Name: Ocena wydajności pływania u ryb (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-05-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 12 s
Description: Poznaj metodę oceny wydajności pływania ryb w respirometrze tunelowym z pomiarem poboru tlenu i analizą wideo. Technika ta pozwala badać fizjologię pływania i wydatki energetyczne w ekologii fizjologicznej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autor dziękuje Barbarze Berli za udostępnienie przykładowych danych oraz Canadian Wildlife Federation za łaskawe sfinansowanie badań.

1. Odłów i aklimatyzacja
<ol>
	<li>Za pomocą sieci bezwęzłowej odłowić pojedyncze ryby z pojemnika zbiorczego. Należy zminimalizować czas odłowu, unikać chwytania wielu ryb jednocześnie oraz nie trzymać ryb w sieci dłużej niż przez kilka sekund, ponieważ czynniki te mogą zwiększać stres. Stres może wpływać na wydajność pływania.</li>
	<li>Umieścić ryby w zbiorniku transferowym z anestetykiem lub bezpośrednio w respirometrze tunelowym („tunel pływacki”). W przypadku konieczności znieczulenia ryb można zastosować metansulfonian tricainy (MS222) lub olejek goździkowy. Dopuszczalne stężenia zależą od wielu czynników, w tym od wrażliwości gatunkowej i temperatury, ale zazwyczaj mieszczą się w zakresie 10-100 mg/L dla każdego z tych anestetyków1,2. Stężenie anestetyku powinno indukować III stopień znieczulenia (tj. brak reakcji na bodźce zewnętrzne) i umożliwiać szybką regenerację (tj. w ciągu kilku sekund). Podczas stosowania MS222 w wodzie słodkiej należy użyć wodorowęglanu sodu w równych częściach (masowych) jako buforu. Bez buforu MS222 znacznie obniży pH, a niskie pH może uszkodzić tkankę skrzeli. Buforowanie nie jest konieczne w wodzie morskiej, ponieważ posiada ona wystarczającą pojemność buforową.</li>
	<li>Znieczulone ryby można poddać oznaczeniu płci, pomiarowi masy i długości oraz pobieżnemu badaniu zewnętrznemu stanu zdrowia. Długość można mierzyć jako długość całkowitą (TL), długość widliczną (FL) lub długość ciała (BL). Te różne miary stosuje się zazwyczaj zgodnie ze standardową praktyką, morfologią gatunku (np. brak płetwy widlastej) lub stanem ryby (np. zniszczona płetwa ogonowa).</li>
	<li>Zarówno ryby znieczulone, jak i nieznieczulone, należy wprowadzić do tunelu pływackiego tak szybko, jak to możliwe i do płynącej wody, co ułatwi regenerację. Szybkość przepływu ustawia się zazwyczaj tak, aby ryba mogła spoczywać na dnie, ledwie pływając. Przykładowa prędkość dla dorosłego łososia sockeye wynosi 0.3 BL/s.</li>
	<li>Ryby muszą pozostać w tunelu pływackim w celu aklimatyzacji. Okres aklimatyzacji można ustawić zgodnie z tradycyjnymi ramami czasowymi (np. 12 hr) lub zgodnie z tymi stosowanymi w większości aktualnych badań, które mogą trwać już od 30 min. Aby określić idealny okres aklimatyzacji dla danej ryby, można wykorzystać czas potrzebny na osiągnięcie stabilnego, najlepiej niskiego tempa metabolizmu (szczegóły w następnej sekcji).</li>
</ol>
2. Pomiar wskaźników metabolicznych
<ol>
	<li>Zmiany poziomu tlenu w tunelu pływaniowym powinny być rejestrowane przez cały czas trwania testu (lub testów) pływackich. Sondy tlenowe mogą być zamontowane bezpośrednio w tunelu pływaniowym, jednak najpierw należy ustalić, czy przepływ wody nad sondą wpływa na jej działanie. Jeśli sonda jest podatna na prędkości przepływu wody, które mogą wystąpić podczas testu, należy umieścić ją w oddzielnej komorze poza tunelem i doprowadzać do niej wodę z tunelu za pomocą pompy.</li>
	<li>W celu uzupełnienia tlenu i ograniczenia akumulacji produktów przemiany materii, tunel pływaniowy prawdopodobnie będzie wymagał okresowego przepłukiwania. W przypadku większości gatunków nasycenie tlenem nie powinno spaść poniżej 70%, ponieważ może to obniżyć wydajność pływania lub doprowadzić do przejścia na metabolizm beztlenowy. Przepłukiwanie wody w tunelu może również pomóc w ograniczeniu wzrostu temperatury wody; temperatura wody powinna być jednak utrzymywana na stałym poziomie poprzez połączenie tunelu pływaniowego z chłodziarką. Zmiany temperatury wpływają na tempo metabolizmu.</li>
	<li>Zazwyczaj wyznacza się podstawowe i maksymalne tempo metabolizmu, skrótowo określane jako „RMR” i „MMR” (Rysunek 1A). Wartości te mogą być wyrażone jako objętość (Vo2) lub masa (Mo2) tlenu na jednostkę masy w jednostce czasu, np. mg O2 / kg / hr. Różnica między tymi dwiema wartościami pozwala wyznaczyć „zakres aktywności” (scope for activity). Można również wyznaczyć „dług tlenowy” po wysiłku, nazywany „nadmiarowym poborem tlenu po wysiłku” (EPOC), który odpowiada ilości tlenu potrzebnej podczas powrotu do poziomu RMR po zakończeniu ćwiczeń.</li>
</ol>
<ol>
	<li>
		Uwaga: wiele sond tlenowych oraz ich wyniki automatycznie uwzględniają korektę temperatury w pomiarach zmian poziomu tlenu rozpuszczonego. W przypadku sond, które tego nie robią, konieczne jest przeprowadzenie korekty. Ponadto niektóre wartości będą wymagały korekty, jeśli pomiary były prowadzone w warunkach zasolenia.</li>
</ol>
Pomiar wydajności pływania
W tunelu pływaniowym można ocenić szereg parametrów wydajności pływania. Najczęstszym sposobem charakteryzowania wydajności pływania jest określenie czasu, przez który może być ona utrzymana3. Im mniejsza prędkość, tym dłużej może być utrzymana i odwrotnie. Prędkości są zazwyczaj określane jako „krótkotrwałe” (burst), „przedłużone” (prolonged) lub „stałe” (sustained), co odpowiada odpowiednio czasom trwania liczonym w sekundach, od minut do godzin (maks. 200 min) oraz godzinom i więcej (&gt;200 min). Aby wyznaczyć te prędkości, ryby poddaje się zdefiniowanym przez użytkownika „stopniom” (steps), składającym się z określonej „wysokości” (height), czyli przyrostu prędkości przepływu wody, oraz „długości” (length), czyli czasu trwania stopnia. Maksymalizacja wysokości stopnia i minimalizacja jego długości pozwoli na uchwycenie maksymalnej prędkości krótkotrwałej, natomiast działanie odwrotne pozwoli wyznaczyć maksymalną prędkość stałą. W testach stopniowych tradycyjnym sposobem raportowania maksymalnej osiągniętej prędkości jest przyjęcie prędkości ostatniego w pełni ukończonego stopnia powiększonej o część czasową ostatniego, nieukończonego stopnia (Rysunek 1A).
Ocena wydajności krótkotrwałego pływania przyspieszonego
<ol>
	<li>Aby ocenić prędkość pływania gwałtownego lub zdolność do sprintu, po aklimatyzacji zwiększ prędkość przepływu do szacowanego maksimum (np. dwukrotność Ucrit; patrz poniżej) i zmotywuj rybę do pływania. Ryba powinna spoczywać w tylnej części chambers w momencie gwałtownego zwiększania prędkości przepływu. Może być konieczne zmotywowanie ryby do pływania. Motywacja może być mechaniczna (np. dotyk) lub elektryczna (np. niewielki ładunek przyłożony do siatki elektrycznej z tyłu tunelu pływackiego). Chociaż nie jest to specyficzny test zdolności do gwałtownego pływania, ryby można poddać „testowi stałego przyspieszenia” (CAT lub UΔV), składającemu się z kilku krótkich kroków (np. 1 min)4,5.</li>
	<li>Zapisz czas trwania pływania. Można również zapisać liczbę poszczególnych zrywów oraz pokonany przez nie dystans6. Prędkość może być podana jako prędkość maksymalna osiągnięta lub obliczona zgodnie z równaniem przedstawionym na Rysunku 1A. Ocena wydajności pływania długotrwałego i wytrzymałościowego Najczęściej stosowaną miarą służącą do oceny zdolności do pływania długotrwałego lub wytrzymałościowego jest tzw. „krytyczna wydajność pływania” (Ucrit). Długość kroku dla Ucrit była tradycyjnie ustalana na 20 min, choć stosowano również krótsze czasy, np. 10 min. Ogólną zasadą jest, aby przed wystąpieniem zmęczenia wykonać co najmniej dziesięć kroków, co może skutkować długimi testami, np. &gt;3 h/ryba. Aby skrócić test Ucrit, pierwsze siedem kroków można skrócić do 5 min (test ten nazywa się wówczas „ramp- Ucrit”).</li>
</ol>
<ol>
	<li>Po aklimatyzacji i/lub pływaniu próbnym należy zwiększać prędkość przepływu zgodnie z wielkością kroku.</li>
	<li>Aby ustawić odpowiednią wysokość kroku dla Ucrit, prawdopodobnie konieczne będzie oszacowanie Ucrit dla próby ryb przeznaczonych do testów. Można to osiągnąć, korzystając z wartości literaturowych. Alternatywnie, ryby mogą przejść „pływanie próbne” po wprowadzeniu do tunelu. W tym celu należy stosować krótkie, zdefiniowane przez użytkownika kroki, aż do wystąpienia zmęczenia. Ostatnią osiągniętą prędkość należy przyjąć jako wstępną wartość Ucrit. Wielkość kroku (wysokość i długość) należy dostosować dla każdej ryby.</li>
	<li>Aby zbadać zdolność do regeneracji lub określić indywidualne różnice w wydajności, ryby mogą przejść drugi test pływacki po okresie odpoczynku7-9.</li>
	<li>Ryby mogą być również badane w grupach, choć mają one tendencję do zmęczenia w różnym czasie podczas testów, co może utrudniać ich usuwanie z tunelu i uniemożliwiać pomiar poboru tlenu.</li>
	<li>Po wystąpieniu zmęczenia ryby powinny przejść regenerację lub zostać natychmiast usunięte w celu pobrania próbek tkanek. Podczas testów lub po nich, przy użyciu analizy wideo, można zebrać kilka wskaźników wydajności związanych z pływaniem (Rysunek 1 C,D).</li>
 <li>Aby zmierzyć częstotliwość wentylacji i częstotliwość uderzeń ogonem, należy monitorować tempo pompowania operkularnego oraz liczbę uderzeń ogonem w odstępach kilku sekund (Rysunek 1B)10,11.</li>
	<li>Aby zmierzyć amplitudę uderzeń ogonem, można zmierzyć maksymalne wychylenie płetwy ogonowej (Rysunek 1B)12.</li>
	<li>Po zakończeniu testów ryby mogą zostać uśpione, a następnie poddane badaniu pośmiertnemu i pobraniu tkanek w celu określenia hematokrytu (objętości skonsolidowanych erytrocytów), stężeń hormonów stresu, zapasów energii w mięśniach (np. fosfokreatyny, glikogenu), aktywności enzymów (np. dehydrogenazy mleczanowej, acetylocholinoesterazy) lub innych parametrów fizjologicznych.</li>
</ol>
3. Reprezentatywne wyniki
<img src="/files/ftp_upload/2572/2572fig1.jpg" alt="Wykres analizy tempa metabolizmu; równania; długość kroku; dane naukowe; wyniki eksperymentu." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> Rysunek 1. A) Przykład testu rampowego Ucrit przeprowadzonego u młodego łososowatego, pstrąga tęczowego (Oncorhynchus mykiss) hodowanego w wylęgarni, o długości ciała (BL) 6,3 cm i masie 3,5 g. Test przeprowadzono w zmodyfikowanym respirometrze typu Bretta o pojemności 12 L (Loligo Systems, Dania; <a href="http://www.loligosystems.com/">www.loligosystems.com</a>). Rutynowe i maksymalne tempo metabolizmu obliczono jako nachylenie (mg/hr) × objętość (L) / masa ryby (kg), a wyniosły one odpowiednio 198 i 961 mg O2/kg/hr (zakres aktywności = 4,84). Wartości te są zgodne z danymi raportowanymi przez Bretta dla młodego łososia nerki (O. nerka)13. Uwaga: do obliczeń poboru tlenu przyjęto, że objętość wody jest równa objętości respirometru pomniejszonej o objętość ryby. Krzyżyk wskazuje punkt, w którym ryba odmówiła dalszego płynięcia i w którym obliczono Ucrit. B) Wartości częstotliwości uderzeń ogona rejestrowano sześciokrotnie przez 10 s; wartości amplitudy uderzeń ogona rejestrowano trzykrotnie; przedstawione wartości to średnia ± SEM. C) Powiększony widok z boku oraz D) widok z góry ryby płynącej w komorze pływnej. D) Przedstawia rybę śledzoną przez oprogramowanie EthoVision (Noldus, Holandia; <a href="http://www.noldus.com/">www.noldus.com</a>). Skróty: Ucrit = krytyczna prędkość pływania; Uf = prędkość ostatniego w pełni ukończonego kroku, Us = prędkość kroku, tf = czas spędzony na ostatnim kroku, ts = czas kroku.

<ol><li>Anderson, W. G., McKinley, R. S., Colavecchia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+clove+oil+as+an+anesthetic+for+rainbow+trout+and+its+effects+on+swimming+performance%5BTitle%5D)+AND+%22North+Am.+J.+Fish+Manage%22%5BJournal%5D)">The use of clove oil as an anesthetic for rainbow trout and its effects on swimming performance.</a> North Am. J. Fish Manage. 17, 301-307 (1997).</li>
<li>Cho, G. K., Heath, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+tricaine+methanesulphonate+%28MS222%29+and+clove+oil+anaesthesia+effects+on+the+physiology+of+juvenile+chinook+salmon+Oncorhynchus+tshawytscha+%28Walbaum%29%5BTitle%5D)+AND+%22Aquacult.+Res%22%5BJournal%5D)">Comparison of tricaine methanesulphonate (MS222) and clove oil anaesthesia effects on the physiology of juvenile chinook salmon Oncorhynchus tshawytscha (Walbaum).</a> Aquacult. Res. 31, 537-546 (2000).</li>
<li>Beamish, F. W. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBeamish%2C+FWH+%22Swimming+capacity+in+Fish+Physiology%22">Swimming capacity in Fish Physiology</a>. Hoar, W. S., Randall, D. J. , Academic Press Inc. New York. Vol. 7 101-187 (1978).</li>
<li>Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparisons+of+swimming+performance+in+rainbow+trout+using+constant+acceleration+and+critical+swimming+speed+tests%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fish+Biol%22%5BJournal%5D)">Comparisons of swimming performance in rainbow trout using constant acceleration and critical swimming speed tests.</a> J. Fish Biol. 72, 693-710 (2008).</li>
<li>Tierney, K. B., Casselman, M., Takeda, S., Farrell, A. P., Kennedy, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationship+between+cholinesterase+inhibition+and+two+types+of+swimming+performance+in+chlorpyrifos-exposed+coho+salmon+%28Oncorhynchus+kisutch%29%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Toxicol.+Chem%22%5BJournal%5D)">The relationship between cholinesterase inhibition and two types of swimming performance in chlorpyrifos-exposed coho salmon (Oncorhynchus kisutch).</a> Environ. Toxicol. Chem. 26, 998-1004 (2007).</li>
<li>Martinez, M., Bedard, M., Dutil, J. -D., Guderley, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Does+condition+of+Atlantic+cod+%28Gadus+morhua%29+have+a+greater+impact+upon+swimming+performance+at+Ucrit+or+sprint+speeds%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Does condition of Atlantic cod (Gadus morhua) have a greater impact upon swimming performance at Ucrit or sprint speeds.</a> J. Exp. Biol. 207, 2979-2990 (2004).</li>
<li>Marras, S., Claireaux, G., McKenzie, D. J., Nelson, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Individual+variation+and+repeatability+in+aerobic+and+anaerobic+swimming+performance+of+European+sea+bass%2C+Dicentrarchus+labrax%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Individual variation and repeatability in aerobic and anaerobic swimming performance of European sea bass, Dicentrarchus labrax.</a> J. Exp. Biol. 213, 26-32 (2010).</li>
<li>Kolok, A. S., Plaisance, E. P., Abdelghani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Individual+variation+in+the+swimming+performance+of+fishes%3A+an+overlooked+source+of+variation+in+toxicity+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Toxicol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Individual variation in the swimming performance of fishes: an overlooked source of variation in toxicity studies.</a> Environ. Toxicol. Chem. 17, 282-285 (1998).</li>
<li>Tierney, K. B., Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relationships+between+fish+health%2C+metabolic+rate%2C+swimming+performance+and+recovery+in+return-run+sockeye+salmon%2C+Oncorhynchus+nerka+%28Walbaum%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fish+Dis%22%5BJournal%5D)">The relationships between fish health, metabolic rate, swimming performance and recovery in return-run sockeye salmon, Oncorhynchus nerka (Walbaum).</a> J. Fish Dis. 27, 663-671 (2004).</li>
<li>Webber, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upstream+swimming+performance+of+adult+white+sturgeon%3A+Effects+of+partial+baffles+and+a+ramp%5BTitle%5D)+AND+%22Trans.+Am.+Fish.+Soc%22%5BJournal%5D)">Upstream swimming performance of adult white sturgeon: Effects of partial baffles and a ramp.</a> Trans. Am. Fish. Soc. 136, 402-408 (2007).</li>
<li>Farrell, A. P., Gamperl, A. K., Birtwell, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prolonged+swimming%2C+recovery+and+repeat+swimming+performance+of+mature+sockeye+salmon+Oncorhynchus+nerka+exposed+to+moderate+hypoxia+and+pentachlorophenol%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Prolonged swimming, recovery and repeat swimming performance of mature sockeye salmon Oncorhynchus nerka exposed to moderate hypoxia and pentachlorophenol.</a> J. Exp. Biol. 201, 2183-2193 (1998).</li>
<li>Flammang, B. E., Lauder, G. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Speed-dependent+intrinsic+caudal+fin+muscle+recruitment+during+steady+swimming+in+bluegill+sunfish%2C+Lepomis+macrochirus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Biol%22%5BJournal%5D)">Speed-dependent intrinsic caudal fin muscle recruitment during steady swimming in bluegill sunfish, Lepomis macrochirus.</a> J. Exp. Biol. 211, 587-598 (2008).</li>
<li>Brett, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+respiratory+metabolism+and+swimming+performance+of+young+sockeye%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fish.+Res.+Board+Can%22%5BJournal%5D)">The respiratory metabolism and swimming performance of young sockeye.</a> J. Fish. Res. Board Can. 21, 1183-1226 (1964).</li>
<li>Blažka, P., Volf, M., Čepela, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+type+of+respirometer+for+the+determination+of+the+metabolism+of+fish+in+an+active+state%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Bohemoslov%22%5BJournal%5D)">A new type of respirometer for the determination of the metabolism of fish in an active state.</a> Physiol. Bohemoslov. 9, 553-558 (1960).</li>
<li>Peake, S. J., Farrell, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fatigue+is+a+behavioural+response+in+respirometer+confined+smallmouth+bass%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fish+Biol%22%5BJournal%5D)">Fatigue is a behavioural response in respirometer confined smallmouth bass.</a> J. Fish Biol. 68, 1742-1755 (2006).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano żadnych konfliktów interesów.

W środowisku naturalnym zachowania, takie jak ucieczka przed drapieżnikiem i migracja, zależą od zdolności do pływania z określoną intensywnością przez różny czas. W warunkach laboratoryjnych do oszacowania zdolności ryb do wykonywania wielu zachowań można wykorzystać respirometry tunelowe oraz stopniowe zwiększanie prędkości. Pomiary tempa metabolizmu oraz inne oceny na poziomie tkanek (takie jak produkcja mleczanu) mogą być włączone do testów pływackich, aby pomóc w określeniu mechanizmów fizjologicznych leżących u podstaw różnych trybów pływania.
Konstrukcja tunelu pływaniowego może w dużym stopniu wpływać na wyniki wydolności pływackiej. Do określania wydajności pływania stosuje się kilka typów tuneli, z których większość klasyfikuje się jako typy Bretta13 lub Blazki14. W przypadku obu konstrukcji kluczowe kwestie obejmują „równomierność” przepływu wody (stopień jego liniowości), maksymalną prędkość przepływu oraz długość komory pływackiej. Równomierność jest istotna, ponieważ ryby instynktownie wyszukują obszary o niskim przepływie i w nich pływają, aby zminimalizować wysiłek. Wysoki potencjalny przepływ może być niezbędny do testowania zdolności do pływania gwałtownego lub w przypadku gatunków szybko pływających (np. tuńczyków). Długość komory pływackiej może mieć duże znaczenie, ponieważ w komorach o małej długości, tj. gdy długość ryby &gt; 10 % długości komory, ryby mogą nie być w stanie wykorzystać wszystkich trybów pływania. W szczególności krótkie rury mogą ograniczać zdolność ryb do przejścia ze stałego na niestabilny sposób pływania, tj. do pływania gwałtownego i ślizgowego. W konsekwencji ryby mogą przestać pływać przy niemal tej samej prędkości, niezależnie od długości kroku, a Ucrit może być analogiczne do „prędkości przejścia chodu”15.
Wszystkie tunele pływakowe muszą zostać skalibrowane przy użyciu urządzeń takich jak sondy przepływu lub sprzęt do pomiaru prędkości obrazowej cząstek (PIV). W idealnym przypadku tunele pływakowe powinny charakteryzować się przepływem prostoliniowym, jednak jeśli okaże się, że ryby preferują określony obszar, ich prędkość pływania można dostosować na podstawie lokalnych różnic w przepływie.

<table><tbody><tr><td>metanosulfonian trikainy (MS222)</td><td><a href="http://www.argent-labs.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Argent Labs</a></td><td></td><td>Opcjonalnie</td></tr><tr><td>Olejek goździkowy</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Sigma-Aldrich</a></td><td></td><td>Opcjonalnie</td></tr><tr><td>Respirometr tunelowy do pływania</td><td><a href="http://www.loligosystems.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Loligo Systems</a></td><td></td><td>Wymagane</td></tr><tr><td>Kamery szybkomierze</td><td>Wielu dostawców</td><td></td><td>opcjonalny</td></tr><tr><td>Karta przechwytywania wideo</td><td>Wielu dostawców</td><td></td><td>opcjonalnie</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do analizy zachowań</td><td><a href="http://www.noldus.com" target="_blank"><img src="/img/new_window.png"> Noldus</a></td><td></td><td>opcjonalny</td></tr></tbody></table>

ocena wydajności pływania u ryb

Swimming Performance Assessment in Fishes

Testy wydajności pływania ryb stanowią integralną część badań nad energetyką mięśni, mechaniką pływania, wymianą gazową, fizjologią serca, chorobami, zanieczyszczeniami, hipoksją i temperaturą. Niniejsza praca opisuje elastyczny protokół oceny wydajności pływania ryb z wykorzystaniem sprzętu umożliwiającego kontrolę prędkości wody. Protokół obejmuje od jednego do kilku stopniowych zwiększeń prędkości przepływu, które mają doprowadzić ryby do zmęczenia. Prędkości poszczególnych stopni oraz ich czas trwania mogą być dostosowane w celu uchwycenia zdolności pływackich o różnym znaczeniu fizjologicznym i ekologicznym. Najczęściej wielkość stopnia jest ustalana w celu wyznaczenia krytycznej prędkości pływania (Ucrit), która ma na celu określenie maksymalnej zdolności do pływania długotrwałego. Tradycyjnie test ten składał się z około dziesięciu stopni, z których każdy trwał 20 min. Jednak coraz częściej wykorzystuje się stopnie o krótszym czasie trwania (np. 1 min), aby ocenić zdolność do przyspieszenia lub wydajność pływania zrywnego. Niezależnie od wielkości stopnia, testy pływania można powtarzać w czasie, aby ocenić zmienność osobniczą i zdolność do regeneracji. Przed, w trakcie i po testach pływania często uwzględnia się punkty końcowe związane z pływaniem, takie jak pomiary tempa metabolizmu, wykorzystania płetw, częstotliwości wentylacji, a także wskaźniki behawioralne, np. odległość między rybami w ławicy. Biorąc pod uwagę różnorodność gatunków ryb, liczbę nieprzebadanych pytań badawczych oraz znaczenie wielu gatunków dla globalnej ekologii i gospodarki, badania nad wydajnością pływania ryb pozostaną popularne i nieocenione w dającej się przewidzieć przyszłości.

Życie większości ryb opiera się na pływaniu. Niniejszy protokół opisuje techniki rejestrowania różnych sposobów pływania dostępnych dla pojedynczych osobników oraz ławic ryb, a także zawiera mierniki związane z fizjologią i zachowaniem podczas pływania.

Ocena wydajności pływania u ryb

Testy wydolności pływackiej ryb stanowią integralną część badań nad energetyką mięśni, mechaniką pływania, wymianą gazową, fizjologią serca, chorobami, ...

Głównym celem następującego eksperymentu jest określenie zdolności ryb do wykonywania energochłonnych zachowań pływackich. Osiąga się to poprzez umieszczenie ryb w respirometrze tunelowym i poddanie ich próbie poprzez zwiększanie prędkości przepływu wody. W tym czasie należy rejestrować pobór tlenu, co pozwala na określenie zmian w tempie metabolicznym.Dzięki ćwiczeniom można wykorzystać oprogramowanie do analizy wideo w celu uzyskania informacji dotyczących zachowania podczas pływania. Otrzymane wyniki wykazują różnice w wydajności pływania w zależności od maksymalnej prędkości, z jaką ryba była w stanie płynąć, oraz czasu, przez który mogła utrzymać tę prędkość. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu ekologii fizjologicznej dotyczące zapotrzebowania energetycznego na pływanie oraz mechanizmów kontrolujących ten proces; procedurę tę zaprezentuje student wyróżniony.Można to wykonać w moim laboratorium. Używając sieci bezwęzłowej, wyłów poszczególne ryby z ich zbiornika hodowlanego. Zminimalizuj czas odłowu. Unikaj wyłapywania wielu ryb jednocześnie i nie trzymaj ryb w sieci dłużej niż przez kilka sekund.Ponieważ czynniki te mogą wzrastać, stres może wpływać na wyniki pływania. Umieść ryby w słodkowodnym zbiorniku transportowym zawierającym anestetyk w postaci metanosulfonianu tricainy z buforem wodorowęglanu sodu. Następnie zanurzone w anestetyku ryby zostają poddane oznaczeniu płci, pomiarowi masy oraz długości, a także wstępnemu badaniu zewnętrznemu stanu zdrowia; zmierz długość całkowitą, długość widlicową lub długość ciała.Wprowadź ryby do tunelu pływakowego tak szybko, jak to możliwe, aby wspomóc ich regenerację. Ustaw prędkość przepływu w taki sposób, aby ryby mogły odpoczywać na dnie, wykonując jedynie minimalne ruchy pływackie. Przykładowa prędkość dla dorosłych łososi nerka wynosi 0.3 BL na sekundę.Wprowadź sondę tlenową do respirometru. Monitoruj poziom tlenu w tunelu pływaniowym podczas przeprowadzania testów. Okresy aklimatyzacji różnią się w zależności od ryby.Tutaj młodą pstrąg tęczowy aklimatyzuje się przez 30 minut w celu napowietrzenia wody, usunięcia nagromadzonych produktów przemiany materii oraz utrzymania temperatury wody. Tunnel należy okresowo płukać. Najczęstszym sposobem charakteryzowania wydajności pływania ryb w tunelu pływaniowym jest pomiar czasu, przez który dana prędkość może być utrzymana.Im mniejsza prędkość, tym dłużej ryba może płynąć i na odwrót. Prędkości zazwyczaj określa się jako eksplozywne, przedłużone lub stałe, co odpowiada czasom trwania liczonym w sekundach, od minut do godzin oraz w godzinach i więcej. Aby określić te prędkości, ryby poddaje się zdefiniowanym przez użytkownika etapom składającym się z określonej wysokości, przepływu wody IE, prędkości, przyrostów i długości, czyli czasu trwania etapu IE.Maksymalizacja wysokości stopnia i minimalizacja jego długości pozwoli uchwycić najwyższą prędkość szczytową, podczas gdy działanie odwrotne pozwoli uchwycić najwyższą prędkość stałą. Następnie należy przygotować system analizy wideo do rejestracji zachowań pływackich podczas badania. Analizę wideo można przeprowadzić również po próbach, wykorzystując nagrania wideo wykonane po aklimatyzacji, przy zwiększonej prędkości przepływu zgodnie z rozmiarem stopnia, a w razie potrzeby zarejestrować czas trwania pływania.Mały ładunek elektryczny dostarczany przez kratkę szokową z tyłu tunelu pływalnianego może być wykorzystany do stymulacji do pływania w momencie, gdy ryba przestanie płynąć. Zakończ test i zapewnij 30-minutowy okres regeneracji przed pomiarem pływania w trybie burst lub zdolności do sprintu. Zwiększ prędkość przepływu do szacowanego maksimum.Ryby powinny spoczywać w tylnej części komory w momencie gwałtownego zwiększania prędkości przepływu. Po wystąpieniu zmęczenia rybom należy pozwolić na regenerację lub natychmiast usunąć je w celu pobrania próbek tkanek; następnie należy wyznaczyć rutynową i maksymalną szybkość przemiany materii (odpowiednio RMR i MMR), obliczając objętość lub masę tlenu na jednostkę masy w jednostce czasu. W tym przykładzie RMR wyniosła 198, a MMR 961 mg tlenu na kg na godzinę.W teście schodkowym tradycyjnym sposobem raportowania osiągniętej prędkości maksymalnej jest obliczenie prędkości ostatniego w pełni ukończonego stopnia, powiększone o ułamek czasowy ostatniego, niedokończonego stopnia. Przedstawiony tutaj wzór służy do oszacowania zdolności do długotrwałego lub wytrzymałego pływania, określanej również jako krytyczna wydajność pływania, lub u crit. Krzyżyk wskazuje punkt, w którym ryba odmówiła dalszego pływania i w którym obliczono u. Do określania zachowań pływackich, takich jak liczba i długość zrywów, można wykorzystać oprogramowanie do analizy wideo.Częstotliwość i amplituda uderzeń ogona mogą być również obliczone w sposób przedstawiony powyżej. W tym celu można pobrać następujące próbki do oznaczenia poziomu hematokrytu, stężeń hormonów stresu, zapasów energii w mięśniach, aktywności enzymatycznej lub innych parametrów fizjologicznych.

swimming-performance-assessment-in-fishes

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Ten film opisuje test reotaksji u danio pręgowanego. Metoda polega na pomiarze zachowania orientacyjnego danio pręgowanego w odpowiedzi na różne natężenia przepływu wody pod wpływem różnych pól magnetycznych.

Test reotaksji danio pręgowanego: metoda pomiaru zachowania orientacji w odpowiedzi na różne natężenia przepływu wody

Opisujemy zestaw technik do badania spontanicznego zachowania swobodnie pływających ryb o słabo elektrycznym okresie czasu, poprzez synchroniczny pomiar czasu wyładowania elektrycznego zwierzęcia, pozycji ciała i postawy zarówno dokładnie, jak i niezawodnie w specjalnie zaprojektowanym zbiorniku akwariowym wewnątrz sensorycznej komory izolacyjnej.

Długoterminowe śledzenie behawioralne swobodnie pływających ryb o słabym natężeniu elektryczności

Mierzenie wpływu zanieczyszczeń środowiska na zachowanie ryb jest często subiektywne i trudne, szczególnie gdy mamy do czynienia z subletalnymi punktami końcowymi. Opisujemy metody, w tym technologię wideo, do ilościowego określania zachowania pływackiego jesiotra białego (Acipenser transmontanus) we wczesnym stadium życia podczas i po 96-godzinnej ostrej ekspozycji na różne stężenia miedzi.

Kwantyfikacja zachowań ryb podczas pływania w odpowiedzi na ostre narażenie na wodną zawartość miedzi przy użyciu wspomaganego komputerowo wideo i cyfrowej analizy obrazu

Ten manuskrypt opisuje przygotowanie, implementację i analizę śmiałości, agresji i ławicy u danio pręgowanego oraz testy na obecność zespołu behawioralnego. Ustandaryzowane podejście do kwantyfikacji behawioralnej pozwoli na łatwiejsze porównanie między badaniami. Modyfikacje tego protokołu są możliwe, ponieważ każdy test może być przeprowadzany indywidualnie.

Testy śmiałości, agresji i płycizny dla zespołów behawioralnych danio pręgowanego

Danio pręgowany to doskonały model do badania funkcji mięśni i chorób. Podczas wczesnej embriogenezy danio pręgowany rozpoczyna regularne skurcze mięśni, powodując rytmiczne zachowanie podczas pływania, które zmienia się, gdy mięsień jest zakłócony. W tym miejscu opisujemy reakcję wywołaną dotykiem i test lokomocji, aby zbadać wydajność pływania jako miarę funkcji mięśni.

Wykorzystanie reakcji wywołanej dotykiem i testów lokomocji do oceny wydajności i funkcji mięśni u danio pręgowanego

Opisujemy protokół behawioralny zaprojektowany do oceny, jak osobowość danio pręgowanego wpływa na ich reakcję na prądy wodne i słabe pola magnetyczne. Ryby o tych samych osobowościach są rozdzielane na podstawie ich zachowania eksploracyjnego. Następnie obserwuje się ich reotaktyczne zachowanie orientacyjne w tunelu pływackim o niskim natężeniu przepływu i w różnych warunkach magnetycznych.

Ocena wpływu osobowości na wrażliwość na pola magnetyczne u danio pręgowanego

W przeciwieństwie do pomiaru podczas swobodnego pływania, które stanowi nieodłączne wyzwanie i ograniczenia, określenie ważnych parametrów funkcji krążeniowo-oddechowych dla pływaków może być wykonane przy użyciu bardziej wykonalnego i łatwiejszego do zastosowania protokołu szybkiego przyrostu pływania na uwięzi z wymianą gazową i zbieraniem danych o wentylacji.

Szybko rozwijany maksymalny protokół pływania na uwięzi do oceny krążeniowo-oddechowej pływaków

Opisujemy protokół monitorowania zmian w aktywności neuronu doprowadzającego podczas poleceń motorycznych w modelowym systemie komórek rzęsatych kręgowców.

Aktywność neuronów aferentnych tylnej linii bocznej podczas pływania u danio pręgowanego

Zdolny do funkcjonalnego powrotu do zdrowia po urazie rdzenia kręgowego, dorosły danio pręgowany jest głównym modelowym systemem do wyjaśnienia wrodzonych mechanizmów regeneracji neuronów. Tutaj opisujemy testy wytrzymałości pływackiej i zachowania podczas pływania jako funkcjonalne odczyty regeneracji rdzenia kręgowego.

Ocena wytrzymałości pływackiej i zachowań związanych z pływaniem u dorosłych danio pręgowanego

Aparatura do ćwiczeń przeznaczona dla ryb, które mają mniej szczęścia, ułatwia realizację różnych protokołów ćwiczeń o różnej intensywności poprzez manipulowanie prędkością przepływu wody, osiągalną poprzez reotaksję.

Indukowany pływaniem przyrząd do ćwiczeń danio pręgowanego do wszechstronnego podejścia do treningu

Zadania preferencji społecznych wielokomorowych zostały dostosowane od szczurów do rybek zebra, ułatwiając badania nad zachowaniami społecznymi w organizmach modelowych. Ten protokół waliduje niskobudżetowe zadanie trójkomorowe z otwartym zbiornikiem przy użyciu kamer internetowych i oprogramowania open-source w celu zmierzenia preferencji społecznych rybek zebra, czyniąc je dostępnymi dla badań i nauczania na poziomie licencjackim.

Niedroga alternatywa do badania preferencji społecznych u Danio pręgowanego (Danio rerio) przy użyciu zadania wolnego pływania w trzykomorowym otwartym zbiorniku

Poznaj metodę oceny wydajności pływania ryb w respirometrze tunelowym z pomiarem poboru tlenu i analizą wideo. Technika ta pozwala badać fizjologię pływania i wydatki energetyczne w ekologii fizjologicznej.

Ocena wydajności pływania u ryb

Przeglądaj więcej filmów