Zebra Balığı Rheotaxis Tahlil: Farklı Su Akış Hızlarına Yanıt Olarak Oryantasyon Davranışını Ölçme Yöntemi

Overview

Bu videoda zebra balığındaki romataxis tahlili açıklanmaktadır. Yöntem, zebra balıklarının farklı manyetik alanların etkisi altında farklı su akış hızlarına yanıt olarak oryantasyon davranışının ölçülen ölçümünü içerir.

Protocol

1.Tek Boyutlu Manyetik Alan Manipülasyonu ile Manyetik Alanın Kurulumu

1. Güç ünitesini aç (Şekil 1A).
2. Sarmal tüneli romataktik protokolün yapılacağı yere yerleştirin (bölüm 3) ancak yüzme cihazından bağlantısını kesin (Şekil 1A). Tünelin içine gauss/Teslametre ile bağlanmış bir manyetik prob yerleştirin ve tünelin ana ekseni boyunca seçilen manyetik alan değerini elde etmek için hangi voltajın gerekli olduğunu doğrulayın.
   NOT: Bir solenoidin manyetik özellikleri nedeniyle, alan tünelin içinde makul bir şekilde tekdüzedir; bu, probu hem yatay hem de dikey olarak yavaşça hareket ettirerek kontrol edilebilir.
3. Sondanın bağlantısını kesin ve akış tünelini yüzme cihazına bağlayın.
4. Romatik protokolle başlayın (bölüm 3).

2. Üç Boyutlu Manyetik Alan Manipülasyonu ile Manyetik Alanın Kurulması

1. CPU, DAC ve bobin sürücülerini açma (Şekil 1B).
2. Seçilen manyetik alanı üç eksenin her birinde (x, y ve z) ayarlayın.
3. Tüneli Helmholtz çiftler kümesinin ortasına yerleştirin.
4. Romatik protokolle başlayın (bölüm 3).

3. Zebra Balığı Rheotaxis'in Akış Odasında Testi

1. Yanları ve tabanı gizlenmiş 2 L'lik bir tank kullanarak bir ila beş balığı akış tüneline aktarın.
2. Pompayı açın ve tüneldeki debiyi 1,7 cm/sn olarak ayarlayın.
   NOT: Bu yavaş hareket eden su tüneldeki suyu oksijenli tutacak ve hayvanların geri kazanımını kolaylaştıracaktır.
3. Hayvanların 1 saat boyunca yüzme tüneline alışmasına izin verin.
4. Tüneldeki balıkların davranışlarının video kaydını başlatın.
   NOT: Uzaktan kumandalı (örneğin, Bluetooth) bir kamera (örneğin, Yi 4K Action) kullandık ve videoyu .mpg (30 kare/sn) olarak kaydettik.
5. Seçilen deneysel protokole göre akış hızının adım adım artmasına başlayın (bu çalışmada 1,3 cm/s; Şekil 2).
   NOT: Bu protokol için zebra balığı için 0 ila 2,8 BL (vücut uzunlukları)/s arasında değişen düşük akış hızları kullandık. Bu akış hızları, zebra balıklarında sürekli yönelimli yüzmeye neden olan daha düşük akış hızlarındadır (kritik yüzme hızının %3-15'i [U_crit]). Düşük akış hızlarının kullanımı (Brett'in protokolüne uyarak) su akımlarının varlığında bu türün spesifik davranış özellikleri ile bağlantılıdır. Zebra balıkları, odanın ana ekseni boyunca yüzme eğilimindedir, su akışı varlığında bile sık sık döner ve hem yukarı hem de aşağı akışta yüzme eğilimindedir. Bu davranış, hayvanlar sürekli olarak yukarı doğru yüzdüğünde (tam pozitif romatik yanıt) nispeten yüksek hızlarda (>8 BL/s) kaybolan su akış hızından etkilenir. Dikey ve transversal yer değiştirmeler çok nadirdir.
6. Morfometri odasındaki balık resimlerinde hayvanların morfometrisini (cinsiyet ve toplam uzunluk [TL], çatal uzunluğu [FL] veya BL) gerçekleştirin.
   1. Uygun resmi seçin.
   2. Resmi ImageJ'de açın.
   3. Hayvanın cinsiyetini not alın (erkek zebra balıkları incedir ve sarımsı olma eğilimindedir, dişiler ise daha yuvarlaktır ve mavi ve beyaz renklendirmelere sahip olma eğilimindedir).
   4. Çözümle > Ölçeği Ayarla'yı tıklatın ve tünelin tüm yatay uzunluğunu referans olarak kullanarak görüntünün ölçeğini santimetre cinsinden ayarlayın.
   5. Analiz Et > Ölçün'ü tıklatın ve hayvanın doğrusal uzunluğunu kaydedin.
   6. Vücut ağırlığını (BW) hesaplayın.
      NOT: BW, daha önce laboratuvarda veya meta verilerden oluşturulan sex-FL-BW ilişkilerinden hesaplanır. Tüm prosedür hayvanlar üzerinde manipülasyon stresini önler.

Representative Results

Şekil 1: Manyetik alan kontrolü için kurulum. (A) Tünel içindeki statik, yatay manyetik alanın indüksiyonu için yüzme tünelinin bir solenoid ile işlenmesi. Solenoid (0,83 dönüş/cm) bir güç ünitesine bağlıdır ve ±250 μT aralığında (dünyanın manyetik alan aralığını içeren yoğunluk aralığı) alanlar üretir. Sağ tarafta, yüzme cihazına bağlı solenoid tünelinin bir fotoğrafı gösterilir. Tünel akrilikten yapılmıştır ve su girişine yerleştirilmiş iki delikli akrilik plakaya sahiptir, bu da akışın laminar'a yakın olmasını garanti edilir. (B) Jeomanyetik yoğunluk aralığında manyetik alanın kontrolü için ayarlanan üç ortogonal Helmholtz çiftinin şeması ve fotoğrafı. Manyetik alan probu, CPU, dijitalden analoga dönüştürücü ve döngüyü kapatmak için kullanılan bobin sürücüleri de gösterilir. Her bobin çifti, yarıçapı (r) 30 cm ve N = 50 dönüş AWG-14 bakır telleri olan iki dairesel bobinden oluşur. Bobin setinin ortasına üç eksenli manyetometre (sensör) seçilebilir ölçekte (± 88 μT ila ± 810 μT) yerleştirilir. Sensör aralığı ±130 μT'ye kadar değişen değerlere ayarlanmıştır. Bu değerler temsili sonuçlarda açıklanan ölçümler için de kullanılmıştır (bu koşullarda nominal sensör çözünürlüğü yaklaşık 0,1 μT'dir). Manyetik alanın yoğunluğu ve yönü dijital geri bildirim sistemi ile kontrol edilir. Sensör, manyetik alan vektörün üç bileşenini (üç eksen) ölçter ve karşılık gelen hata sinyalleri çıkarılır. Daha sonra düzeltme sinyalleri basit bir entegratör filtresi tarafından oluşturulur. Dijital düzeltme sinyalleri dijitalden analoga dönüştürücü tarafından voltaja dönüştürülür ve uygun bir bobin sürücüsü tarafından yükseltilir. Bu son sinyaller Helmholtz çiftlerini sürmek için kullanılır. Örnekleme frekansı 5 Hz'e sabitlenir ve döngülerin birlik kazanç sıklığı yaklaşık 0,16 Hz'dir. Bobinlerin Helmholtz çiftlerindeki akımlar ayarlandıktan sonra, toplam manyetik alan, bobinlerin merkezi kübik hacmindeki (kenar [L] = 10 cm) ortalama yoğunluk değerinden% 2'den az değişir. Ölçümler sırasında manyetik alan rms 0,2 μT'den azdır. Her iki kurulumda da (A ve Bpanelleri) manyetik alanı üreten bobinlerdeki akım tarafından statik bir elektrik alanı oluşturulur. Maksimum akım uygulandığında elektrik alanının yoğunluğu yaklaşık 0,4 V / m'dir; bu değer, yoğunluğu 1 kV/m sırasına göre ortamda bulunan doğal veya yapay statik alanlara kıyasla ihmal edilebilir.

Şekil 2: Zebra balıklarının romataktik eşiğini belirlemek için testler sırasında kullanılan akış hızlarının şeması. 1 saat alışma süresi boyunca akış, hayvanlara yeterli oksijen kaynağını garanti etmek için yeterliydi. Bu tasarımla, akış 0 ile ilk 10 dakikalık adımda bile oksijen kaynağının asla bir sınır olmadığı varsayılabilir. Gerçekten de, yaklaşık 7,9 mg / L'lik 27 ° C'de bir oksijen içeriği ve 1 mg / h.g hayvan oksijen tüketimi (zebra balığı oksijen tüketimi için hem rutin koşullarda hem de düşük hızlı yüzmede fazla bir yaklaşım), bunu hesaplamak mümkündür, akış yokluğunda, flume'daki Po_2, kritik Po 2'nin (zebra balığı için yaklaşık 40 torr) çok üzerinde kalarak hayvan başına%_2'den fazla azalmayacaktır.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
9500 G meter	FWBell	N/A	Gaussmeter, DC-10 kHz; probe resolution: 0.01 μT
AD5755-1	Analog Devices	EVAL-AD5755SDZ	Quad Channel, 16-bit, Digital to Analog Converter
ALR3003D	ELC	3.76024E+12	DC Double Regulated power supply
BeagleBone  Black	Beagleboard.org	N/A	Single Board Computer
Coil driver	Home made	N/A	Amplifier based on commercial OP (OPA544 by TI)
Helmholtz pairs	Home made	N/A	Coils made with standard AWG-14 wire
HMC588L	Honeywell	900405	Rev E Digital three-axis magnetometer
MO99-2506	FWBell	129966	Single axis magnetic probe
Swimming apparatus	M2M Engineering Custom Scientific Equipment	N/A	Swimming apparatus composed by peristaltic pump and SMC Flow switch flowmeter with digital feedback
TECO 278	TECO	N/A	Thermo-cryostat