Évaluation de la performance de natation en Poissons

Summary

La vie de la majorité des poissons sont fondées sur la natation. Ce protocole décrit les techniques pour capturer une gamme de modes de natation à la disposition de chaque poisson et de la scolarisation, et comprend des mesures liées à la physiologie et le comportement de natation.

Abstract

Des tests de performance de nage des poissons ont été partie intégrante d'études de l'énergétique musculaire, la mécanique de natation, les échanges gazeux, physiologie cardiaque, la maladie, la pollution, l'hypoxie et la température. Ce document décrit un protocole flexible pour évaluer la performance de natation de poissons à l'aide d'équipement dans lequel la vitesse de l'eau peut être contrôlé. Le protocole comporte une à plusieurs augmentations intervenu vitesse d'écoulement qui sont destinés à provoquer des poissons à la fatigue. Étape vitesses et leur durée peut être configuré pour capturer les capacités de nage des pertinence physiologique et écologique différent. Le plus souvent, la taille du pas est fixée pour déterminer la vitesse de natation critique _(Crit U), qui est destinée à capturer un maximum la capacité de nager soutenue. Traditionnellement, ce test a consisté d'une dizaine de marches à chaque durée de 20 min. Toutefois, des mesures de plus courte durée (par exemple 1 minute) sont de plus en plus utilisées pour capturer la capacité d'accélération ou de la performance de natation éclater. Indépendamment de la taille étape, des tests de natation peuvent être répétées au fil du temps pour évaluer la variation individuelle et la capacité de récupération. Les points de terminaison de la natation comme les mesures du taux métabolique, l'utilisation aileron, le taux de ventilation et de comportement, tels que la distance entre les bancs de poissons, sont souvent inclus, avant, pendant et après les tests de natation. Étant donné la diversité des espèces de poissons, le nombre de questions de recherche inexplorés, et l'importance de beaucoup d'espèces à l'écologie mondiale et la santé économique, des études de performance de nage des poissons restera populaire et inestimable pour l'avenir prévisible.

Protocol

1. Capture et acclimatation

1. En utilisant un filet sans nœud, récolter des poissons individuels de leur réservoir. Réduire la capture du temps, éviter de recueillir des poissons multiples et ne détiennent pas les poissons de plus de quelques secondes dans le filet que ces facteurs peuvent augmenter le stress. Le stress peut affecter les performances de natation.
2. Placer le poisson soit dans une cuve de transfert avec l'anesthésie ou directement à l'respiromètre tunnel de nager («tunnel nager»). Si les poissons doivent être anesthésiés, soit tricaïne méthanesulfonate (MS222) ou de l'huile de clou de girofle peuvent être utilisés. Concentrations acceptables dépendra de nombreux facteurs, y compris la sensibilité des espèces et la température, mais varient généralement de 10-100 mg / L pour soit ^1,2 anesthésique. La concentration anesthésique devrait induire une anesthésie de stade 3 (c'est à dire insensible aux stimuli extérieurs) et de permettre une récupération rapide (seconde par exemple). Lorsque vous utilisez MS222 en eau douce, le bicarbonate de sodium doit être utilisé à parts égales (en masse) comme un tampon. Sans tampon, MS222 permettra de réduire considérablement le pH et un pH bas peut endommager les tissus des branchies. Tampon n'est pas nécessaire dans l'eau de mer car il contient une capacité tampon suffisante.
3. Poissons anesthésiés peuvent être sexué, mesuré pour la masse et la longueur, et compte tenu d'un examen superficiel externe de leur condition. La longueur peut être pris comme longueur totale (TL), longueur de la fourche (FL) ou la longueur du corps (BL). Ces différentes métriques sont généralement appliquées selon la pratique courante, la morphologie des espèces (par exemple, pas de nageoire fourchue) ou la condition du poisson (par exemple, la nageoire caudale usé).
4. Les deux poissons anesthésiés et non anesthésiés doivent être introduits dans le tunnel de nager aussi vite que possible et dans l'eau qui coule que cela facilitera la récupération. Le débit est généralement définie de telle sorte que les poissons seront en mesure de reposer sur le fond et à peine nager. Un taux d'exemple pour le saumon sockeye adulte est 0,3 BL / s.
5. Les poissons ont besoin d'être laissé dans le tunnel de natation pour s'acclimater. Période d'acclimatation peut être réglé pour des périodes traditionnelles (par exemple 12 h), ou à ceux utilisés dans les études les plus récentes qui peuvent être aussi courtes que 30 minutes. Afin de déterminer une période d'acclimatation idéale pour un poisson donné, le temps mis pour atteindre une stabilité, idéalement bas, le taux métabolique peut être utilisé (détaillées section suivante).

2. Mesure du taux métabolique

1. Modifications de l'oxygène dans le tunnel de natation doivent être enregistrées au cours de la durée de l'épreuve de natation (s). Sondes à oxygène peuvent être scellés directement dans le tunnel de natation, mais il doit d'abord déterminer si le débit d'eau sur la sonde affecte la fonction de la sonde. Si la sonde est affectée par des vitesses de l'eau qui peuvent survenir pendant le test, la sonde devra être placé dans sa propre chambre l'extérieur du tunnel et fourni avec l'eau du tunnel par une pompe.
2. Pour renouveler l'oxygène et à atténuer l'accumulation des déchets, le tunnel de natation aura probablement besoin d'être rincé périodiquement. La saturation en oxygène ne doit pas être autorisé à tomber plus bas que 70% pour la plupart des espèces que la performance de natation peut être réduite ou il peut y avoir un décalage d'un métabolisme anaérobie. L'eau de rinçage tunnel peut aussi aider à réduire toute augmentation de la température de l'eau, mais la température de l'eau doit être maintenue constante par le couplage du tunnel nager jusqu'à un refroidisseur. Les changements de température aura une incidence sur le taux métabolique.
3. Routine et maximum des taux métaboliques, en abrégé «RMR» et «ROR», sont généralement déterminées (figure 1A). Ces taux peuvent être exprimés en volume (V o ₂₎ ou la masse (M o ₂₎ de l'oxygène par unité de masse par unité de temps, par exemple mg O ₂ / kg / h. La différence entre les deux taux peuvent être prises pour obtenir le «champ d'activité». L'exercice suivant "dette d'oxygène», dénommée «la consommation d'oxygène en excès post-exercice (EPOC), peut également être déterminée et est égale à l'oxygène nécessaire pendant le retour post-exercice au RMR.

1. Remarque: de nombreuses sondes à oxygène et leur production fournira automatiquement la température corrigée des changements dans l'oxygène dissous. Ceux qui ne devront être corrigées. En outre, certaines valeurs doivent être corrigées si les mesures ont été effectuées dans des conditions salines.

Mesure de la performance de natation

Une variété de capacités de performance de natation peut être évaluée dans un tunnel de nage. La façon la plus commune pour caractériser la performance de natation est de la durée pendant laquelle elle peut être maintenue ^3. Le ralentissement de la vitesse, plus il peut être maintenu, et vice versa. Les vitesses sont généralement désignées comme «éclaté», «prolongée» ou «durable», qui correspondent à des durées de quelques secondes, minutes ou quelques heures (max = 200 min), et des heures et au-delà (> 200 min), respectivement. Pour déterminer ces vitesses, les poissons sont soumis à des utilisateurs définis «étapes», composé de 'hauteur' ensemble, à savoir l'eau d'écoulement d'augmenter la vitesse, et la «longueur», la durée étape soit. Maximiser hauteur de la marche et la longueur étape minimisant permettra de saisir la plus grande vitesse rafale, tout en faisant l'inverse permettra de saisir la plus grande vitesse soutenue. Dans l'étapetests, la manière traditionnelle au rapport de la vitesse maximale atteinte est égale à la vitesse de la dernière étape dûment rempli ainsi que la partie temporelle de la dernière étape, inachevée (figure 1A).

L'évaluation des performances en rafale de natation

1. Pour capturer la natation éclatement ou la capacité de sprint, après acclimatation, porter la vitesse d'écoulement d'un maximum estimé (par exemple deux fois _critique U; voir ci-dessous), et de motiver le poisson à nager. Le poisson doit être au repos à l'arrière de la chambre que la vitesse d'écoulement augmente rapidement. Poissons peut-être besoin d'être motivés pour nager. La motivation peut être mécanique (toucher, par exemple) ou électrique (par exemple une petite charge appliquée à une grille de choc à l'arrière du tunnel nager).
   
   Bien que n'étant pas spécifiquement un test de la capacité de rafale, les poissons peuvent également être donné un "test d'accélération constante '(CAT ou U _AV) composé de plusieurs étapes de courte durée (par exemple 1 min) ^4,5.
2. Enregistrement de la durée de la natation. Le nombre d'éclatement individuels et leur distance peut également être enregistré ^6. La vitesse peut être donnée que le maximum atteint ou calculé selon l'équation de la figure 1A.
   
   Prolongée et soutenue évaluation de la performance de natation
   
   La mesure la plus fréquemment utilisée pour estimer la capacité de nager prolongée ou soutenue est dénommé «performance de nage critique» _(crit U). La longueur du pas de _critique U a été traditionnellement fixé à 20 min, bien que des temps plus courts tels que 10 minutes ont également été utilisés. Une règle générale est que au moins dix mesures devraient être prises avant la fatigue, ce qui peut entraîner de longs essais, par exemple> 3 h / poissons. Pour raccourcir le test _critique U, les sept premières étapes peut être abrégé à 5 min (le test est alors appelé «la rampe-U _critique»).

1. Après l'acclimatation et / ou une baignade pratique, augmenter la vitesse d'écoulement selon l'étape de taille.
2. Pour définir la hauteur étape appropriée pour _Crit U, il sera probablement nécessaire d'estimer _Crit U pour un échantillon de poissons à tester. Ceci peut être accompli en utilisant des valeurs de la littérature. Alternativement, le poisson peut être donné un «nager pratique» après l'introduction dans le tunnel. Pour cela, donner du poisson bref, les étapes définies par l'utilisateur, jusqu'à ce que la fatigue. Utilisez la vitesse finale atteinte comme une estimation précoce de _critique U. Ajuster la taille étape (hauteur et longueur) pour chaque poisson.
3. Pour tester la capacité de récupération ou de déterminer les variations individuelles dans la performance, les poissons peuvent être donnés une épreuve de natation secondes après une période de récupération ^7-9.
4. Les poissons peuvent également être testés dans les écoles, bien que les poissons ont tendance à la fatigue à différents moments au cours des tests qui peuvent être problématiques pour les retirer du tunnel et d'éliminer la capacité de mesurer l'absorption d'oxygène.
5. Une fois fatigué, les poissons devraient être autorisés à recouvrer ou à retirer immédiatement pour l'échantillonnage des tissus.
   
   Plusieurs indicateurs de performance liés à la natation peuvent être collectées durant le test ou après l'utilisation de l'analyse vidéo (figure 1 C, D).
6. Pour mesurer le taux de ventilation et de fréquence de battement de queue, le taux de pompage et operculaire nombre de battements de queue doivent être échantillonnées sur des périodes de plusieurs secondes (figure 1B) ^10,11.
7. Pour mesurer l'amplitude a battu la queue, la déviation maximale de la nageoire caudale peut être mesurée (Figure 1B) ^12.
8. Après les tests, les poissons peuvent être euthanasiés, étant donné un examen post-mortem et les tissus prélevés pour déterminer l'hématocrite (volume globulaire emballés), les concentrations d'hormones du stress, les réserves d'énergie musculaire (par exemple, phosphocréatine, glycogène), les activités enzymatiques (lactate déshydrogénase, par exemple, l'acétylcholine estérase ), ou d'autres paramètres physiologiques.

3. Les résultats représentatifs

Figure 1. Un test) Un exemple _{de critique} rampe d'U-donnée à une salmonidés juvéniles, une écloserie soulevées (Oncorhynchus mykiss), g 6,3 cm dans la longueur du corps (BL) et 3,5 en masse. Le test a été effectué dans un L 12 modifié de type Brett respiromètre (Loligo Systems, Danemark; www.loligosystems.com ). Routine et maximum des taux métaboliques ont été calculées comme la pente (mg / h) x volume (L) / poisson en masse (en kg), et ont été 198 et 961 mg O ₂ / kg / h, respectivement (champ d'activité = 4,84). Ces taux sont conformes à ceux rapportés par Brett pour mineurs saumon sockeye (O. nerka) ^13. Remarque: pour les calculs de l'absorption d'oxygène, le volume d'eau est égal au volume respiromètre moins de volume de poisson. La croix indique l'endroit où le poisson a refusé de nager plus loin et où _Crit U a été calculé. B) Les valeurs Queue fréquence de battement ont enregistré plus de 10 s à six reprises, les valeurs d'amplitude a battu la queue ont été enregistrées à trois reprises, les valeurs indiquéessont la moyenne ± SEM. C) une vue latérale agrandie et D) vue de dessus du poisson qui nage dans la chambre de bain. D) montre le poisson suivis par EthoVision logiciel (Noldus, Pays-Bas; www.noldus.com ). Abréviations: _Crit U = vitesse de nage critique; U _f = vitesse de la dernière étape dûment complété, U _s = vitesse à étapes, t _f = temps passé sur la dernière étape, le temps t = _s étape.

Discussion

Dans un cadre naturel, des comportements tels que prédateur et échapper à la migration dépendent être capable de nager à des intensités spécifiques pour des moments différents. Dans un laboratoire, nager respiromètres tunnel et augmente intervenu vitesse peut être utilisée pour estimer la capacité des poissons à effectuer de nombreux comportements. Mesures du taux métabolique et d'autres évaluations au niveau des tissus (comme la production de lactate) peut être inclus avec les tests de natation pour aider à déterminer les mécanismes physiologiques sous-jacents différents modes de nage.

Conception du tunnel de natation peuvent grandement influencer les performances en natation. Il existe plusieurs types de tunnels nage utilisé pour déterminer la performance de natation, la plupart sont caractérisés soit comme Brett ¹³ - ou ¹⁴ Blažka-types. Pour la conception soit, les considérations principales sont la "régularité" de l'écoulement de l'eau (comment il est rectiligne), la vitesse d'écoulement maximale et la longueur de la chambre de bain. La régularité est importante parce que les poissons vont instinctivement trouver et se baigner dans les zones à faible débit afin de minimiser l'effort. Haute débit potentiel peut être nécessaire de tester la capacité de nager éclater ou espèces à nage rapide (thons, par exemple). Nagez longueur de la chambre peut être très significative que dans des chambres de petite longueur, la longueur des poissons> 10% de la longueur de la chambre, les poissons peuvent être incapables d'utiliser tous les modes de natation. Plus précisément, les petits tubes peuvent restreindre la capacité des poissons de transition d'une constante à la porte de la natation instables, c'est à dire à la natation éclaté et la côte. Par conséquent, les poissons peuvent cesser de nager à peu près la même vitesse quelle que soit la longueur du pas et _crit U peut être analogue à «accélérer la transition porte» ^15.

Tous les tunnels de natation doivent être calibrés en utilisant des dispositifs tels que des sondes de débit ou vélocimétrie imagerie de particules (PIV) de l'équipement. Idéalement baigner tunnels auront des flux rectiligne, mais si les poissons se trouvent à privilégier une région, leur vitesse de nage peut être ajusté en fonction des différences locales dans l'écoulement.

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