В исследовании описан новый метод наблюдения температурных предпочтений у комаров. При этом способе комаров выпускают в трубку, которая соединена с двумя инкубаторами с независимо контролируемыми температурами. Таким образом, комарам разрешается свободно выбирать между двумя температурами, не нарушая их естественное поведение и механизм выражения этого выбора (например, полет).
В нашем первом репрезентативном эксперименте использовалась оптимальная температура комаров 27 °C в обеих камерах. Во время повторений этого эксперимента было замечено, что комары свободно летают между обеими клетками в течение всех 30 минут, и во всех репликах в каждой из двух камер было почти равное количество. Это подтвердило экспериментальное намерение позволить комарам свободно выбирать между клетками, демонстрируя при этом свое естественное поведение (полет). И наоборот, во втором репрезентативном эксперименте использовалась привлекательная оптимальная температура 27 °C в одной камере и неоптимальная и, следовательно, отталкивающая температура 30 °C во второй камере. Как и ожидалось, комары последовательно выбирали оптимальную температурную камеру при высокой значимости, даже когда мы меняли инкубаторы, чтобы избежать смещения.
Мы также протестировали установку для другого насекомого, D. melanogaster (плодовых мух), представляющего собой другой модельный организм эктотермы. Одна камера была установлена на оптимальную температуру D. melanogaster, 25 °C, а другая была установлена на 3 °C выше, 28 °C. Подобно комарам, плодовые мухи также предпочитали свою оптимальную температуру и избегали более теплой камеры. Это демонстрирует, что протокол подходит для целого ряда эктотерм.
Описание критических шагов в протоколе
Основным критическим шагом в протоколе является обращение с насекомыми, поскольку оно создает возможность побега насекомых. Это можно предотвратить, определив, что в используемых клетках нет отверстий, достаточно больших для побега, что резиновые ленты / кабельные стяжки, используемые для крепления сетчатых втулок к мосту, являются плотными и что крышка для отверстия для вставки насекомых на мосту надежно прикреплена и герметизирована.
Также крайне важно обеспечить, чтобы насекомые не убегали до или после эксперимента, особенно когда насекомые необходимы для экспериментов вниз по течению или более поздних временных точек для различных вариантов температуры. Это можно сделать, обезболивая насекомых перед помещением их в акриловый мост (используя лед для дрозофилы и CO2 для комаров) и выпуская CO2 в мост, чтобы сбить насекомых после экспериментов, до расчета. Использование CO2 идеально подходит для комаров, поскольку оно не повлияет на поведенческие результаты21. У мух воздействие CO2 может изменить их летное поведение23, поэтому рекомендуется использовать лед22.
Подсчет насекомых также является критическим шагом, чтобы убедиться, что количество насекомых одинаково до и после эксперимента для получения точных результатов. Для этого мы рекомендуем использовать ручку CO2 после завершения эксперимента, чтобы сбить насекомых, которые находятся в мосту. Это поможет переместить насекомых по обе стороны камеры, тем самым уменьшая количество беглецов. Мы также подчеркиваем в протоколе, что насекомые могут быть пойманы в рукава клеток во время разделения клеток; поэтому убедитесь, что они тщательно проверены во время подсчета.
Возможные модификации и устранение неисправностей техники
Основная трудность с этой техникой заключается в гибкой сетке рукавов клетки, что приводит к разрывам или укрытиям и, следовательно, к побегу насекомых или ловушке. Есть некоторые потенциальные модификации, если это необходимо, для улучшения техники. Мы предлагаем использовать две или более резинки, чтобы обеспечить правильное закрепление моста между камерами, не оставляя потенциального пространства для насекомых (свободная сетка создает укрытие для насекомых). Мы также советуем с особой осторожностью натягивать сетчатую втулку, как описано в шаге 2.6, при сборке аппарата.
Инкубаторы малого форм-фактора обычно только нагреваются (т.е. не имеют активного охлаждения), как это было в случае с инкубаторами, используемыми здесь. Следовательно, использование температур вокруг или ниже температуры окружающей среды в помещении потребует проведения эксперимента в холодной камере, чтобы гарантировать, что температуры, установленные для инкубаторов, будут настолько низкими, насколько это необходимо.
Кроме того, эта установка также может быть использована для BSL 3, где необходим шкаф биобезопасности третьего класса (бардачок). В этом случае бардачок должен быть достаточно большим, чтобы вместить весь аппарат. Эксперимент, описанный в этом протоколе, идеально подходит для экспериментов в бардачке, потому что все необходимое будет содержаться в перчаточном ящике и, что важно, возможность побега насекомых минимальна.
Наконец, в инкубаторах достаточно места, чтобы добавить внешний свет или источник влажности, не влияя на насекомых в клетках. В зависимости от вида насекомых или экспериментальной конструкции светодиодная лампа толщиной 1 см может быть легко размещена поверх клетки внутри одного или обоих инкубаторов. Предоставление света обоим и выбор температуры может быть более реалистичным протоколом для некоторых фоточувствительных экспериментальных конструкций, или только обеспечение света (или влажности) в одной камере является возможной модификацией протокола для оценки выбора света / влажности.
Преимущества данного метода в контексте анализа температурных предпочтений с двойным выбором
Метод, описанный здесь, представляет собой альтернативу традиционному методу градиента температуры, описанному в предыдущих исследованиях 10,13,14,16. В большинстве этих исследований используется большой горизонтальный алюминиевый блок с тепловым градиентом, при этом механизм генерации этого градиента варьируется, включая нагревательные/охлаждающие блоки, водяные бани и т.д. В этих случаях градиент температуры создается на поверхности алюминиевого блока (а не температура воздуха в клетке). Следовательно, большинство (но не все) альтернативные методы ограничивают способность насекомых к полету больше, чем этот протокол. Здесь насекомые могут относительно свободно летать между клетками, что позволяет более реалистично выражать естественное поведение в выборе. Можно было бы даже масштабировать этот экспериментальный аппарат, используя большие клетки и инкубаторы, например, для более крупных насекомых.
В дополнение к естественному преимуществу поведения, мы также демонстрируем очень высокую однородность температуры в двух камерах, что позволяет легко оценивать и четко выбирать две большие одиночные температурные камеры. Использование двоичной конструкции большой камеры, такой как эта, может уменьшить шум в данных, где, например, на градиентном устройстве, любое случайное движение насекомых изменит положение на градиенте и, следовательно, их воспринимаемые температурные предпочтения.
Техника, описанная здесь, также очень проста и недорога. Этот метод не нуждается в дополнительных приборах для установки температуры (например, водяная баня10 и / или конфорка 11,12,13,14,15), никакого специального оборудования, кроме разрезанной акриловой трубки и просверленных отверстий, и никакой камеры18,19 или сложного программного обеспечения19 для анализа. Такие компоненты, используемые в других методах, могут быть дорогостоящими и/или требовать значительных знаний и испытаний для начала экспериментов.
Этот метод также может быть воспроизведен с различными устройствами, которые используют батареи, если нет внешнего источника питания, что делает систему идеальной для проведения экспериментов в полевых условиях. Кроме того, тот же аппарат может быть слегка модифицирован для изучения других ситуаций предпочтения бинарного выбора, таких как свет против темноты, высокая / низкая влажность и т. Д., Либо в лаборатории, либо в полевых условиях.
Полноразмерное устройство в протоколе значительно меньше, чем настройки градиента температуры, что позволяет легче помещаться внутрь перчаточного ящика BSL 3, как описано выше. Кроме того, насекомых легче содержать, так как они могут быть сбиты с ног CO2 в конце эксперимента, а клетки могут быть быстро запечатаны после отделения от моста. Эти преимущества защитной оболочки идеально подходят для работы BSL 3.
Однако мы признаем, что наш аппарат допускает только двоичное решение, а не свободный выбор вдоль градиента, что, в зависимости от приложения, может потребовать дополнительных запусков для определения оптимальных температур.