Ustandaryzowany protokół testowania preferencji w celu oceny dobrostanu ryb
22 lutego 2020
Podstawowym aspektem oceny dobrostanu zwierząt w niewoli jest pytanie, czy zwierzęta mają to, czego chcą. W tym miejscu przedstawiamy protokół określający preferencje mieszkaniowe u danio pręgowanego (Danio rerio) w odniesieniu do obecności/braku wzbogacenia środowiska i dostępu do płynącej wody.
Protokół ten pozwala nam lepiej zrozumieć, czego chcą ryby, przyglądając się wyborom, których dokonują w odniesieniu do preferencji siedliskowych, co ma fundamentalne znaczenie dla ich dobrostanu. Protokół ten można łatwo dostosować, aby przyjrzeć się różnym czynnikom środowiskowym, w tym żwirowi i piaszczystemu podłożu, żywym roślinom w porównaniu z plastikiem, a nawet różnym gatunkom wodnym. Aby ustawić aparat preferencji, użyj eksperymentalnego zbiornika wykonanego z nieprzezroczystego białego tworzywa sztucznego, podzielonego na cztery strefy ze ściankami wykonanymi z akrylu, przymocowanymi za pomocą uszczelniacza silikonowego.
W każdej strefie należy umieścić odpowiednie materiały wzbogacające zgodnie z określonymi parametrami siedliska, które mają być badane. Na przykład uwzględnij piaszczyste i skaliste podłoża, sztuczne rośliny kontra schronienia lub przepływ wody kontra sztuczne rośliny. Jeśli przepływ wody ma być używany jako interesujący parametr, należy umieścić małe pompy, aby dostarczać strumienie wody do zbiornika i ustawić pompy na określoną prędkość, tak aby zapewniały stały i ukierunkowany przepływ wody w oparciu o ekologię i historię życia interesującego gatunku.
W środku eksperymentalnego zbiornika znajduje się centralna arena, do której będzie dostarczane jedzenie. Dostęp do Areny Centralnej z każdej strefy powinien odbywać się przez mały otwór w ścianach oddzielających, który jest wystarczająco duży, aby interesujące go gatunki mogły bez przeszkód przemieszczać się między strefami, ale wystarczająco mały, aby zmniejszyć wszelkie wizualne sygnały, których ryby mogą doświadczyć z innych stref. Umieścić biofiltr i grzałkę w każdym rogu zbiornika poza obszarem doświadczalnym, tak aby nie zakłócać przepływu wody i zapewnić stałą temperaturę wody we wszystkich strefach.
Ustaw wszelkie dodatkowe zbiorniki eksperymentalne zgodnie z warunkami przestrzennymi, upewniając się, że wszystkie replikowane zbiorniki mają jednolite warunki. Umieść kamery na statywach, bezpośrednio nad każdym zbiornikiem eksperymentalnym, tak aby wszystkie strefy były widoczne. Po upewnieniu się, że na kartach pamięci jest wystarczająco dużo miejsca do nagrywania, ustaw oświetlenie w pomieszczeniu na stopniowy 12-godzinny cykl światła/ciemności, aby symulować wschód i zachód słońca.
I ustaw temperaturę wody na 25, plus minus jeden stopień Celsjusza. Trzymaj ryby w domowych zbiornikach, gdy nie są testowane. W dniu eksperymentu użyj dwóch sieci, aby szybko złapać wszystkie badane ryby z ich domowych zbiorników i umieść je na Centralnej Arenie zbiornika eksperymentalnego w ciągu 30 sekund od złapania.
W dniach od pierwszego do czwartego ryby spędzą czas na aklimatyzacji i eksploracji różnych stref. W tych dniach nie zbieraj danych. Podczas aklimatyzacji przeprowadzaj regularne badania jakości wody, wymieniając wodę w przypadku wykrycia jakichkolwiek problemów.
Aby nakarmić ryby, użyj pływającego pierścienia pokarmowego, przymocowanego do ściany Areny Centralnej na powierzchni wody, aby dostarczyć rybom płatki pokarmu dla ryb. Po 30 minutach dostępu ad libitum użyj siatki zanurzeniowej, aby usunąć resztki jedzenia ze zbiornika. W dniach od piątego do siódmego włącz kamery i rejestruj zachowania ryb przez dwie godziny po każdym zaplanowanym porannym i popołudniowym karmieniu.
Ósmego dnia użyj siatki zanurzeniowej, aby przenieść wszystkie ryby z powrotem do ich domowych zbiorników. W zależności od tego, ile wody w zbiorniku ściekowym jest dostępne, zastąp co najmniej jedną trzecią wody w zbiorniku doświadczalnym świeżą wodą z miski olejowej, aby zmniejszyć wpływ hormonów stresu na ryby i kolejne powtórzenia. Następnie ustaw zbiorniki doświadczalne zgodnie z harmonogramem rotacji stref na ten tydzień i rozpocznij proces testowania z nową partią ryb.
Pod koniec każdego dnia nagrywania pobierz filmy na komputer. Za pomocą oprogramowania wideo można ręcznie policzyć liczbę ryb w każdej strefie, w odstępach pięciominutowych, w każdym dwugodzinnym okresie nagrywania. Aby przeanalizować preferencje siedliskowe, oblicz średnią liczbę ryb w strefie dla każdego zbiornika repliki.
Aby uzyskać wynik preferencji dla użycia struktury, oblicz indeks preferencji Jacobsa, korzystając ze wzoru, jak wskazano. Załóżmy, że ryba weszła do strefy, gdy całe ciało ryby przechodzi przez otwór między strefami. Aby określić, czy zaszły jakiekolwiek zmiany w szybkości, z jaką ryby zmieniają się między strefami w okresie obserwacji, należy obliczyć liczbę wejść ryb do każdej strefy z Areny Centralnej, podzieloną przez całkowitą liczbę ryb w ciągu pierwszych i ostatnich pięciu minut każdego okresu obserwacji.
I oblicz początkową i końcową średnią szybkość przełączania dla każdego powtórzonego zbiornika. Korzystając z oprogramowania statystycznego, przeprowadź odpowiednią analizę statystyczną, taką jak jednoczynnikowa analiza ANOVA, z indeksem preferencji jako zmienną zależną i strefą jako zmienną predykcyjną, a także sparowany test t dotyczący początkowej i końcowej średniej szybkości przełączania dla każdego zbiornika. Aby porównać każdą strefę z każdą inną strefą, zastosuj test post-hoc wielokrotnego porównania Tukeya.
W tym reprezentatywnym eksperymencie danio pręgowany wykazał najwyższą preferencję dla strefy wzbogaconej i przepływowej oraz unikał stref tylko przepływu i równin, spędzając więcej czasu na arenie centralnej. Ponadto danio pręgowany przemieszczał się między różnymi strefami siedliskowymi częściej na początku okresu obserwacji niż na jego końcu. Bardzo ważne jest, aby w replikowanych zbiornikach utrzymywane były jednolite warunki, takie jak hałas zewnętrzny, ruch, skład chemiczny wody lub poziom światła.
Testowanie preferencji obejmuje próbę zrozumienia, w jaki sposób różne aspekty wzbogacenia środowiska wpływają na decyzje jednostki. Ale jest również przydatny do porównawczych badań wzbogacania środowiska.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten protokół dostarcza informacji na temat preferencji środowiskowych danioli pręgowanej (Danio rerio), koncentrując się na ich dobrostanie w niewoli. Oceniana jest ich preferencja dotycząca wzbogacania środowiska i przepływu wody, co pozwala naukowcom lepiej zrozumieć ich potrzeby.
Kluczowe komponenty badania
Obszar nauki
- Dobrostan zwierząt
- Ekologia behawioralna
- Wzbogacanie środowiska
Tło
- Rozumienie preferencji zwierząt jest kluczowe dla ich dobrostanu.
- Daniole pręgowane są powszechnie używane w badaniach behawioralnych.
- Czynniki środowiskowe mogą znacząco wpływać na zachowanie ryb.
- Oceny preferencji mogą przewodzić lepszym warunkom trzymania.
Cel badania
- Określenie preferencji trzymania danioli pręgowanej.
- Ocena wpływu wzbogacania środowiska.
- Ocena znaczenia przepływu wody w selekcji siedliska.
Zastosowane metody
- Eksperymentalne ustawienia zbiornika z czterema strefami.
- Zastosowanie nieprzeźroczystych ścianek z tworzyw sztucznych i akrylu dla separacji.
- Uwzględnienie różnorodnych parametrów siedliska do testów.
- Zastosowanie przepływu wody za pomocą małych pomp.
Główne wyniki
- Preferencje ryb mogą być sprecyzowane poprzez zachowanie wyborcze.
- Różne podłoża i rodzaje wzbogacania wpływają na selekcję siedliska.
- Przepływ wody jest znaczącym czynnikiem w preferencjach danioli pręgowanej.
- Wyniki mogą poprawić praktyki opieki nad zwierzętami w niewoli.
Wnioski
- Rozumienie preferencji siedliskowych poprawia dobrostan zwierząt.
- Wzbogacanie środowiska jest niezbędne dla danioli pręgowanej w niewoli.
- Przyszłe badania mogą dostosować ten protokół dla innych gatunków.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Assessing habitat preference in aquatic models supports target validation by revealing biologically relevant environmental conditions that influence behavior and physiology. This method enables mechanistic de-risking in preclinical models by identifying enrichment factors that reduce stress-induced variability. Standardized preference testing improves translational continuity between discovery and preclinical stages through reproducible, welfare-informed model systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through environmentally modulated behavioral phenotypes.
- Operational Value: Supports biological de-risking by identifying habitat conditions that normalize zebrafish behavior.
- Predictive Value: Enhances target confidence by linking environmental enrichment to measurable changes in neural and behavioral endpoints.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream screening by establishing stable, preference-optimized housing conditions.
- Reproducibility: Addresses inter-tank variability through Jacob's preference index quantification and environmental standardization.
- Scalability: Enables platform reuse across aquatic species via adaptable zone-based enrichment testing.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Promotes continuity from discovery to preclinical validation by aligning model environments with species-specific life history needs.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by identifying enrichment protocols that reduce confounding stress responses in behavioral assays.
- Biomarker Alignment: Facilitates translational biomarker discovery through welfare-optimized models that reflect naturalistic behavioral repertoires.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery biology workflows by informing housing standards that reduce noise in phenotypic screening and improve data reliability across replicate studies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling systematic evaluation of environmental variables that influence zebrafish behavior and stress physiology.
- Screening: Describes assay readiness through preference-optimized zones that standardize baseline behavior prior to compound exposure.
- Analytics: Highlights Jacob's preference index as a quantitative output for comparing environmental conditions and guiding model refinement.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by ensuring model systems reflect species-appropriate environmental complexity.
- Enterprise Reuse: Frames the protocol as a reusable capability for optimizing aquatic model systems across multiple discovery campaigns.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through reduction of mechanistic ambiguity in behaviorally mediated phenotypes.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via zone rotation, environmental controls, and blinded video analysis.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions by minimizing welfare-related variability that obscures drug effects.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization through welfare-informed model selection that enhances data validity.
Implementation Considerations
- Required expertise in zebrafish husbandry, behavioral observation, and environmental enrichment design.
- Instrumentation needs include opaque tanks, acrylic dividers, pumps for flow control, overhead cameras, and video tracking software.
- Cross-team standardization requires shared protocols for zone setup, feeding schedules, acclimation periods, and water quality monitoring.
- Adaptation considerations include substrate type, plant enrichment, flow velocity, and species-specific opening sizes for zone transitions.
- Practical limitations include the need for manual video scoring and potential observer bias without automated tracking validation.
