Rejestrowanie reakcji behawioralnych na odbicie u raków

Podsumowanie

Opracowaliśmy dwie metody badania wpływu wizualnych sygnałów na zachowanie przy braku dotykowych i chemicznych wskazówek. Jedna z metod polega na filmowaniu reakcji raków na odbijające światło ściany w akwarium; Drugi bada efekty wizualnych danych wejściowych dostarczanych przez żywego raka za przezroczystą przegrodą.

Streszczenie

Zachowanie społeczne zależy od bodźców sensorycznych z systemów wzrokowych, mechanicznych i węchowych. Jedna z ważnych kwestii dotyczy względnych ról każdej modalności sensorycznej w kierowaniu zachowaniem. Rola bodźców wzrokowych została zbadana poprzez izolację bodźców wzrokowych od bodźców mechanicznych i chemosensorycznych. W niektórych badaniach (Bruski & Dunham, 1987: Delgado-Morales et al., 2004) bodźce wzrokowe zostały usunięte za pomocą opasek na oczy lub przy niskim natężeniu światła, a efekty pozostałych modalności sensorycznych zostały wyjaśnione. Alternatywnym podejściem jest badanie wpływu bodźców wizualnych przy braku odpowiednich sygnałów mechanicznych i chemosensorycznych. Podejście to ma na celu określenie wyłącznej roli danych wejściowych wizualnych.

Użyliśmy dwóch metod, aby dostarczyć rakom bodźców wizualnych bez dostarczania chemicznych i mechanicznych wskazówek. W jednej z metod raki są filmowane w akwarium, w którym połowa ścian jest pokryta lustrami, aby zapewnić środowisko odbijające, a druga połowa jest pokryta nieodblaskowym (matowym) plastikiem. Daje to rakom wybór między środowiskami odblaskowymi i nierefleksyjnymi. Środowisko odbijające światło zapewnia wskazówki wizualne w postaci odbitych obrazów raków, gdy poruszają się po połowie zbiornika; Tych wizualnych wskazówek brakuje w nieodblaskowej połowie zbiornika. Alternatywną metodą jest nagranie na taśmę wideo zachowania raków w akwarium oddzielonym mniejszą komorą na każdym końcu, z rakiem w jednej małej komorze dostarczającym wskazówek wizualnych i bezwładnym obiektem w przeciwnej małej komorze dostarczającym wizualnych danych wejściowych z nieruchomego, nierakowego źródła.

Nasze opublikowane wyniki wskazują, że reakcje raków na środowisko refleksyjne zależą od rangi socjalizacji i dominacji. Uspołecznione raki spędzały więcej czasu w środowisku refleksyjnym i częściej wykazywały tam pewne zachowania niż w środowisku bezrefleksyjnym; Izolowane raki nie wykazywały takich różnic. Raki, które były trzymane w parach tej samej płci, rozwinęły rangę społeczną dominującą lub podporządkowaną. Reakcje na refleksję różniły się między rakami dominującymi i podrzędnymi (May i Mercier, 2006; May & Mercier, 2007). Raki dominujące spędzały więcej czasu po stronie odblaskowej, częściej wchodziły w odblaskowe zakręty i spędzały więcej czasu w odblaskowych zakrętach w porównaniu ze stroną nieodblaskową. Raki podporządkowane częściej chodziły w odwrotnym kierunku po stronie odblaskowej niż po stronie nieodblaskowej. Wstępne dane sugerują podobne efekty dzięki sygnałom wizualnym dostarczanym przez raki w małej sąsiedniej komorze (May i in., 2008).

Protokół

1. Socjalizacja

1. Aby wygasić istniejące szeregi społeczne, każdy rak jest trzymany przez 7 - 14 dni w oddzielnym plastikowym pojemniku (30 cm długości x 17,5 cm szerokości x 13 cm głębokości), wypełnionym przefiltrowaną, napowietrzoną wodą i małą plastikową doniczką, która służy jako schronienie. Jeśli używane są przezroczyste pojemniki, między pojemnikami umieszcza się przegrodę (np. ręcznik papierowy), aby zapewnić wizualną izolację raków.
2. Raki w grupie "izolowanej" pozostają w izolacji przez dodatkowe 3 - 14 dni. Woda jest zmieniana, a raki karmione są 3 razy w tygodniu.
3. Aby ustalić rangę społeczną, raki umieszcza się w parach tej samej płci po początkowej izolacji. Raki są ważone i mierzona jest długość ciała (mównica do telsona); Pary są dopasowane pod względem rozmiaru z dokładnością do 10% wagi i długości. Biała farba akrylowa jest nakładana na pancerz każdego raka w celu identyfikacji osobników. (Zazwyczaj kropka jest stosowana do jednego pręta, a linia do drugiego).
4. Po 30-minutowym okresie odpoczynku każda para raków może wchodzić w interakcje w czystym, białym plastikowym pojemniku (48 cm długości x 25 cm szerokości x 13 cm głębokości), wypełnionym do połowy przefiltrowaną, napowietrzoną wodą (temperatura pokojowa). Spotkanie to jest albo nagrywane na kasetę VHS za pomocą kamery podłączonej do magnetowidu, albo nagrywane na komputer z kamerą internetową. Ta interakcja pozwala na rozwój rang dominacji.
5. Po wstępnej interakcji każda para raków jest umieszczana razem w większym plastikowym pojemniku (58 cm długości x 30 cm szerokości x 35 cm głębokości) przez dodatkowe 3 - 14 dni. Pojemnik ten odbiera krążącą wodę z systemu filtracji. Do schronienia służy pojedyncza rura PVC (o długości ok. 10 cm).

2. Budowa akwarium testowego i kontroli

Metoda I

1. Aby zbadać reakcje na odbijające światło środowisko, używa się akwarium szklanego lub z pleksiglasu (52 cm długości x 25 cm szerokości x 30 cm wysokości) (ryc. 1).
2. Jedno lustro (25 cm długości x 20 cm wysokości) umieszcza się na jednym końcu akwarium i zabezpiecza klejem lub woskiem montażowym. Dwa lustra (26 cm długości x 20 cm wysokości) są umieszczone po bokach, przylegając do lustra końcowego i są zabezpieczone klejem lub woskiem.
3. Pozostałe ściany pokryte są matową folią okienną. Folia ta usuwa odbicia, ale nie ingeruje w warunki oświetleniowe. Może być konieczne lekkie szlifowanie folii, aby upewnić się, że folia jest całkowicie nieodblaskowa.

Metoda II

4. Do zbadania reakcji na bodźce wzrokowe dostarczane przez żywego raka ("rak źródłowy") stosuje się akwarium z pleksiglasu z dwiema komorami końcowymi (ryc. 2). Akwarium zawiera dużą komorę środkową (48 cm długości x 26 cm szerokości x 26 cm wysokości) oraz dwie mniejsze komory końcowe o jednakowej wielkości (12 cm długości x 26 cm szerokości i 26 cm wysokości). Komory końcowe są oddzielone od komory środkowej przezroczystą pleksiglasem, która jest uszczelniona, aby zapobiec przedostawaniu się wody i chemikaliów między komorami.
5. Zewnętrzny obwód całego akwarium jest pokryty nieodblaskowym matowym tworzywem sztucznym, pozostawiając dwie bariery na każdym końcu przezroczyste.
6. Jako kontrola, sześcian zbudowany z plasteliny (np. Sculptee) jest używany do dostarczania wizualnych danych wejściowych z obiektu obojętnego. Sześcian (3,5 cm x 3,0 cm x 3,3 cm) jest przybliżoną objętością raka źródłowego i jest pomalowany na podobny kolor czerwony.

3. Trening wizualny

Metoda I

1. Raki są filmowane w lustrze / matowym zbiorniku 3 - 14 dni po walce, aby określić status dominacji.
2. Raki umieszcza się, po jednej każdej, w pojemniku Tupperware zawierającym napowietrzoną, przefiltrowaną wodę i plastikową doniczkę służącą do schronienia. Raki są zabierane do pomieszczenia testowego i mają 30 minut na aklimatyzację przed badaniem.
3. Akwarium testowe, w połowie wyłożone lustrami, a w połowie wyłożone nieodblaskowym tworzywem sztucznym, wypełnione jest napowietrzoną, przefiltrowaną wodą na głębokość około 20 cm.
4. Kamera cyfrowa jest podłączona za pomocą audio/wideo do magnetowidu VHS i jest umieszczona nad akwarium wystarczająco wysoko, aby zobaczyć całe akwarium. Filmy są nagrywane na kasetę VHS. Alternatywnie można użyć kamery internetowej podłączonej do komputera, a filmy można nagrywać za pomocą programu do tworzenia filmów i przechowywać na płycie DVD.
5. Jeden rak z tej pary umieszcza się delikatnie w środku akwarium za pomocą doniczki, a jego aktywność rejestruje się przez 20 minut. Podczas nagrywania w pomieszczeniu nie ma żadnej osoby, aby zmniejszyć zakłócenia spowodowane zewnętrznymi bodźcami wizualnymi i słuchowymi. Dokładamy wszelkich starań, aby środowisko nagrywania było ciche.
6. Po przeprowadzeniu testów rak jest usuwany, a zbiornik jest opróżniany, płukany i ponownie napełniany wodą.
7. Aby zrównoważyć warunki eksperymentalne, akwarium jest odwracane, aby umieścić lustra po przeciwnej stronie pomieszczenia. Pomaga to zrekompensować nieznane czynniki, które mogą powodować, że raki preferują jedną stronę akwarium.
8. Drugi członek pary jest następnie testowany w taki sam sposób jak pierwszy.

Metoda II

9. Jak opisano w metodzie I, raki są przynoszone do pomieszczenia badawczego i filmowane przy użyciu tego samego sprzętu rejestrującego.
10. Wszystkie komory (środkowa komora badawcza i dwie komory końcowe) wypełnione są napowietrzoną, przefiltrowaną wodą do wysokości około 20 cm.
11. Rak, w przybliżeniu tej samej wielkości co badany rak, umieszcza się w jednej komorze końcowej, a kostkę kontrolną umieszcza się w drugiej.
12. Korzystając z osłony doniczkowej, testowane raki są delikatnie umieszczane w środku akwarium i nagrywane na wideo przez 20 minut.
13. Po testach akwarium jest opróżniane, płukane i ponownie napełniane wodą.
14. Przed przetestowaniem drugiego elementu pary, rak źródłowy i sześcian kontrolny są przenoszone do przeciwległych komór końcowych, aby zrównoważyć warunki przeciwwagi.

4. Analiza reakcji na bodźce wzrokowe

Metoda I

1. Aby eksperymentator był ślepy na status społeczny raków, zachowanie w lustrze / matowym akwarium jest analizowane przed analizą prób zachowań bojowych.
2. Rejestrowana jest ilość czasu, jaką rak spędza po każdej stronie akwarium. Uważa się, że raki przechodzą z jednej strony na drugą, gdy koksy chelinożnych przechodzą przez linię środkową zbiornika (ryc. 3).
3. Rejestruje się również częstotliwość zachowań związanych z zakrętami, skręcaniem, przechodzeniem, zamarzaniem i chodzeniem wstecznym (opisy znajdują się w tabeli 1).
4. Zachowania wykazywane po stronie odblaskowej zbiornika są porównywane z zachowaniami wykazywanymi po stronie nierefleksyjnej za pomocą sparowanego testu t dla każdej grupy społecznej.

Metoda II

5. Podobnie jak w Metodzie I, taśmy wideo z zachowaniem raków są analizowane przed analizą prób walki.
6. Ilość czasu, jaką rak spędza po obu stronach akwarium, jest rejestrowana zgodnie z opisem w Metodzie I.
7. Rejestruje się częstotliwość pokonywania zakrętów, skręcania przodem do kierunku, skręcania, krzyżowania, podnoszenia i chodzenia do tyłu (tabela 1).
8. Zachowania wykonywane po stronie raków źródłowych są porównywane z zachowaniami wykonywanymi po stronie kostki kontrolnej za pomocą sparowanego testu t dla każdej grupy społecznej.

5. Analiza walk

1. Nagrania zachowań bojowych podczas pierwszych 30 minut parowania są oglądane i oceniane. Każda 30-minutowa sesja nagraniowa obejmuje kilka spotkań, w których raki nawiązują kontakt za pomocą pazurów i/lub czułków. W ramach tych spotkań chelae są zwykle używane do popychania, uderzania lub chwytania przeciwnika, a czułki są czasami używane do biczowania przeciwnika. Jeden rak może próbować przewrócić przeciwnika i przytrzymać go na podłodze. Każde spotkanie kończy się, gdy jeden rak wycofuje się, idąc do tyłu lub odwracając ogon, aby osiągnąć "pływanie ucieczki".
2. Rejestrowana jest liczba agonistycznych spotkań, a także tożsamość raka (określona przez znak farby na klatce piersiowej), który wycofuje się z każdego spotkania. Rak, który przegra większość spotkań w każdej 30-minutowej sesji, jest uważany za przegranego, a drugi rak jest uważany za zwycięzcę.

6. Reprezentatywne wyniki

Podczas 30-minutowego okresu walki, wszystkie pary wykazują agonistyczne zachowania. Takie zachowania obejmują stukanie w antenę, rzucanie się, popychanie, chwytanie, uderzanie chelae i przewracanie przeciwnika, jak opisano gdzie indziej (np. May i Mercier 2006, 2007). W końcu jeden rak w każdej parze konsekwentnie się wycofuje i unika dalszego kontaktu. Wycofujący się rak jest uważany za przegranego i jest klasyfikowany jako podrzędny; Zwycięski rak jest klasyfikowany jako dominujący.

Rank może być również monitorowany przez cały okres utrzymywania par, obserwując zachowanie raków w zbiorniku retencyjnym, który zawiera tylko jedną plastikową rurkę do schronienia. Rak dominujący niezmiennie zajmuje schronienie, a rak podrzędny nie. Raki podrzędne często chodzą z czelakami trzymanymi blisko siebie i wysuniętymi do przodu, podczas gdy raki dominujące zazwyczaj chodzą z chelae podniesionymi i bardziej oddalonymi od siebie (Guiasu i Dunham, 1998). Kiedy do zbiornika dodaje się nowy pokarm, dominujące raki zwykle pobierają pokarm jako pierwsze. W naszych badaniach z P. clarkii (np. May & Mercier 2006, 2007) zazwyczaj nie ma odwrócenia rang po trzech dniach ciągłego parowania.

W rzadkich przypadkach, jeden z członków pary umiera przed zakończeniem okresu parowania. Jest to bardziej prawdopodobne, jeśli okres parowania jest długi (np. 14 dni) i jeśli raki są zbyt ściśle dopasowane pod względem wielkości lub wagi. W ten sposób można uniknąć zgonów, dopuszczając około 10% różnicy w wadze. Jeśli jeden z członków pary umrze, dane od drugiego członka nie są uwzględniane w badaniu.

Raki dominujące i podporządkowane zazwyczaj wykazują różne reakcje na środowisko refleksyjne. Raki dominujące konsekwentnie spędzają więcej czasu po stronie refleksyjnej, ale raki podrzędne i izolowane nie (May i Mercier, 2006, 2007). Raki dominujące również częściej skręcają i skręcają po stronie odblaskowej niż po stronie nieodblaskowej, ale izolatory i podwładni zazwyczaj tego nie robią. Takie różnice między rakami dominującymi i podrzędnymi nie są jednak ustalane natychmiast, ale rozwijają się w ciągu 3-14 dniowego okresu parowania (May i Mercier, 2007).

Wstępne dowody wskazują, że raki dominujące i podporządkowane reagują inaczej na wizualne sygnały dostarczane przez żywego raka (rak źródłowy) po 3 dniach parowania (May i in., 2008). Raki dominujące spędzają więcej czasu po stronie akwarium z rakiem źródłowym i dłużej po tej stronie narożnika, ale raki podrzędne nie wykazują takich różnic między obiema stronami.

zachowanie opis Zakrętach zwrócony w róg akwarium i pozostając tam przez co najmniej 5 sekund, z końcami obu pazurów dotykającymi różnych ścian (ryc. 4) Koniec z twarzą zwrócony w stronę ściany na jednym końcu zbiornika przez co najmniej 5 sekund, z końcówką co najmniej jednego pazura dotykającą ścianki końcowej (rysunek 5) Toczenia zmiana kierunku ścieżki spacerowej z zgodnego z ruchem wskazówek zegara na przeciwnie do ruchu wskazówek zegara lub odwrotnie (Rysunek 6) przejście opuszczając obwód akwarium i przechodząc co najmniej jedną długość ciała do dowolnej innej ściany (ryc. 7) chód odwrócony chodzenie do tyłu przez co najmniej jedną długość ciała mrożenie nagłe zaprzestanie wszelkich widocznych ruchów, w tym ruchu przydatków i czułków, na co najmniej 5 s Odchow stanie na czwartej i piątej nodze do chodzenia, podnosząc brzuszną powierzchnię klatki piersiowej przy ścianie i kładąc co najmniej jedną nogę do chodzenia na ścianie

Tabela 1. Zachowania wykazywane przez P. clarkii w centralnej komorze zbiornika testowego.

Rysunek 1. Schemat akwarium użytego w Metodzie I. Połowa akwarium jest wyłożona lustrami, podczas gdy druga połowa jest wyłożona nieodblaskowym plastikiem.

Rysunek 2. Schemat akwarium użytego w Metodzie II. Zbiornik ten składa się z centralnego obszaru, w którym umieszcza się testowane raki, oraz dwóch komór końcowych, przedzielonych nienaruszoną barierą z pleksiglasu. Żywego raka umieszcza się w jednej komorze końcowej, a sześcian umieszcza się w drugiej komorze końcowej jako kontrolę.

Rysunek 3. Schemat akwarium testowego z linią środkową przedstawioną jako pionowa linia przerywana. Rak przechodzi z jednej strony na drugą, gdy koksy chelinożnych przechodzą przez linię środkową.

Rysunek 4. Schemat przedstawiający położenie raków podczas pokonywania zakrętów. Zauważ, że końcówki obu chelae stykają się z różnymi ścianami.

Rysunek 5. Schemat przedstawiający położenie raków w kierunku ściany końcowej. Zauważ, że obie chelae stykają się z tą samą ścianą.

Rysunek 6. Schemat ideowy wskazujący toczenie. Odwrócenie kierunku ruchu stanowi obrót. Zakręty mogą wystąpić w narożniku (np. kierunek 1 do kierunku 2 i z kierunku 4 do kierunku 5) lub z boku (nie pokazano). Wchodzenie w zakręt i opuszczanie go w tym samym kierunku (np. z kierunku 1 do kierunku 3) nie jest zakrętem.

Rysunek 7. Schemat przedstawiający zachowanie skrzyżowania. Przejście ma miejsce, gdy rak opuszcza jedną ścianę i przemieszcza się do drugiej ściany, w odległości co najmniej jednej długości ciała od najbliższej ściany (strzałka).

Rysunek 8. Fotografia przedstawiająca zachowanie podczas wychowywania się. Rak stoi na dwóch ostatnich nogach do chodzenia i podnosi ciało o ścianę, nawiązując kontakt z co najmniej jedną nogą chodzącą.

Dyskusja

Obserwacja, że raki dominujące spędzają więcej czasu w środowisku refleksyjnym, sugeruje, że rozpoznają one odbity obraz jako współplemień, a wskazówki wizualne są wystarczające, aby wywołać zachowanie zbliżone. Podobne wyniki z użyciem żywego raku zamiast odbitego obrazu wspierają taką interpretację. Raki podporządkowane i izolowane nie wykazują takiej preferencji dla środowiska refleksyjnego, a raki podrzędne nie wydają się preferować żywego raka od sześcianu. W związku z tym reakcje na sygnały wizualne zależą od ra...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Jednokomorowy zbiornik testowy			mechaniczny Brock University
Zbiornik testowy z komorą końcową	Warsztat
Pojemnik izolacyjny	Rubbermaid		30 cm x 17,5 cm x 13 cm otwory w pokrywie umożliwiające przepływ powietrza i światła, gdy pokrywa jest założona
Komora			48 cm x 25 cm x 13 cm
Komora			58 cm x 30 cm x 35 cm
mała plastikowa doniczka			służąca jako schronienie
Aparat Coolpix 4500	Dyktafon Instruments
Komputer			Windows Movie Maker lub inne oprogramowanie do pozyskiwania wideo
kamera internetowa	Modelina Logitech
	Sculptee		do wykonania kostki kontrolnej
czerwona farba lateksowa	FolkArt		do wykonania kostki kontrolnej
lakier na bazie wody	FolkArt		do wykonania kostki kontrolnej