Veldgebaseerde thermische fysiologietest: koude schokherstel onder omgevingsomstandigheden

Dit protocol is een uiterst goedkope methode om gegevens over organismefysiologie op een toegankelijke en gestandaardiseerde manier te verzamelen. Deze tool kan worden gebruikt om fysiologie op verschillende niveaus te verkennen. Het kan worden gebruikt door onverschrokken veldbiologen, evenals jonge schoolkinderen.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het afhankelijk is van direct beschikbare materialen en zeer lage kosten heeft. Het kan bijna overal worden uitgevoerd en door onderzoekers met een scala aan expertise en doelen. Deze methode kan inzicht geven in fysiologische, gedragsmatige en ecologische processen.

Omdat de belangrijkste statistieken voor het opwekken van een fysiologische respons gestandaardiseerd zijn, kan de methode ons vermogen vergroten om belangrijke eigenschappen te begrijpen en te vergelijken tussen groepen individuen, soorten en ecologische gemeenschappen. Het omgaan met insecten zonder ze te beschadigen vergt oefening, maar oefening baart kunst. Het definiëren van de parameters van uw experiment, zoals hoe lang insecten in ijswater moeten houden, kan tijd kosten en het vereist experimenten en begrip van uw focale taxa.

Heather Rohrer en Matt Standridge, twee technici van daniels lab, demonstreren de procedure met mij. Begin met het identificeren van de soorten van belang, rekening houdend met het feit dat elke groep zal verschillen in de tijd die nodig is om een chill coma te induceren. Kies op basis van het organisme en het gebruik van gegevens verschillende cutoff-punten voor het experiment als het focale individu niet vliegt.

Voer een vooronderzoek uit op een klein monster om de belangrijkste parameters te bepalen, zoals de tijd die nodig is op ijs, om een koude coma te induceren. Kies een cutoff-tijd op basis van de ecologie van de soort. In gedachten houdend dat na vele minuten van onbekwaam zijn om te vliegen, sommige insecten worden genomen door roofdieren.

Verzamel insecten met behulp van geschikte methoden, zoals aasvallen en entomologische netten. Plaats elk individu in een aparte glassine envelop met een uniek ID en bewaar de dieren op een schaduwrijke koele plaats beschermd tegen directe zon, wind en roofdieren. Stel het dier altijd binnen 24 uur na het vangen bloot aan de experimentele behandeling om deze tijd zoveel mogelijk te standaardiseren tijdens proeven.

Vul een koeler met water en voldoende ijs om het milieu in het water op nul graden Celsius te houden. Kies tussen één en vier focale individuen voor een ronde van experimenten, om ervoor te zorgen dat elk individu identificeerbaar is. Wanneer u meerdere soorten gebruikt, gebruikt u slechts één van elk om verwarring te voorkomen.

Als het experiment geen verband houdt met vleugelkleuring, markeert u de vleugels met unieke ID's met een fijne viltstift om individuen te onderscheiden. Als de experimenten aan geen van de bovenstaande criteria voldoen, voert u het experiment op één persoon tegelijk uit. Vul de rijen met gegevensbladen in met de informatie over elk insect dat wordt afges gezien, inclusief hun unieke ID en een nuttige id, in de notities.

Plaats alle focale personen in een verzegelde plastic zak met een gewicht en plaats de zak gedurende 60 minuten in ijswater om een koude coma te induceren. Gebruik een eenvoudige thermometer om de omgevingstemperatuur met korte tussenpozen met de hand vast te leggen. Indien beschikbaar kunt u omgevingsomstandigheden opnemen met behulp van een datalogger.

Sluit eerst de datalogger aan, ga naar het apparaat, start en selecteer het aangesloten apparaat door op Oké te klikken. Voer de naam van de proefversie in, selecteer Temperatuur en lichtintensiteit en voer de eenheden in. Stel het logboek interval in op 10 seconden.

Voer datum en tijd in voor het experiment en selecteer Vertraagde start om de datalogger op het geselecteerde tijdstip te starten. Zorg ervoor dat de informatie van de datalogger, inclusief het tijdstip van de dag, wordt gesynchroniseerd met experimenten, zodat gegevens over omgevingsomstandigheden later kunnen worden afgestemd op elk afzonderlijk brandpuntsinsect. Bepaal de experimentele parameters, zoals of herstel in de schaduw of in de zon zal plaatsvinden, en noteer deze behandelingen op het gegevensblad.

Plaats een gaaskooi voor de insecten op een geschikte locatie, zodat de temperatuur- en lichtomgevingen homogeen zijn in de kooi. Houd de basis van de kooi omhoog zodat deze door de waarnemer kan worden getikt en plaats de datalogger net buiten of in de kooi waar deze ongestoord kan worden gehouden. Verwijder de dieren na 60 minuten uit het ijswaterbad en verwijder onmiddellijk de insecten uit de plastic zak, verwijder vervolgens elk individu snel uit de envelop met minimale behandeling en start de stopwatch zodra de dieren zich in de gaaskooi bevinden.

Tik vaak en sterk genoeg met een potlood op de basis van de kooi om de herstellende insecten te roeren zonder een reactie te veroorzaken. Markeer de proef als voltooid zodra een persoon heeft gevlogen. Beëindig de proef en beschouw het insect als niet hersteld als het na 30 minuten niet is verplaatst.

Verwijder de insecten uit de gaaskooi en plaats de individuen terug in hun gelabelde glassine-enveloppen. Bevrijd de dieren of bewaar ze voor verdere gegevensverzameling en verwerk de gegevens zoals beschreven in het teksthandschrift. Om toegang te krijgen tot de geregistreerde omgevingsgegevens, sluit u de HOBO-datalogger weer aan op de computer.

Ga naar apparaatuitlezing, selecteer Logboekregistratie stoppen en sla de bestanden in de gewenste map op als HOBO-bestanden. Nadat een pop-up is weergegeven, bevestigt u de eenheden van de parameters en selecteert u Plot om een grafiek voor experimentele omstandigheden te verkrijgen. Als u de gegevenstabel wilt exporteren, selecteert u Tabelgegevens voor bestandsexport en exporteert u deze als een CSV-bestand om op te slaan in de juiste map.

In dit protocol werd de interactie tussen omgevingsomstandigheden die belangrijk zijn voor de fysiologie van organismen en herstel van koude schokken onderzocht voor variabele soorten vlinders. Er werd waargenomen dat naarmate de gemiddelde temperatuur van de proef steeg, de hersteltijd van koude schokken afnam, wat variabiliteit in taxa aantoonde. Evenzo werd de omgekeerde relatie tussen de gemiddelde lichtintensiteit van de proef en de hersteltijd van koude schokken waargenomen, wat aangeeft dat zowel temperatuur- als lichtomstandigheden bijdragen aan het herstel van de vlinders.

181 wilde vlindersoorten verzameld door drie waarnemers gedurende vijf maanden vertoonden een duidelijk herstel van koude coma veroorzaakt door koude shock, wat de taxonomische breedte benadrukte waarop dit experiment met succes kan worden toegepast. De omgevingsveldomstandigheden en experimentele omstandigheden werden uitgezet, wat de ecologische relevantie aantoonde van het uitvoeren van fysiologietesten onder omgevingsomstandigheden. Let bij het uitvoeren van dit protocol goed op alle personen in de gaaskooi, omdat gedragsveranderingen subtiel kunnen zijn en snel kunnen gebeuren.

De door dit protocol gegenereerde gegevens werpen licht op de ecofysiologische eigenschappen van geteste organismen. Veel andere eigenschappen dragen bij aan de fysiologie van organismen, zoals grootte, kleur en fylogenie. Gegevens over aanvullende eigenschappen zullen maatregelen van herstel van koude schokken verder verklaren en contextualiseren, wat bijdraagt aan de ecologische en levensgeschiedeniscontext van deze informatie.

Ik heb deze methode gebruikt om de ecofysiologie van hele vlindergemeenschappen in de Colombiaanse Andes te karakteriseren. Omdat het protocol toegankelijk, goedkoop en eenvoudig genoeg is om in landelijke omgevingen te implementeren, werden in korte tijd gegevens verzameld over honderden individuen.