Summary
חייהם של רוב הדגים מבוססת על שחייה. פרוטוקול זה מתאר שיטות לכידת מגוון של מצבי שחייה זמין דגים בודדים לימוד, והוא כולל מדדים הקשורים לפיזיולוגיה שחייה התנהגות.
Abstract
בדיקות ביצועים שחיה של דגים כבר חלק בלתי נפרד מחקרים אנרגטיקה של שרירים, מכניקה שחייה, גז החליפין, לב ופיזיולוגיה, מחלות, זיהום, חוסר חמצן וטמפרטורה. מאמר זה מתאר פרוטוקול גמישה להעריך דגים שוחים הביצועים תוך שימוש בציוד שבו המהירות מים יכול להיות נשלט. פרוטוקול כרוך אחד מגדיל צעד כמה מהירות זרימת כי נועדו לגרום לעייפות דגים. מהירויות שלב ומשך שלהם ניתן להגדיר ללכוד יכולות השחייה של שייכות פיזיולוגיים ואקולוגיים שונים. רוב לעיתים קרובות גודל הצעד נקבע כדי לקבוע מהירות השחייה קריטי (U מכה קריטית), אשר נועד ללכוד שחייה המרבי יכולת מתמשכת. באופן מסורתי מבחן זה מורכב בערך עשרה צעדים כל אחד משך 20 דקות. עם זאת, צעדים של משך קצר יותר (למשל 1 דק ') יותר ויותר מנוצל כדי ללכוד את יכולת האצה או שחייה ביצועים פרץ. ללא קשר לגודל צעד, בדיקות שחייה ניתן לחזור לאורך זמן כדי לאמוד וריאציה אישית ויכולת התאוששות. נקודות קצה הקשורים שחייה כגון מדדים של קצב חילוף החומרים, לשימוש סנפיר, קצב אוורור של התנהגות, כגון המרחק בין הדגים לימוד, כלולים לעתים קרובות לפני, במהלך ואחרי בדיקות שחייה. לאור המגוון של מיני דגים, מספר שאלות המחקר נחקרו, ואת החשיבות של מינים רבים באקולוגיה העולמית לבריאות כלכלית, מחקרים של ביצועים דגים שוחים יישאר פופולרי יקר בעתיד הנראה לעין.
Protocol
1. לכידת הסתגלות
- שימוש נטו knotless, לאסוף דגים בודדים מטנק מחזיק שלהם. מזעור ללכוד זמן, למנוע איסוף דגים רבים לא מחזיקים דגים במשך יותר מכמה שניות ברשת גורמים אלה יכולים להגדיל את הלחץ. מתח יכול להשפיע על ביצועי שחייה.
- מקום דגים באקווריום או העברה עם הרדמה או ישירות respirometer השחייה מנהרה ("מנהרה לשחות"). אם הדגים יש מרדים, או tricaine methanesulfonate (MS222) או שמן ציפורן ניתן להשתמש. ריכוזים מקובלים יהיה תלוי בגורמים רבים, כולל רגישות מינים וטמפרטורה, אבל בדרך כלל בטווח 1-10 מ"ג / ליטר עבור 1,2 או הרדמה. ריכוז חומר ההרדמה צריך להשרות 3 הרדמה הבמה (כלומר לא מגיב לגירויים חיצוניים) ואת היתר ההתאוששות המהירה (כלומר שניות). בעת שימוש MS222 במים מתוקים, סודיום ביקרבונט יש להשתמש ב חלקים שווים (לפי מסה) חיץ. ללא חיץ, MS222 יהיה לצמצם במידה ניכרת pH, ו pH נמוך עלול לפגוע ברקמות הזימים. חציצה אין צורך במי ים מכיוון שהיא מכילה קיבולת חציצה מספקת.
- דגים הרדים ניתן מינית, נמדד מסה ואורך, ולאור בדיקה חיצונית שטחית של מצבם. אורך יכול להיחשב האורך הכולל (TL), אורך מזלג (פלורידה) או אורך הגוף (BL). מדדים אלה שונים חלים בדרך כלל על פי הנוהג המקובל, מורפולוגיה מינים (למשל אין סנפיר מפוצל) או מצב דגים (סנפיר הזנב נשחקו למשל).
- דגים גם בהרדמה ולא מרדים צריך להיות הציג במנהרה לשחות במהירות האפשרית לתוך מים זורמים כמו זו תאפשר התאוששות. קצב זרימת מוגדרת, בדרך כלל כאלה הדגים יוכלו לנוח על הקרקעית בעוד בקושי שחייה. שיעור דוגמה סלמון sockeye הבוגרת 0.3 BL / s.
- הדג צריך להיות שמאל במנהרה לשחות להסתגל. תקופת ההסתגלות ניתן להגדיר תקופות מסורתי (למשל 12 שעות), או לאלה המשמשים במחקרים העדכניים ביותר אשר יכול להיות קצר כמו 30 דקות. כדי לקבוע תקופת הסתגלות אידיאלי עבור דגים נתון, הפעם נלקח להגיע יציב, הנמוכים באופן אידיאלי, קצב חילוף החומרים יכול לשמש (מפורט בסעיף הבא).
2. מדידת קצב חילוף החומרים
- שינויים חמצן בתוך המנהרה לשחות יש לרשום את משך הבדיקה לשחות (ים). בדיקות חמצן יכול להיות אטום ישירות לתוך המנהרה לשחות, אולם תחילה יש לקבוע האם זרימת מים על החללית משפיעה על התפקוד של החללית. אם בדיקה מושפע מהירויות מים שעלולות להתרחש במהלך הבדיקה, החללית יהיה צורך להציב בתא משלו מחוץ למנהרה וסיפקה מים מנהרה על ידי משאבה.
- כדי לחדש את מלאי החמצן להקטין הצטברות פסולת, המנהרה לשחות סביר להניח שאתה צריך להיות סמוקות מעת לעת. רווית חמצן לא יורשו לרדת נמוך מ -70% עבור רוב מינים כמו ביצועים שחייה עשוי להיות מופחת או ייתכן שיש לעבור מטבוליזם אנאירובי. פלאשינג מים מנהרה עשוי גם לסייע להפחית עליות טמפרטורת המים, אך טמפרטורת המים צריכה להיות קבועה שנערך על ידי צימוד המנהרה לשחות ילר. שינויי הטמפרטורה ישפיעו על קצב חילוף החומרים.
- קצב חילוף החומרים שגרתיות ומקסימום, מקוצר "RMR 'ו' המשולש ', נקבעים בדרך כלל (איור 1A). אלה שיעורי ניתן לבטא נפח (V o 2) או מסה (M o 2) של חמצן לכל יחידת מסה, ליחידת זמן, למשל O 2 מ"ג / ק"ג / שעה. ההבדל בין שני שיעורי שניתן לנקוט כדי להשיג את "מרחב הפעילות". התרגיל הבא "חוב חמצן", המכונה "צריכת שלאחר האימון עודף חמצן" (EPOC), יכול גם להיות נחוש שווה החמצן הנדרש במהלך לחזור שלאחר האימון כדי RMR.
- הערה: בדיקות חמצן רבים התפוקה שלהם באופן אוטומטי לספק טמפרטורה לתקן שינויים החמצן המומס. אלו שלא יהיה צורך לתקן. בנוסף, ערכים מסוימים יהיה צורך לתקן אם המדידות נערכו בתנאים מלוחים.
מדידת ביצועים שחיה
מגוון של יכולות וביצועים שחייה ניתן להעריך במנהרה לשחות. הדרך הנפוצה ביותר כדי לאפיין את ביצועי השחייה היא משך הזמן שעבורו זה יכול להישמר 3. את המהירות איטית, ככל שהוא יכול להישמר ולהיפך. מהירויות מכונים בדרך כלל בשם "פרץ", "ממושכת" או "מתמשכת", אשר מתאימות המשכים של שניות, דקות עד שעות (מקסימום = 200 דק '), ואת שעות ומעבר (> 200 דקות), בהתאמה. כדי לקבוע אלו מהירויות, דגים חשופים "צעדים" המוגדרים על ידי המשתמש, המורכב "גובה" מוגדר, כלומר זרם המים להגביר מהירות, "אורך", כלומר משך הצעד. מקסום גובה ואורך צעד צעד מזעור יהיה ללכוד את המהירות פרץ הגדול, בעוד עושה את ההפך יהיה ללכוד את המהירות ממושך ביותר. בשלבבדיקות, הדרך המסורתית לדווח את המהירות המרבית מושגת שווה למהירות של השלב האחרון הושלמה במלואה בתוספת החלק הזמני של הצעד, סופי גמור (איור 1A).
שחייה פרץ הערכת ביצועים
- כדי ללכוד שחייה פרץ או היכולת ספרינט, לאחר הסתגלות, להביא את מהירות הזרימה המקסימלית מוערך (למשל פעמיים מכה קריטית U, ראה להלן), ולהניע את הדגים לשחות. הדג צריך להיות מונח בחלקו האחורי של החדר כמו מהירות הזרימה הוא גדל במהירות. דגים ייתכן שיהיה צורך מוטיבציה לשחות. מוטיבציה יכול להיות מכני (מגע למשל) או חשמלי (למשל מטען קטן להחיל רשת הלם בחלק האחורי של המנהרה לשחות).
אמנם לא במפורש מבחן היכולת פרץ, דגים ניתן גם לתת "בדיקה האצה מתמדת" (CAT או U ΔV) בהיקף של מספר שלבים של זמן קצר (למשל, 1 דקות) 4,5. - הקלט את משך השחייה. מספר פרץ הפרט המרחק שלהם יכול גם להיות מוקלט 6. מהירות יכול להינתן מקסימלית שהושגה או מחושב לפי המשוואה באיור 1 א.
ממושכת ומתמשכת שחייה הערכת ביצועים
הצעד השכיח ביותר המשמש להערכת יכולת שחייה ממושכת או מתמשך המכונה "ביצועי שחייה קריטי" (מכה קריטית U). אורך שלב מכה קריטית עבור U באופן מסורתי נקבע על 20 דקות, למרות זמנים קצרים יותר כמו 10 דקות יש גם בשימוש. הכלל הוא כי לפחות עשרה צעדים יש לנקוט לפני עייפות, אשר עלולה לגרום בדיקות ארוכות, למשל> 3 שעות / דגים. כדי לקצר את מבחן קריטית U, הראשונית שבעה צעדים יכול להיות מקוצר ל 5 דקות (מבחן שנקרא אז "הרמפה-U מכה קריטית").
- לאחר הסתגלות ו / או לשחות בפועל, להגביר את מהירות הזרימה על פי גודל הצעד.
- כדי להגדיר את גובה צעד מתאים מכה קריטית U, סביר להניח שיהיה צורך להעריך מכה קריטית U למדגם של הדג להיבדק. ניתן להשיג זאת באמצעות ערכים בספרות. לחילופין, ניתן לתת דגים "לשחות בפועל" אחרי מבוא המנהרה. לשם כך, לתת קצר דגים, המוגדרים על ידי המשתמש שלבים, עד עייפות. השתמש המהירות הסופית הגיעה כאומדן מוקדם של מכה קריטית U. התאם את גודל הצעד (גובה ואורך) עבור כל הדגים.
- כדי לבחון את יכולת ההתאוששות או לקבוע וריאציה בודדים בביצועים, דגים ניתן לתת מבחן השחייה השני שלאחר תקופת התאוששות 7-9.
- דגים יכולים גם להיבחן בבתי הספר, למרות הדגים נוטים עייפות בזמנים שונים במהלך הבדיקות אשר עלולה להיות בעייתית עבור להסיר אותם מן המנהרה ולחסל את היכולת לאמוד את ספיגת החמצן.
- עייפות פעם, הדג צריך להיות מותר לשחזר או להסירו מיד הדגימה רקמות.
מדדי ביצועים אחדים הקשורים שחייה ניתן לאסוף במהלך הבדיקות או אחרי ניתוח באמצעות וידאו (איור 1 C, D). - כדי למדוד את קצב תחלופת האוויר והיכו תדירות הזנב, קצב השאיבה מספר opercular של פעימות הזנב צריך להיות שנדגמו על פני תקופות של כמה שניות (איור 1B) 10,11.
- כדי למדוד לנצח משרעת הזנב, הסטייה המרבית של סנפיר הזנב ניתן למדוד (איור 1B) 12.
- בעקבות בדיקה, דגים יכולים להיות מורדמים, בהתחשב בדיקה שלאחר המוות ורקמות שנאספו כדי לקבוע המטוקריט (ארז נפח תא אדום), הורמון ריכוזי מתח, אנרגיה חנויות שריר (לדוגמה, גליקוגן phosphocreatine), פעילות האנזים (למשל לקטט דהידרוגנז, esterase אצטילכולין ), או פרמטרים פיזיולוגיים אחרים.
3. נציג תוצאות
איור 1.) דוגמה הרמפה-U מבחן קריטית שניתן salmonid נעורים, מדגרה מורם פורל הקשת (Oncorhynchus mykiss), 6.3 ס"מ אורך הגוף (BL) ו 3.5 גרם במסה. הבדיקה בוצעה L 12 שונה ברט מסוג respirometer (Loligo מערכות, דנמרק; www.loligosystems.com ). קצב חילוף החומרים שגרתיות ומקסימום חושבו מדרון (מ"ג / שעה) × נפח (L) / דגים מסה (ק"ג), והיו 198 ו - 961 מ"ג O 2 / ק"ג / שעה, בהתאמה (היקף פעילות = 4.84). שיעורים אלה עולים בקנה אחד עם אלו המדווחים על ידי ברט עבור נוער sockeye סלמון (א 'nerka) 13. הערה: לצורך חישובי ספיגת החמצן, נפח המים שווה נפח respirometer פחות נפח דגים. הצלב מציין את הנקודה שבה הדג סירב לשחות נוסף שבו מכה קריטית U היה מחושב. ב) להכות זנב ערכי תדר נרשמו מעל 10 זה שש פעמים: משרעת זנב ערכים לנצח נרשמו שלוש פעמים; הערכים המוצגיםהם ממוצע ± SEM. ג) להציג צד מוגדלים ד) להציג העליון של הדגים שוחים בתוך החדר לשחות. ד) מציג את הדג מסומנים על ידי EthoVision תוכנה (Noldus, הולנד; www.noldus.com ). קיצורים: מכה קריטית U = מהירות השחייה קריטי; U f = המהירות של השלב האחרון הושלמה במלואה, U s = מהירות צעד, t f = הזמן המושקע על השלב האחרון, זה לא זמן = צעד.
Discussion
בסביבה טבעית, התנהגויות כגון בריחה טורף והגירה תלויה היכולת לשחות בעוצמות ספציפיות בזמנים שונים. בסביבה מעבדה, לשחות respirometers מנהרה ומגבירה התערב מהירות ניתן להשתמש כדי להעריך את היכולת של הדגים לבצע התנהגויות רבות. מדדים של קצב חילוף החומרים ברקמות אחרות ברמת הערכות (כגון ייצור חומצת החלב) ניתן לכלול בדיקות לשחות כדי לקבוע מנגנונים פיזיולוגיים הבסיסית מצבי שחייה שונים.
מנהרה עיצוב לשחות יכול מאוד להשפיע על ביצועי שחייה. ישנם מספר סוגים של מנהרות לשחות כדי לקבוע את ביצועי שחייה, רוב מאופיינים גם ברט 13 - או 14-Blazka סוגים. עבור עיצוב או כך, השיקולים המרכזיים כוללים את "שויון" של זרימת המים (כמה מרובע זה), מהירות הזרימה המקסימלית ואת אורך החדר לשחות. שויון חשוב כי דגים באופן אינסטינקטיבי למצוא לשחות באזורים תזרים נמוך כדי למזער את המאמץ. תזרים גבוה שיעור הפוטנציאל עשוי להיות נחוץ כדי לבחון את היכולת לשחות פרץ או מינים שחייה מהירה (דגי טונה, לדוגמה). לשחות אורך תא יכול להיות מאוד משמעותי כפי בתאי באורך קטן, אורך דג כלומר> 10% אורך קאמרית, דגים ייתכן שלא תוכל לנצל את כל המצבים שחייה. באופן ספציפי, צינורות קטנים עלולים להגביל את היכולת של הדגים המעבר יציב אל יציב בשער שחייה, כלומר שחייה פרץ ואת החוף. לכן, דגים עלול להפסיק לשחות במהירות של כ זהה ללא קשר אורך צעד מכה קריטית U יכול להיות מקביל "מהירות המעבר בשער" 15.
כל המנהרות לשחות צריך להיות מכויל באמצעות מכשירים כגון בדיקות הדמיה תזרים או חלקיק velocimetry (PIV) ציוד. באופן אידיאלי לשחות המנהרות תהיה זרימה מרובע, אבל אם דגים נמצאים לטובת שטח, מהירות השחייה שלהם יכול להיות מותאם על בסיס הבדלים מקומיים הזרימה.
Disclosures
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
Acknowledgments
המחבר מודה ברברה Berli למתן נתונים לדוגמה ואת מימון נדיב של הפדרציה הקנדית חיות הבר.
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).
