Тренажер для рыбок данио-рерио, вызванный плаванием, для универсальных подходов к тренировкам

В исследованиях рыбок данио физические упражнения могут проводиться с использованием коммерчески доступных или изготовленных на заказ плавательных туннелей. В этой статье мы разработали высокопроизводительную и удобную для пользователя систему упражнений для рыбок данио, используя легкодоступные материалы. Настройка основана на реальном поведении рыбок данио-рерио при доступе.

Для проверки эффективности аппарата были использованы два протокола упражнений. Непрерывные тренировки умеренной интенсивности и высокоинтенсивные интервальные тренировки. Для мониторинга скорости потока воды, которую показывает датчик потока, мы используем Arduino Nano, ЖК-экран размером 16 на 2, сквозной резистор мощностью 10 килоОм мощностью в четверть ватта и потенциометр 10 килоом.

Соберите компоненты по предоставленной схеме. С помощью перфорированной платы паяльная проволока, паяльник, проволока и три перемычки с наружной резьбой. Загрузите предоставленный скетч Arduino с помощью соответствующего USB-кабеля через Arduino IDE.

Расход воды, время с момента последнего сброса в минутах и скорость воды отображаются на ЖК-экране. Чтобы собрать систему рециркуляции воды, используйте трубы из ПВХ длиной три четверти дюйма и соединители диаметром три четверти дюйма. Необходимо создать два выхода воды.

Первый будет выводить воду из основного потока обратно в водоем, а второй – направлять поток в район тренировки рыбы. Добавьте глобальный клапан для регулирования обратного потока. Добавьте верхний выпускной клапан для воды, чтобы регулировать поток воды в тренировочную зону.

Прикрепите Т-образное соединение к верхнему клапану. Обратите внимание, что необходимо добавить сачок внутри соединения возле клапана, чтобы предотвратить попадание рыбы в донную часть аппарата. В Т-образном соединении добавьте глобальный клапан, который будет служить воротами для входа и выхода рыбы из системы.

Подсоедините акриловую трубу к Т-образному соединителю. Далее прикрепите датчик расхода к акриловой трубе. Обратите внимание, что внутри трубы необходимо разместить сетку, чтобы предотвратить проход рыбы.

Подключите частично собранный аппарат к погружному насосу внутри резервуара для воды. Для поддержания рециркуляции воды необходимо подсоединить шланг к конечной части аппарата после датчика расхода. Наконец, подключите датчик расхода к монитору для контроля скорости потока воды.

Обратите внимание, что это разъемы, которые должны быть подключены в правильном порядке. Теперь он готов к использованию. Перед тем как добавить данио рерио в аппарат, необходимо настроить подачу.

Для этого сначала полностью откройте оба клапана регулирования потока, чтобы пузырьки могли выйти из системы, удерживая входной и выпускной клапаны для рыбы закрытыми. Далее отрегулируйте расход до максимальной скорости, примерно 0,6 метра в секунду. Это обеспечит большую точность регулировки потока с помощью верхнего клапана.

Поймайте рыбу, а затем закройте верхний клапан, чтобы остановить поток воды. Затем полностью откройте следующий клапан, который будет служить воротами для входа рыбы. Важно, чтобы отверстие клапана было направлено вверх.

Сразу после этого закройте впускной клапан и откройте клапан регулировки расхода. Есть возможность разместить небольшую группу, насчитывающую до шести рыбок, в которые следует вставить всех сразу. Чтобы вынуть рыбу, полностью закройте верхний клапан, поверните впускной выпускной клапан для рыбы, повернув его отверстие вниз.

Затем полностью откройте клапан. Используйте емкость для сбора рыбы, вместе с водой, которая будет течь под действием силы тяжести из аппарата. Наконец, закройте впускной выпускной клапан, чтобы остановить утечку воды.

Прежде чем применять протоколы упражнений, необходимо акклиматизировать животных к относительно низкой и постоянной скорости в течение не менее 60 минут в день в течение одной недели. Перед каждым занятием физической нагрузкой необходимо акклиматизировать животных в течение 10 минут. После периода акклиматизации Umax нужно определить, оценив максимальную скорость плавания против течения.

Для этого скорость течения будет увеличиваться на 0,02 метра в секунду, каждую минуту, пока рыба не достигнет истощения. Чтобы увеличить скорость, просто осторожно откройте верхний клапан, контролируя скорость через ЖК-дисплей. Подвергните рыбу принудительному плаванию против течения воды при 60% Umax, определенном в тесте на максимальную мощность, в течение 35 минут.

Обратите внимание, что в течение первых 10 минут рыба акклиматизируется до той же скорости, что и сидячая группа, 0,06 метра в секунду. Рыбы плавают против постоянного расхода воды, не достигая состояния физического истощения. Подвергайте рыб принудительному плаванию, чередуя скорости плавания.

Две минуты при 90% Umax, затем две минуты при 30% Umax, повторяются в течение 18 минут, девять циклов. Рыбы плавают против переменного потока воды, не достигая состояния физического истощения. Настройка была точной, что позволяло точно регулировать скорость потока.

Тем не менее, ошибка составляла около 30% при низкой скорости, 0,06 метра в секунду. Когда скорость была высокой, около 0,3 метра в секунду и 0,5 метра в секунду, частота ошибок составляла всего от трех до четырех процентов. Самые высокие скорости, достигнутые во время тренировки, составили 0,4 метра в секунду в сидячей группе, 0,44 метра в секунду в группе умеренной тренировки и 0,49 метра в секунду в группе высокой интенсивности в финальном испытании на выносливость.

Оба режима тренировок были разработаны для преодоления одного и того же расстояния, но протокол высокоинтенсивных тренировок привел к более быстрому улучшению производительности, о чем свидетельствует еженедельное увеличение Umax. Рыбы, подвергшиеся высокоинтенсивным тренировкам, улучшали свои результаты на 10% каждую неделю, в общей сложности около 30%. С другой стороны, рыбы, подвергшиеся умеренной тренировке, показали более медленный прогресс, с заметным увеличением Umax на 10% только на третьей неделе, и без дальнейшего улучшения на следующей неделе.

Эти результаты показывают, как выбор протоколов тренировок может по-разному влиять на физическую работоспособность рыбок данио. В этом исследовании мы создали новую экономически эффективную систему упражнений, вдохновленную существующими системами плавательных туннелей и лотков. Эта система позволяет тщательно проверять плавательные качества рыбок данио.

Мы определили Umax путем постепенного увеличения потока воды до тех пор, пока рыба не выдохлась, что характеризовалось тремя последовательными утомлениями или неспособностью продолжать плыть против течения. Эти результаты помогли нам разработать два протокола упражнений и подтвердить эффективность нашего аппарата для оценки физической работоспособности рыбок данио. Кроме того, эта компактная система универсальна, охватывает широкий диапазон скоростей потока воды и позволяет легко настраивать протоколы тренировок.