Summary
Ryggradslösa djur visar en autonom sympatisk-liknande reaktion liknande den som beskrivs för ryggradsdjur. Samordningen av hjärt-kärlsjukdomar och ventilationsstöd system möjliggör mätning av ett biologiskt index på sig att bedöma en organism inre tillstånd.
Abstract
Den rädsla, flykt eller kamp svar fungerar som den grundläggande fysiologiska grunden för att pröva en organisms medvetenhet om dess miljö under en förestående rovdjur attack. Även om det inte är känt om ryggradslösa djur besitter ett autonoma nervsystemet som är identisk med ryggradsdjur, visar belägg för ryggradslösa djur har en sympatisk-liknande reaktion för att reglera den inre miljön och redo organismen att agera beteendemässigt till en viss stimuli. Dessutom kan denna fysiologiska svaret vara rimligen mätas och den fungerar som ett biologiskt index för djurets interna tillstånd. Mätningar av fysiologiska svaret direkt kan relateras till interna och externa stressorer genom förändringar i centrala nervsystemet kontrollerad samordning av hjärt-kärlsjukdomar och respiratoriska systemen. Mer specifikt, övervakning hjärt-och ventilationssystem ger mätbara mått på stress inte alltid beteendemässigt observerats. Kräftor är bra modellorganismer för hjärt-och andningshjälp mätningar tack vare att det är möjligt att spela in, liksom den rika historien kända av morfologi av kräftor, som går tillbaka till Huxley 1888 och den väl studerade typiska beteenden.
Protocol
Inledning
Organismer måste uppvisa ett brett spektrum av beteenden för att svara på hotfulla stimuli och förändringar i miljön. Det autonoma responsen är väl studerat hos ryggradsdjur som kampen eller flykt svar där det sympatiska nervsystemet fysiologiskt förbereder den inre miljön (Carpenter, 1976;. Nicholls et al, 2001). Det är genom fysiologiska förändringar som en organism kan reglera stress och ändra beteende att reagera på en förestående attack eller miljöförändringar. Bevis för att hjärt-kärlsystemet är tätt samman med andningssystemet vilket möjliggör den inre miljön för att reagera och att vidta ett svar. Det är väl känt att autonom kontroll av andnings-och kardiovaskulära systemen kan reglera syre tillgänglighet och näringsämnen till specifika målvävnader som behövs för en förestående beteendemässiga svar.
I ryggradsdjur, är det autonoma och fysiologiska respons så väl utvecklats, verkar det troligt att komplexa ryggradslösa liknande skulle ha en utvecklad reaktion (Schapker et al, 2002;. Zavarzin, 1941). Även om ryggradsdjur och ryggradslösa djur är mycket olika systematiskt, högt utvecklad ryggradslösa kräver snabba kardiovaskulära och respiratoriska svaret att reagera i en kamp eller flykt sätt. För många ryggradslösa djur, kan en sympatisk-liknande fysiologiska reaktioner kvantifieras. Med anor från 1927, har många av de mycket tidiga studier har utförts på ryggradslösa djur, särskilt med användning av leddjur i allmänhet (Alexandrowicz, 1932, Orlov, 1927, Zavarzin, 1941).
Kräftor är kända för att uppvisa ett brett utbud av snabba beteenden samt förmåga att bedöma och reagera på stimuli från omgivningen. Mycket tidigt studier har noterat en sympatisk-liknande reaktion av en omedelbar och snabb reaktion försvar poserande (Bethe, 1897, Huxley, 1880; Shuranova et al, 2006;. Wiersma, 1961). Den vuxna kräftor hjärtat är neurogen sedan beat och rytm styrs av det centrala nervsystemet (Alexandrowicz, 1932, Yamagishi och Hirose, 1997;. Yamagishi et al, 1997; Wilkens, 1999). Rutinmässigt, ger mått på ett djurs hjärtfrekvens (HR) ett direkt mått på retbarhet och beredskap den inre miljön. I kräftor, är en ökning av HR-noterade under försvaret poserande när du presenteras med en upplevd hotfull stimulus (Listerman et al., 2000). Denna typ av nervsystemet svar var också visas i taggig hummer (Yazawa och Katsuyama, 2001).
Det ventilationsstöd Systemet är också neuronally styrs med en ventilationsstöd central mönsterritare (VPG) som ansvarar för syreupptagningsförmågan över gälarna genom pumpning påverkan av två specialiserade bihang kallas scaphognathites (Mendelson, 1971). En enda scaphognathite bosatt i varje GÄL-kammare på den främre ändarna och drar vatten över gälarna genom en rytmisk rörelse (Pasztor, 1968). Den VPG, som med hjärtat, kan moduleras av många faktorer. Tidigare arbete i krabba, visar Cancer magister hjärt-och ventilationsstöd rytm kan ändras genom central styrning genom kommando nervceller (Wilkens et al., 1974). Dessutom är aktivitet VPG kända för att förändras med förändringar i den inre respons och med sociala interaktioner eller miljöförändringar i kräftdjur (Burmistrov och Shuranova, 1996, Cuadras, 1979, 1980, Li et al, 2000;. Listerman et al. , 2000, McMahon och Wilkens, 1983; Schapker et al, 2002;. Shuranova et al, 2002;. Wilkens, 1976). Som framgår av kräftor kan ventileras aktivitet (VR) varierar beroende på interna tillstånd och förändringar i VR kan registreras vid oväntade yttre stimuli (Shuranova et al, 1993;. Shuranova et al, 2002.).
På grund av tillförlitlighet och genomförbarhet HR och VR åtgärder, framtida frågor som bör ställas är oändliga. Som tidigare nämnts har arbetet gjorts för att undersöka det autonoma svar under socialt samspel och miljöstörningar. Intressant nog finns många områden kvar att utforska, såsom granskning av den autonoma svar under naturliga hormonella förändringar och / eller andra fysiologiska processer som sker i organismen. Möjliga framtida inriktningar får också undersöka sympatiska-liknande reaktioner under parning och lukt kemiska mottagning. Viktigast av allt, kan fysiologiska reaktioner ger större inblick i en organism svar på miljön jämfört med observationer om beteende hos Eftersom djur inte alltid reagerar beteendemässigt när de iordningställande själva internt. Således ger fysiologiska mätningen ett biologiskt index för att bedöma en organisms inre tillstånd som kan förklara övergripande förändringar i en organism.
Metoder
Innan du börjar att koppla ett kräftor, är förberedelse av ledningar krävs. Klipp två isolerade tråd av rostfritt stål (diameter 0,005 inches och med beläggning 0,008 inches, AM Systems, Carlsburg, WA) tillräckligt länge för att infoga i kräftor och adekvat nå en impedans detektor (UFI, modell 2991). Ta bort isoleringen (~ 0,5 mm) i en brand på ändarna av såväl ledare som kommer att införas i ryggskölden. Var noga med att inte ta för mycket isolering som en skalad kabel på utsidan av djuret skall övermålas för att förhindra kortslutning impedans inspelningar. Sedan, med hjälp av tång böja brände ändarna av trådarna i en 90 vinkel för placering i ryggskölden. Se till att infogas delen av kabeln inte är för lång eftersom det kan göra skada på inre organ. För möjligheten att sätta in kablarna i ett plaströr (som skyddar trådar), är det bäst att löst Tvinna ihop. Om inspelningen hjärt-och ventilation, upprepa stegen ovan en andra gång och de två kablar kan vara löst flätade tillsammans innan placering i plaströr. Var noga med att utse de ledningar för hjärtat och ventilation takt för att inte förvirra som trådar fäster som impedans detektor för inspelning. Det är bäst att märka kablar eller skära ett par kortare än det andra i början.
Att rimligen och säkert koppla kräftor, är det bäst att linda klor och ben (lämnar tillbaka och en sida som exponeras) i våt trasa eller hushållspapper för att eliminera skador på person och / eller kräftor (figur 1).
Figur 1. Inslagning av chelipeds och ben av kräftor. Inslagning av kräftor i en blöt pappershandduk kommer att förhindra skada på person och kräftor. Förpackningen kommer att hindra möjligheten för kräftorna att flytta chelipeds och ben.
Till att börja ledningarna processen är det bäst att börja i den gäl kammaren sedan ryggskölden tjocklek varierar med varje kräftor och överflödig kraft kan orsaka skador på inre organ, således med början i gäl kammaren, är överdrivet tryck mindre troligt att döda kräftor som jämfört med bröstkorg kammaren. Det första hålet är gjord med hjälp av en fin spets skalpell och precis stort nog för en kabel som ska läggas under nagelbanden i rostralt område av gäl kammare (dvs prebranchial kammaren att övervaka andningsstöd kurs;. Schapker et al, 2002). Ett stort hål har alltför hemolymph förlust och kommer inte att täta ordentligt och detta kommer att öka sannolikheten för att kablarna inte kvar i avsett hål. När kabeln är på plats, släpp en liten mängd lim (cyanoakrylat ester) och accelerator (HobbyTown USA, Lexington, KY) på kabeln. Användningen av snabbtorkande lim minskar hantera stress hos djuren. Var noga med att bara sätta en liten mängd accelerator på nagelbanden eftersom det är toxiskt för kräftor och kommer att orsaka dödsfall. Det är bäst att omedelbart torka eventuellt överskott accelerator av med hushållspapper. Upprepa stegen för den andra kabeln i gäl kammaren. Dessa två kablar är placerade spänner över scaphognathite (andningsorganen) för att försäkra en stark korrekt impedans mått under varje scaphognathite rörelse (figur 2). Att få en korrekt inspelning vara säker på att den andra tråden inte är placerad utanför gälar kammaren och in i bröstkorg kammaren.
Figur 2. Placering av tråd av rostfritt stål i gäl kammaren. Den vita prickar på ryggskölden representerar poäng för tråd av rostfritt stål som placeras under nagelbanden. Ledningarna spänner över scaphognathite och mäta rörelse genom dynamiska impedans.
Stegen för kabeldragning puls i bröst-kammaren är samma som ovan förutom att kablarna är placerade under ryggfenan ryggskölden direkt över hjärtat och spänner hjärtat i en rostralt-caudal arrangemang (Figur 3). Denna placering kommer att säkerställa en stark korrekt impedans mått under varje hjärta sammandragning (Listerman et al., 2001).
Figur 3. Placering av tråd av rostfritt stål i bröstkorg kammaren. Den vita prickar på ryggskölden representerar poäng för tråd av rostfritt stål som placeras under nagelbanden. Ledningarna span hjärtat i en rostralt-caudal arrangemang. Detta kommer att möjliggöra åtgärder för hjärt kontraktion genom dynamiska impedans.
När placering av alla fyra trådar är klar, blanda en Snabblim (Eastman, 5-min torkning epoxy) och täck hålen för varje plats samt ledningar. När ledningar och hål borras täcks, använda återstående epoxi för att hålla plastslang till baksidan av kräftor. Detta kommer att säkerställa att ledningarna inte kommer att dras ut ur hålen i framtiden handlings. Eftersom epoxin tar några minuter att torka, håll eller placera kräftor i ett kärl utan vatten tills epoxin inte längre är klibbigt vid beröring. När epoxi är torr, tvätta kräftor i vatten för att avlägsna överskott av kemikalier och placera dem tillbaka in i en vattenmiljö. För att säkerställa hälsa kräftor, är det bäst att byta vatten i ca en timme att ta bort eventuella kemikalier som inte tidigare tagits bort. Som noterats från tidigare utredare, fann vi att långvarig hantering förändrar fysiologiska mätningar på grund av stress för en tid under 24 timmar till 3 dagar (Wilkens et al, 1985.), Och därför bör djuren vara kvar för 2 till 3 dagar innan experiment .
För att spela in EKG, anslut kablarna från kräftor till impedans detektorer. De två kablarna som spänner över hjärtat (åtgärd HR) ska kopplas till en enda impedans detektor och lika för de två kablarna som spänner över scaphognathite (åtgärd VR). Impedansen Detektorn mäter dynamiskt motstånd mellan två rostfria ståltrådar. Dessa signaler är inspelade genom att ansluta detektorn on-line till en PowerLab via ett PowerLab/4SP gränssnitt (AD instrument). Alla händelser mäts och kalibreras med PowerLab Chart version 5.5.6 (AD Instrument, Australien). Till att börja ställa in ett förvärv vid 4 kHz. Den stora nedböjningar kommer att representera hjärtslag och ventilation takt. För att underlätta i att räkna varje HR / VR, en utjämning funktion kan tillämpas på datamängden. Om 100 poäng skulle jämnas (dvs i genomsnitt) den resulterande spår kommer skildra bara hjärtslag. Den hjärtfrekvens kan bestämmas genom direkt räkningar av varje slag över 10-s mellanrum och sedan konverteras till slag per minut (BPM).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Scalpel | Stainless steel surgical blades No. 11 for No. 3 handle | ||
| Stainless steel wire | A-M Systems, Carlsburg, WA | diameter 0.005 inches with the coating 0.008 inches | |
| Impedance detector | UFI | model 2991 | |
| Plastic tubing | Cole-Parmer | Tygon Tubing ID .0812, OD .1492 | |
| Fast-drying glue (cyanoacrylate ester) | HobbyTown USA, Lexington, KY | ||
| Accelerator | HobbyTown USA, Lexington, KY | ||
| Adhesive | Eastman | 5-min drying epoxy | |
| PowerLab via a PowerLab/4SP interface |  ADInstruments |
||
| PowerLab Chart | AD Instruments, Australia |
software version 5.5.6 | |
| PowerLab Chart | AD Instruments, Australia |
software version 3.5.6 |
References
- Alexandrowicz, J. S. The innervation of the heart of Crustacea. I. Decapoda. Wuart. J. Microsc. Sci. 75, 181-249 (1932).
- Bethe, A. Vergleichende Untersuchungen uber die Funtionen des Zentrainervensystems der Arthropoden. Pfluger s Arch. Ges. Physiol. 68, 449-545 (1897).
- Burmistrov, Y. M., Shuranova, Z. P. Russian Contributions to Invertebrate Behavior. Abramson, C. I., Shuranova, Z. P., Burmistrov, Y. M. , Praeger. Westport, Connecticut. 111-144 (1996).
- Carpenter, M. B. The autonomic nervous system. Human Neuroanatomy. , 7th ed, The William & Wilkins Co. Baltimore, MD. 191-212 (1976).
- Cuadras, J. Heart rate and agonistic behavior in unrestrained crabs. Mar. Behav. Physiol. 6, 189-196 (1979).
- Cuadras, J. Cardiac responses to visual detection of movement, mechanostimulation and cheliped improsed movement in hermit crabs. Comp. Biochem. Physiol. A. 66, 113-1171 (1980).
- Huxley, T. H. The Crayfish: An introduction to the study of zoology. , MIT Press. Cambridge, MA. (1977).
- Li, H., Listerman, L. R., Doshi, D., Cooper, R. L. Use of heart rate to measure intrinsic state of blind cave crayfish during social interactions. Comp. Bichem. Physiol. 127A, 55-70 (2000).
- Listerman, L. R., Deskins, J., Bradacs, H., Cooper, R. L. Heart rate within male crayfish: social interactions and effects of 5-HT. Comp. Biochem. Physiol. 125, 251-263 (2000).
- McMahon, B. R., Wilkens, J. L. Ventilation, perfusion and oxygen uptake. Biology of Crustacea. Mantel, L., Bliss, D. 6, Academic Press. New York. 289-372 (1983).
- Mendelson, M. Oscillator neurons in crustacean ganglia. Science. 171, 1170-1173 (1971).
- Nicholls, J. G., Martin, A. R., Wallace, B. G., Fuchs, P. A. From Neuron to Brain. , Sinauer Assoc. Sunderland, MA, USA. 315-317 (2001).
- Orlov, Y. Das Magenganglion des Fluβkrebses, Ein Beitrag zur vergleichenden Histologis des sympathischen Nervensystem. Z. Mikrosk. Anat. Forschung. 8, 67-102 (1927).
- Pasztor, V. M. The neurophysiology of respiration in decapod Crustacea: The motor system. Can. J. Zool. 46, 585-596 (1968).
- Schapker, H., Breithaupt, T., Shuranova, Z., Burmistrov, Y., Cooper, R. L. Heart rate and ventilatory correlative measures in crayfish during environmental disturbances and social interactions. Comp. Biochem. Physiol., A. 131, 397-407 (2002).
- Shuranova, Z. P., Vekhov, A. V., Burmistrov, Y. M. The behavioral reactions of fresh-water crayfish to sensory exposures: the autonomic components. Zh. Vyssh Nerv. Deiat Im I P Pavlova. 43, 1159-1169 (1993).
- Shuranova, Z. P., Burmistrov, Y. M. Ventilatory activity in free moving crayfish is indicative of its functional state and perceiving external stimuli. The Crustacean Nervous System. Wiese, K. , Springer. Berlin. 526-535 (2002).
- Shuranova, Z. P., Burmistrov, Y. M., Strawn, J. R., Cooper, R. L. Evidence for an autonomic nervous system in decapod crustaceans. Inter. J. Zool. Res. 2, 242-283 (2006).
- Wiersma, C. A. G. Reflexes and the central nervous system. The physiology of Crustacea, vol II, Sense organs, integration, and behavior. , Academic Press. New York. 241-279 (1961).
- Wilkens, J. L. Neuronal control of respiration in decapod Crustacea. Fed. Fed. Proc. 35, 2000-2006 (1976).
- Wilkens, J. L., Wilkens, L. A. Central control of cardiac and scaphognathite pacemakers in the crab Cancer magister. J. Comp. Physiol. 90, 89-104 (1974).
- Wilkens, J. L. The control of cardiac rhythmicity and of blood distribution in crustaceans. Comp. Biochem. Physiol. A. 124, 531-538 (1999).
- Yamagishi, H., Ando, H., Makioka, T. Myogenic heartbeat in the primitive crustacean Triops longicaudatus. Biol. Bull. 193, 350-358 (1997).
- Yazawa, T., Katsuyama, T. Spontaneous and repetitive cardiac slowdown in the freely moving spiny lobster, Panulirus japonicas. J. Comp. Physiol. 187, 817-824 (2001).
- Zavarzin, A. A. Ocherki po evol utsionnoj gistologii nervnoj sistemy (Essays on the evolutionary histology of the nervous system). Zavarzin, A. A., Izbrannye, T. III, Izdatel stvo AN SSSR. Moskva-Leningrad. (1950).
