Summary
Het leven van de meerderheid van de vis zijn gebaseerd op zwemmen. Dit protocol beschrijft technieken voor het vastleggen van een reeks van zwemmen modi beschikbaar voor individuele en scholen vissen, en bevat statistieken in verband met zwemmen fysiologie en gedrag.
Abstract
Zwemmen prestatietests van vis is een integraal onderdeel van studies van de spieren energetica, zwemmen mechanica, gasuitwisseling, hart-fysiologie, ziekte, vervuiling, hypoxie en temperatuur. Dit artikel beschrijft een flexibel protocol te vissen zwemmen prestaties met apparatuur waarin het water snelheid kan worden gecontroleerd beoordelen. Het protocol houdt een tot enkele stapte toename van de stroomsnelheid die bedoeld zijn om vissen veroorzaken vermoeidheid. Stap snelheden en de duur ervan kan worden ingesteld op zwemmen capaciteiten van verschillende fysiologische en ecologische betekenis vast te leggen. Meest stapgrootte is ingesteld om kritische zwemmen snelheid (U crit), die bedoeld is om een maximale duurzame zwemvermogen vast te leggen te bepalen. Traditioneel heeft deze test bestond uit ongeveer tien stappen elk van 20 minuten duur. Echter, zijn stappen van kortere duur (bijvoorbeeld 1 min) in toenemende mate gebruikt om acceleratie vermogen of barsten zwemmen performance capture. Ongeacht de stapgrootte, kan zwemmen testen herhaald worden na verloop van tijd aan de individuele variatie en het herstel vermogen te meten. Eindpunten met betrekking tot zwemmen, zoals maatregelen van de stofwisseling, fin gebruik, ventilatievoud, en van gedrag, zoals de afstand tussen de scholen vissen, zijn vaak eerder opgenomen, tijdens en na het zwemmen tests. Gezien de diversiteit van vissoorten, is het aantal onontdekte onderzoeksvragen, en het belang van vele soorten aan de mondiale ecologische en economische gezondheid, zal studies van vis zwemprestaties populair en van onschatbare waarde blijven in de nabije toekomst.
Protocol
1. Vastleggen en Acclimatisering
- Met behulp van een knooploos net, verzamel individuele vis uit hun bedrijf tank. Een minimum te beperken capture tijd, te vermijden verzamelen meerdere vis en geen vis en houd ze langer dan een paar seconden in het net als deze factoren kan verhogen stress. Stress kan van invloed zijn zwemprestaties.
- Leg vis hetzij in een transfer tank met verdoving of rechtstreeks naar de tunnel zwemmen respirometer ('zwemmen tunnel'). Als vissen worden verdoofd, ofwel tricaïne methaansulfonaat (MS222) of kruidnagel olie gebruikt kan worden. Aanvaardbare concentraties zullen afhangen van vele factoren, waaronder soorten gevoeligheid en temperatuur, maar meestal variëren van 10-100 mg / L voor een van beide verdoving 1,2. De verdoving concentratie moet leiden tot stage 3 verdoving (dat wil zeggen niet reageren op externe prikkels) en een snelle herstel (dwz seconden). Bij het gebruik van MS222 in zoet water, moet natriumbicarbonaat gebruikt worden bij gelijke delen (massa) als een buffer. Zonder buffer, zal MS222 sterk verminderen pH, en de lage pH kunnen gill weefsel beschadigen. Buffering is niet nodig in het zeewater, want het bevat voldoende buffercapaciteit.
- Verdoofde vis kan worden gesekst, gemeten voor massa en lengte, en krijgt een vluchtige externe examen van hun aandoening. Lengte kan worden genomen als totale lengte (TL), vorklengte (FL) of lichaamslengte (BL). Deze verschillende statistieken worden meestal toegepast volgens de gangbare praktijk, soorten morfologie (bijv. geen gevorkte fin) of vis aandoening (bv. staartvin weg versleten).
- Zowel onder narcose als niet-verdoofde vis moet worden ingevoerd in het zwemmen tunnel zo snel mogelijk en in stromend water, omdat dit zal vergemakkelijken herstel. Het debiet is meestal zo ingesteld dat de vis in staat zal zijn om uit te rusten op de bodem, terwijl amper zwemmen. Een voorbeeld tarief voor volwassenen sockeye zalm is 0,3 BL / s.
- Vissen moeten worden gelaten in de tunnel zwemmen om te acclimatiseren. Acclimatiseringsperiode kan worden ingesteld op de traditionele periodes (bijv. 12 uur), of die worden gebruikt in de meest recente onderzoeken die kunnen worden zo kort als 30 minuten. Voor het bepalen van een ideaal acclimatiseringsperiode voor een bepaalde vis, de tijd genomen om tot een stabiele, bij voorkeur laag, stofwisseling kunnen worden gebruikt (gedetailleerd volgende paragraaf).
2. Het meten van stofwisseling
- Veranderingen in zuurstof binnen het zwemmen tunnel moet worden geregistreerd over de duur van het zwemmen test (s). Zuurstof sensoren kunnen direct worden afgesloten in de tunnel zwemmen, maar het moet eerst worden vastgesteld of het water stromen over de sonde de functie van de sonde beïnvloedt. Als de sonde wordt beïnvloed door het water snelheden die kunnen optreden tijdens de test, zal de sonde geplaatst moeten worden in zijn eigen kamer buiten de tunnel en wordt geleverd met tunnel water door een pomp.
- Aan te vullen zuurstof en het inperken van opeenhoping van afval, wordt het zwemmen tunnel waarschijnlijk moeten periodiek worden doorgespoeld. Zuurstofverzadiging mag niet worden toegestaan om lager dan 70% vallen voor de meeste soorten als zwemprestaties kan worden verminderd of er kan een verschuiving naar anaëroob metabolisme worden. Spoelen tunnel water kan ook helpen verminderen eventuele stijging van de temperatuur van het water, maar water temperatuur moet constant gehouden worden door het koppelen van het zwemmen tunnel naar een koelmachine. Veranderingen in temperatuur zal invloed hebben op de stofwisseling.
- Routine en maximale stofwisseling, afgekort 'RMR' en 'BMR', zijn meestal bepaald (Figuur 1A). Deze tarieven kunnen worden uitgedrukt in volume (V o 2) of de massa (M o 2) zuurstof per massa-eenheid, per tijdseenheid, bijvoorbeeld mg O 2 / kg / uur. Het verschil tussen de twee tarieven kunnen worden genomen om de mogelijkheden voor de activiteit 'te krijgen. De 'zuurstofschuld' volgende oefening, aangeduid als 'overtollige post-oefening zuurstofverbruik (EPOC), kan ook worden bepaald en is gelijk aan de zuurstof nodig tijdens de post-oefening terug te keren naar RMR.
- Let op: veel zuurstof probes en hun uitgang wordt automatisch voor temperatuur gecorrigeerde veranderingen in de opgeloste zuurstof. Degenen die niet moeten worden gecorrigeerd. Daarnaast zullen sommige waarden moeten worden gecorrigeerd indien metingen werden uitgevoerd in zoute omstandigheden.
Zwemmen prestatiemeting
Een verscheidenheid van zwemprestaties vaardigheden kunnen worden beoordeeld in een tunnel zwemmen. De meest voorkomende manier om de zwemprestaties te karakteriseren is door de duur waarvoor het kan worden gehandhaafd 3. Hoe langzamer de snelheid, hoe langer het kan worden gehandhaafd en vice versa. Snelheden zijn over het algemeen aangeduid als 'barsten', 'langdurig' of 'duurzaam', die overeenkomen met looptijden van seconden, minuten tot uren (max = 200 min), en de uren en verder (> 200 min) respectievelijk. Voor het bepalen van deze snelheden, zijn vis onderworpen aan de gebruiker gedefinieerde 'stappen', bestaande uit 'height' ingesteld, dat wil zeggen de waterstroom snelheid te verhogen, en 'lengte', dat wil zeggen stap duur. Maximaliseren van instaphoogte en het minimaliseren van staplengte zal de grootste burst snelheid vast te leggen, terwijl het doen van het omgekeerde zal vangen de grootste aanhoudende snelheid. In staptests, de traditionele manier om de bereikte maximale snelheid rapport is gelijk aan de snelheid van de laatste volledig ingevulde stap plus het tijdelijke gedeelte van de laatste, onvoltooide stap (Figuur 1A).
Burst zwemmen prestatiebeoordeling
- Voor het vastleggen van burst zwemmen of sprint vermogen, na acclimatisering, breng de stroomsnelheid tot naar schatting maximaal (bijvoorbeeld twee keer U crit, zie hieronder), en motiveren de vissen te zwemmen. Vissen moeten rusten aan de achterzijde van de kamer als de stroomsnelheid is snel toegenomen. Vis moet mogelijk worden gemotiveerd om te zwemmen. Motivatie kan worden mechanisch (bijv. aanraking) of elektrische (bijv. een kleine vergoeding toegepast op een schok aan de achterkant van het zwemmen tunnel).
Hoewel niet specifiek een test van bekwaamheid burst, mogen de vissen ook worden gegeven een 'constante versnelling test' (CAT of U Av) bestaande uit meerdere stappen van korte duur (bijvoorbeeld 1 min) 4,5. - Noteer de duur van het zwemmen. Het aantal individuele barsten en hun afstand kunnen ook worden opgenomen 6. Snelheid kan worden gegeven als de maximale bereikt of berekend op basis van de vergelijking in figuur 1A.
Langdurige en aanhoudende zwemmen prestatiebeoordeling
De meest voorkomende maat gebruikt om langdurige of blijvende zwemvaardigheid schatting wordt aangeduid als 'kritische zwemmen performance' (U crit). Staplengte voor U crit is van oudsher ingesteld op 20 min, maar kortere tijden, zoals 10 minuten zijn ook gebruikt. Een algemene regel is dat minstens tien stappen moeten worden genomen alvorens tot vermoeidheid, wat kan resulteren in langdurige tests, bijvoorbeeld> 3 uur / vis. Het verkorten van de U-crit test, kan de eerste zeven stappen worden afgekort tot 5 min (de test wordt dan aangeduid als 'ramp-U crit ").
- Na de acclimatisatie en / of een praktijk zwemmen, te verhogen stroomsnelheid afhankelijk van de grootte stap.
- Om de juiste hoogte voor stap U crit, zal het waarschijnlijk nodig zijn om U crit schatting voor een steekproef van de vis te testen. Dit kan worden bereikt door gebruik te maken literatuur waarden. Als alternatief kan vis krijgen een 'praktijk zwemmen' na kennismaking met de tunnel. Voor deze, geef vis kort, door de gebruiker gedefinieerde stappen, tot vermoeidheid. Gebruik maken van de eindsnelheid bereikt, als een vroege schatting van U crit. Pas stapgrootte (hoogte en lengte) voor elke vis.
- Voor het testen van herstel vermogen of vast te stellen individuele variatie in de prestaties, kunnen vissen worden een tweede zwemtest na een herstelperiode 7-9.
- Vis kan ook getest worden op scholen, maar vissen hebben de neiging om vermoeidheid op verschillende momenten tijdens het examen dat kan problematisch zijn voor u ze uit de tunnel en elimineer de mogelijkheid om zuurstofopname te meten.
- Eenmaal moe, vis zou moeten worden toegestaan om te herstellen of onmiddellijk verwijderd worden voor weefsel bemonstering.
Verschillende prestatie-indicatoren met betrekking tot zwemmen kunnen worden verzameld tijdens de tests of na het gebruik van video-analyse (figuur 1 C, D). - Voor het meten van ventilatie en de staart sloeg de frequentie, de opercular pompsnelheid en het aantal van de staart beats moet worden bemonsterd over periodes van enkele seconden (Figuur 1B) 10,11.
- Voor het meten van de staart slaan amplitude, kan de maximale doorbuiging van de staartvin gemeten worden (Figuur 1B) 12.
- Na het testen, kunnen vissen worden gedood, gegeven een post-mortem examen en weefsels verzameld om hematocriet (verpakte rode celvolume), stress hormoon concentraties, spier-energie winkels (bv. phosphocreatine, glycogeen), enzym activiteiten (bijv. lactaat dehydrogenase, acetylcholine-esterase bepalen ), of andere fysiologische parameters.
3. Representatieve resultaten
Figuur 1. A) Een voorbeeld ramp-U crit-test gegeven aan een jonge zalmachtigen, een broederij verhoogde regenboogforel (Oncorhynchus mykiss), 6,3 cm lichaamslengte (BL) en 3,5 g in de massa. De test werd uitgevoerd in een 12 L aangepaste Brett-type respirometer (Loligo Systems, Denemarken; www.loligosystems.com ). Routine en maximale metabole tarieven werden berekend als helling (mg / uur) × volume (L) / vis massa (kg), en werden 198 en 961 mg O 2 / kg / uur, respectievelijk (ruimte voor activiteit = 4,84). Deze tarieven zijn in overeenstemming met die welke door Brett voor jeugdige sockeye zalm (O. nerka) 13. Let op: voor de opname van zuurstof berekeningen, de hoeveelheid water is gelijk aan de respirometer volume minder vis volume. Het kruis geeft aan het punt waar de vis weigerde verder te zwemmen en waar U crit was berekend. B) Staart beat frequentie waarden werden genoteerd van meer dan 10 s zes keer; staart sloeg amplitude waarden werden opgetekend drie keer; waarden diezijn gemiddelde ± SEM. C) Een vergroot zijaanzicht en D) bovenaanzicht van de vissen zwemmen in het zwemmen kamer. D) Toont de vis gevolgd door EthoVision software (Noldus, Nederland; www.noldus.com ). Afkortingen: U crit = kritische zwemmen snelheid; U f = snelheid van de laatste volledig ingevulde stap, U s = stap snelheid, t f = tijd doorgebracht op de laatste stap, t s = stap tijd.
Discussion
In een natuurlijke omgeving, gedrag, zoals roofdieren te ontsnappen en migratie is afhankelijk van het kunnen zwemmen op specifieke intensiteiten voor verschillende tijden. In een lab omgeving, zwemmen tunnel respirometers en stapte toename van de snelheid kan worden gebruikt om het vermogen van vis tot tal van gedragingen uit te voeren te schatten. Maatregelen van de stofwisseling en andere weefsel-niveau assessments (zoals lactaat productie) kunnen worden opgenomen met swim tests om te bepalen fysiologische mechanismen die ten grondslag liggen verschillende zwemmen modi.
Zwem tunnel ontwerp kan een grote invloed zwemprestaties. Er zijn verschillende soorten zwemmen tunnels gebruikt om de zwemprestaties te bepalen, zijn de meeste gekarakteriseerd als ofwel Brett 13 - of 14-Blazka types. Voor beide ontwerpen, belangrijke overwegingen onder andere de 'gelijkmatigheid' van de waterstroom (hoe rechtlijnig het is), de maximale stroom snelheid en de lengte van het zwemmen kamer. Gelijkmatigheid is belangrijk omdat vissen zullen instinctief vinden en zwemmen in laag debiet gebieden om de inspanning te minimaliseren. Hoog potentieel debiet kan nodig zijn om barsten zwemvaardigheid of snel zwemmen soorten (bijv. tonijn) te testen. Zwem kamer lengte kan van grote betekenis als in kamers van kleine lengte, dwz vis lengte> 10% van de kamer lengte, kunnen vissen niet in staat om alle zwemmen modes te gebruiken. In het bijzonder, kunnen kleine buisjes beperken de mogelijkheid van vis om de overgang van een gestage tot zwemmen gate onvaste, dat wil zeggen te barsten en de kust zwemmen. Daarom kunnen vissen zwemmen te stoppen op ongeveer dezelfde snelheid, ongeacht de staplengte en de U crit kan analoog aan 'gate overgang snelheid' 15.
Alle zwemmen tunnels moeten worden gekalibreerd met behulp van apparatuur zoals stroom sondes of deeltjes imaging Velocimetry (PIV) apparatuur. Idealiter zwemmen tunnels zal rechtlijnige vloeien hebben, maar als vissen worden gevonden om een gebied voor, hun zwemmen snelheid kan worden aangepast op basis van lokale verschillen in flow.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
De auteur bedankt Barbara Berli voor het verstrekken van bijvoorbeeld gegevens en de gracieuze financiering van de Canadese Wildlife Federation.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| tricaine methanesulfonate (MS222) |  Argent Labs |
Optional | |
| Clove oil | Sigma-Aldrich |
Optional | |
| Swim tunnel respirometer | Loligo Systems |
Required | |
| High speed cameras | Multiple Suppliers | optional | |
| Video capture card | Multiple Suppliers | optional | |
| Behaviour analysis software | Noldus |
optional |
References
- Anderson, W. G., McKinley, R. S., Colavecchia, M. The use of clove oil as an anesthetic for rainbow trout and its effects on swimming performance. North Am. J. Fish Manage. 17, 301-307 (1997).
- Cho, G. K., Heath, D. D. Comparison of tricaine methanesulphonate (MS222) and clove oil anaesthesia effects on the physiology of juvenile chinook salmon Oncorhynchus tshawytscha (Walbaum). Aquacult. Res. 31, 537-546 (2000).
- Beamish, F. W. H. Swimming capacity in Fish Physiology. Hoar, W. S., Randall, D. J. , Academic Press Inc. New York. Vol. 7 101-187 (1978).
- Farrell, A. P. Comparisons of swimming performance in rainbow trout using constant acceleration and critical swimming speed tests. J. Fish Biol. 72, 693-710 (2008).
- Tierney, K. B., Casselman, M., Takeda, S., Farrell, A. P., Kennedy, C. J. The relationship between cholinesterase inhibition and two types of swimming performance in chlorpyrifos-exposed coho salmon (Oncorhynchus kisutch). Environ. Toxicol. Chem. 26, 998-1004 (2007).
- Martinez, M., Bedard, M., Dutil, J. -D., Guderley, H. Does condition of Atlantic cod (Gadus morhua) have a greater impact upon swimming performance at Ucrit or sprint speeds. J. Exp. Biol. 207, 2979-2990 (2004).
- Marras, S., Claireaux, G., McKenzie, D. J., Nelson, J. A. Individual variation and repeatability in aerobic and anaerobic swimming performance of European sea bass, Dicentrarchus labrax. J. Exp. Biol. 213, 26-32 (2010).
- Kolok, A. S., Plaisance, E. P., Abdelghani, A. Individual variation in the swimming performance of fishes: an overlooked source of variation in toxicity studies. Environ. Toxicol. Chem. 17, 282-285 (1998).
- Tierney, K. B., Farrell, A. P. The relationships between fish health, metabolic rate, swimming performance and recovery in return-run sockeye salmon, Oncorhynchus nerka (Walbaum). J. Fish Dis. 27, 663-671 (2004).
- Webber, J. D. Upstream swimming performance of adult white sturgeon: Effects of partial baffles and a ramp. Trans. Am. Fish. Soc. 136, 402-408 (2007).
- Farrell, A. P., Gamperl, A. K., Birtwell, I. K. Prolonged swimming, recovery and repeat swimming performance of mature sockeye salmon Oncorhynchus nerka exposed to moderate hypoxia and pentachlorophenol. J. Exp. Biol. 201, 2183-2193 (1998).
- Flammang, B. E., Lauder, G. V. Speed-dependent intrinsic caudal fin muscle recruitment during steady swimming in bluegill sunfish, Lepomis macrochirus. J. Exp. Biol. 211, 587-598 (2008).
- Brett, J. R. The respiratory metabolism and swimming performance of young sockeye. J. Fish. Res. Board Can. 21, 1183-1226 (1964).
- Blažka, P., Volf, M., Čepela, M. A new type of respirometer for the determination of the metabolism of fish in an active state. Physiol. Bohemoslov. 9, 553-558 (1960).
- Peake, S. J., Farrell, A. P. Fatigue is a behavioural response in respirometer confined smallmouth bass. J. Fish Biol. 68, 1742-1755 (2006).
