 물고기가 수영 동기해야 할 수 있습니다. 동기는 기계 (예 : 터치) 또는 전기 (예 : 수영 터널의 안쪽에 충격을 그리드에 적용되는 작은 유료)하실 수 있습니다. 아니 구체적으로 버스트 능력 시험 있지만, 물고기는 4,5 짧은 기간 여러 단계 (예 : 1 분)로 구성된 '지속적인 가속 시험'을 (CAT 또는 U ΔV) 부여하실 수 있습니다. </li><li> 수영의 시간을 기록합니다. 개인 파열과 거리의 숫자도 6 기록될 수 있습니다. 최대 그림 1A의 등식에 따라 달성 또는 계산과 같은 속도가 주어질 수 있습니다. 장기 및 지속적인 수영 성능 평가 장기간 또는 지속적인 수영 능력을 추정하는 데 사용되는 가장 자주 측정은 '중요한 수영 실적'(U의 crit)이라고합니다. 같은 10 분 같은 짧은 시간에도 사용되고 있지만 유 crit을위한 단계 길이는 전통적으로 20 분 설정되었습니다. 일반적인 규칙은 최소 10 단계가 긴 시험의 예&gt; 3 시간 / 물고기를 발생할 수 있습니다 피로, 이전에 복용해야한다는 것입니다. 유 crit 테스트를 단축하기 위해 초기 일곱 단계 5 분 (테스트가 다음 '램프 - U의 crit'라고합니다)로 단축하실 수 있습니다. </li></ol><ol><li> acclimation 및 / 또는 연습 수영에 따라 크기를 단계에 따라 흐름의 속도를 향상시킬 수 있습니다. </li><li> 유 crit에 해당하는 단계 높이를 설정하려면, 그것은 가능성이 테스트에 물고기의 샘플에 대한 U의 crit을 추정하기 위해 필요합니다. 이것은 문학 값을 사용하여 수행할 수 있습니다. 반면, 생선은 터널의 소개 후 '연습 수영'을 부여하실 수 있습니다. 이를 위해, 피로까지, 생선 짧은 사용자 정의 단계를 제공합니다. 유 crit의 초기 추정치로 도달 최종 속도를 사용합니다. 각 물고기에 대한 단계 크기 (높이 및 길이)을 조정합니다. </li><li> 복구 능력을 테스트하거나 성능의 개별 편차를 확인하려면, 생선은 복구 기간 7-9 다음과 같은 두 번째 수영 테스트를 부여하실 수 있습니다. </li><li> 물고기가 터널에서 그들을 제거하는 문제하고 산소 이해를 측정하는 능력을 없앨 수 테스트하는 동안 서로 다른 시간에 피로하는 경향이 있지만, 물고기도, 학교에서 테스트할 수 있습니다. </li><li> 일단 피로, 생선은 복구할 수 또는 조직 샘플링 즉시 제거하여야한다. 수영에 관한 몇 가지 실적 통계는 (그림 1 C, D) 검사하는 동안 또는 비디오 분석을 사용 후 수령하실 수 있습니다. </li><li> 환기 속도와 꼬리 비트 주파수, 꼬리 박동의 opercular 펌핑 속도와 개수를 측정하는 데 몇 초 기간 (그림 1B) 10,11 이상의 샘플링해야합니다. </li><li> 꼬리 비트 진폭을 측정하려면, 꼬리 지느러미의 최대 처짐은 (그림 1B) 12를 측정하실 수 있습니다. </li><li> 다음 테스트, 생선은 사후 시험 및 혈소판 (포장 붉은 세포 볼륨), 스트레스 호르몬 농도, 근육 에너지를 저장합니다 (예 : phosphocreatine, 글리코겐), 효소 활동 (예 : 락트 산 탈수소 효소, 아세틸콜린의 esterase 확인하기 위해 수집된 조직을 감안할 때, euthanized 수 있습니다 ), 또는 기타 생리 매개 변수입니다. </li></ol> 3. 대표 결과 <img src="/files/ftp_upload/2572/2572fig1.jpg" alt="그림 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 1"> 그림 1. 청소년 salmonid에게 주어진 A) 예를 들어 램프 - U의 crit 테스트는 해처리는 무지개 송어 (Oncorhynchus 마이 키스), 질량의 6.3 몸 길이 (BL)에 cm 및 3.5 g를 높였다. 시험은 브렛 타입 respirometer (; Loligo 시스템, 덴마크 수정 12 L에서 실시되었다 <a href="http://www.loligosystems.com/">www.loligosystems.com</a> ). 일상과 최대 신진 대사 속도는 경사 (MG / HR) × 부피 (L) / 생선 질량 (㎏)로 계산하고, 각각 198과 961 MG O 2 / kg / HR을 (활동 범위 = 4.84) ​​하였다. 이 요금은 청소년 사크 연어 (O. nerka) 13 브렛의보고 기능과 유지에 있습니다. 참고 : 산소 이해 계산을위한 물의 볼륨이 respirometer 볼륨 적은 생선 볼륨 같습니다. 십자가는 물고기가 더 이상 수영을 거부하고 어디 U의 crit 계산 지점을 나타냅니다. B) 타일 비트 주파수 값은 10의 여섯 번 이상 기록했고, 꼬리 비트 진폭 값을 세 번 기록된, 값 표시± SEM을 의미합니다. C) 확대 측면보기 및 수영 챔버 내에 물고기 수영 D) 최고 볼 수 있습니다. ; D) EthoVision 소프트웨어 (Noldus, 네덜란드에서 추적 물고기를 보여줍니다 <a href="http://www.noldus.com/">www.noldus.com</a> ). 약어 : 유 crit이 = 중요한 수영 속도, U F 마지막으로 완전히 완료 단계 = 속도, U S = 단계 속도, T F = 시간이 마지막 단계에서 사용한, T S = 단계 시간.

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</ol>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

자연 환​​경 등 육식 동물의 탈출 및 마이 그 레이션과 같은 행동은 다른 시간에 특정 농도에서 수영을 수있는에 따라 달라집니다. 연구실 환경에서, 터널 respirometers 수영 속도 밟은 증가는 여러 행동을 수행하는 물고기의 능력을 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 대사율 및 기타 조직 수준의 평가 (예 : 락테이트 생산 등)의 조치는 다른 수영장 모드를 기본 생리 메커니즘을 확인하는 데 도움 수영 테스트 포함시킬 수 있습니다. 수영 터널 디자인은 크게 수영 성능에 영향을 미칠 수있다. 또는 Blazka 14 타입 - 수영의 성능을 결정하는 데 사용되는 수영 터널 여러 종류가 있으며, 대부분의 브렛 13 중으로 특징입니다. 어느 디자인을위한 주요 고려 사항은 물 흐름의 &#39;반반함&#39;(그것이 얼마나 직선), 최대 흐름 속도와 수영 챔버의 길이를 포함합니다. 물고기가 본능적으로 발견과 노력을 최소화하기 위해 낮은 흐름 영역에서 수영을하기 때문입니다 반반함 중요합니다. 높은 잠재적인 유속은 버스트 수영 능력이나 빠른 수영 종류 (예 : 투나스) 테스트해야 할 수도 있습니다. 챔버 길이가 작은 길이, 즉, 생선 길이&gt; 챔버 길이의 10 %의 실에서 매우 의미있는 수있는 수영, 생선은 모든 수영 모드를 사용하지 못할 수 있습니다. 특히, 작은 튜브가 파열 및 해안 수영하는 즉, 수영 게이트를 비정상으로 안정에서 변화로 물고기의 능력을 제한할 수 있습니다. 따라서, 생선은 &#39;게이트 전환 속도&#39;15 유사 수에 관계없이 단계 길이와 U의 crit 약 같은 속도로 수영을 중지할 수 있습니다. 모든 수영 터널은 흐름 프로브 또는 입자 이미징 velocimetry (PIV) 장비와 같은 장치를 사용하여 보정해야합니다. 이상적으로 터널은 직선 흐름을 것입니다 수영지만, 물고기는 지역을 선호하는 것으로 확인하는 경우, 자신의 수영 속도는 흐름의 지역 차이에​​ 따라 조정할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>tricaine methanesulfonate (MS22)</td><td><a href="http://www.argent-labs.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Argent Labs</a></td><td></td><td>선택 사항</td></tr><tr><td>정향유 (Clove oil)</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Sigma-Aldrich</a></td><td></td><td>선택 사항</td></tr><tr><td>유영 터널 호흡계 (Swim tunnel respirometer)</td><td><a href="http://www.loligosystems.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Loligo Systems</a></td><td></td><td>필수</td></tr><tr><td>고속 카메라</td><td>다수 공급처</td><td></td><td>선택 사항</td></tr><tr><td>비디오 캡처 카드</td><td>다수 공급처</td><td></td><td>선택 사항</td></tr><tr><td>행동 분석 소프트웨어</td><td><a href="http://www.noldus.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Noldus</a></td><td></td><td>선택 사항</td></tr></tbody></table>

물고기의 수영 성능 평가

Swimming Performance Assessment in Fishes

물고기의 수영 성능 테스트, 수영 기계, 가스 교환, 심장 생리학, 질병, 환경 오염, hypoxia와 온도 근육 에너 지학 연구에 필수되었습니다. 본 논문은 물의 속도가 제어할 수있는 장비를 사용하여 물고기 수영의 성능을 평가하기 위해 유연한 프로토콜을 설명합니다. 프로토콜은 피로에 물고기를 일으킬하기위한 흐름의 속도에 여러 밟은 증가 하나 포함됩니다. 단계 속도와 그들의 기간은 다른 생리 및 생태 관련의 수영 능력을 캡처하는 설정할 수 있습니다. 가장 자주 단계 크기는 최대 지속 수영 능력을 캡처하기위한 것일 뿐이므로 이러한 중요한 수영 속도 (U의 crit)을 결정하기 위해 설정됩니다. 전통적으로이 테스트는 약 10 단계 20 분 기간 각각 구성되어있다. 그러나, 짧은 기간 (예 : 1 분)의 단계는 점점 더 가속 능력이나 버스트 수영 성능을 캡처하는 이용되고있다. 에 관계없이 단계 크기, 수영 시험은 개인의 변화 및 ​​복구 능력을 측정하기 위해 시간이 지남에 따라 반복 수 있습니다. 이러한 대사율, 지느러미를 사용, 환기 속도, 그리고 학교의 물고기 사이의 거리와 같은 행동의 조치로 수영에 관한 종점은 종종 수영 테스트 과정과 전후 포함되어 있습니다. 물고기 종의 다양성을 감안할 때, 미개척 연구 질문, 그리고 글로벌 생태와 경제 건강에 많은 종류의 중요성 숫자, 물고기 수영 성능 연구는 가까운 미래에 대한 인기 소중한 유지됩니다.

물고기의 대부분의 생활은 수영에 predicated입니다. 이 프로토콜은 개인 및 교육 생선에 사용할 모드를 수영의 범위를 캡처 기술을 설명하고, 수영 생리학과 행동과 관련된 통계를 포함합니다.

어류의 수영 성능 시험은 근육 에너지학, 수영 역학, 가스 교환, 심장 생리학, 질병 연구 등에 있어 필수적인 요소였습니다.

다음 실험의 전반적인 목표는 에너지 소모가 많은 수영 행동을 수행하는 물고기의 능력을 측정하는 것입니다. 이는 물고기를 수영 터널 호흡계(swim tunnel respirometer)에 넣고 수류 속도를 높여 부하를 줌으로써 수행됩니다. 이 과정 동안 산소 섭취량을 기록하여 대사율의 변화를 결정할 수 있습니다.운동을 통해, 비디오 분석 소프트웨어를 사용하여 수영 행동과 관련된 정보를 얻을 수 있습니다. 물고기가 도달할 수 있는 최고 속도와 이 속도를 유지할 수 있는 시간을 바탕으로 수영 능력의 차이를 보여주는 결과를 얻습니다. 이 방법은 수영의 에너지 요구량과 그 조절 메커니즘에 관한 생리 생태학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있으며, 우등생과 함께 이 절차를 시연하게 되어 영광입니다.매듭 없는 그물을 사용하여 사육 탱크에서 개별 물고기를 채집합니다. 포획 시간은 최소화하십시오. 한 번에 여러 마리의 물고기를 채집하지 마십시오. 또한 그물 속에 물고기를 몇 초 이상 가두어 두지 마십시오.이러한 요인들이 증가함에 따라 스트레스가 발생할 수 있으며, 이는 수영 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 물고기를 중탄산나트륨으로 완충된 트리카인 메탄 설포네이트 마취제가 포함된 담수 이송 탱크에 넣으십시오. 마취된 물고기의 성별을 구분하고 질량과 길이를 측정하며, 외부 상태를 간략하게 검사하고 전장, 포크장 또는 체장을 측정합니다.회복을 돕기 위해 가능한 한 빨리 물고기를 유영 터널(swim tunnel)에 넣습니다. 물고기가 겨우 헤엄치며 바닥에서 쉴 수 있도록 유속을 설정하십시오. 성체 홍연어의 경우 예시 유속은 초당 0.3 BL입니다.산소 프로브를 호흡계에 넣습니다. 테스트 중에 유영 터널 내의 산소 수치를 모니터링합니다. 순응 기간은 물고기마다 다릅니다.여기에서는 산소를 보충하고 노폐물 축적을 완화하며 수온을 유지하기 위해 어린 무지개송어를 30분 동안 순치시킵니다. 터널을 주기적으로 세척하십시오. 수영 터널에서 물고기의 수영 능력을 특성화하는 가장 일반적인 방법은 이를 유지할 수 있는 지속 시간을 측정하는 것입니다.속도가 느릴수록 물고기가 더 오래 헤엄칠 수 있으며, 그 반대도 마찬가지입니다. 속도는 일반적으로 burst(폭발적), prolonged(연장적), 또는 sustained(지속적) 속도로 구분되며, 이는 각각 수 초, 수 분에서 수 시간, 그리고 수 시간 이상의 지속 시간에 해당합니다. 이러한 속도를 결정하기 위해 물고기는 설정된 높이, 즉 수류 속도, 속도 증가분 및 길이, 즉 단계 지속 시간으로 구성된 사용자 정의 단계에 노출됩니다.보폭 높이를 최대화하고 보폭 길이를 최소화하면 최대 폭발 속도를 포착할 수 있으며, 그 반대로 설정하면 최대 지속 속도를 포착할 수 있습니다. 다음으로, 연구 기간 동안의 수영 행동을 기록하기 위한 비디오 분석 시스템을 설정하십시오. 비디오 분석은 순응 과정, 보폭 크기에 따른 유속 증가 단계 이후에 녹화된 영상을 사용하여 시험 종료 후에도 수행할 수 있으며, 필요한 경우 수영 지속 시간을 기록하십시오.물고기가 수영을 멈췄을 때 수영을 유도하기 위해 수영 터널 후면에 설치된 쇼크 그리드(shock grid)를 통해 소량의 전하를 가할 수 있습니다. 테스트를 종료하고 30분간의 회복 시간을 가진 후, 폭발적 수영(burst swimming) 또는 단거리 질주 능력을 측정하십시오. 유속을 추정 최대치까지 높이십시오.유속이 빠르게 증가하는 동안 물고기는 챔버의 후방에서 휴식 상태여야 합니다. 물고기가 피로해지면 회복 시간을 주거나 즉시 제거하여 조직 샘플링을 수행해야 하며, 단위 질량당 단위 시간당 산소의 부피 또는 질량을 계산하여 정지 대사율(RMR) 및 최대 대사율(MMR)을 결정합니다. 본 예시에서 RMR은 198, MMR은 961 mg $\text{O}_2$/kg/h였습니다.단계 테스트(step test)에서 달성된 최대 속도를 보고하는 전통적인 방법은 완전히 완료된 마지막 단계의 속도에 완료되지 않은 마지막 최종 단계의 시간적 비율을 더하여 계산하는 것입니다. 여기의 수식 장면은 장기 또는 지속적인 수영 능력(임계 수영 성능 또는 Ucrit라고도 함)을 추정하는 데 사용되며, 십자 표시는 물고기가 더 이상 수영하기를 거부하고 Ucrit가 계산된 지점을 나타냅니다. 비디오 분석 소프트웨어를 사용하여 돌진 횟수 및 길이와 같은 수영 행동을 결정할 수 있습니다.보이는 바와 같이 꼬리 치기 빈도와 꼬리 치기 진폭 또한 계산할 수 있습니다. 이후 헤마토크릿 수치, 스트레스 호르몬 농도, 근육 에너지 저장량, 효소 활성 또는 기타 생리학적 파라미터를 결정하기 위해 다음과 같은 테스트 시료를 수집할 수 있습니다.

swimming-performance-assessment-in-fishes

Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

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물고기의 수영 성능 평가

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