Summary
Жизни большинства рыб основаны на плавание. Этот протокол описывает методы для захвата спектр доступных режимов плавания на индивидуальные и стайные рыбы, и включает в себя метрик, связанных с плавательными физиологии и поведения.
Abstract
Бассейн тесты производительности рыбы были неотъемлемой исследования мышечной энергетики, плавание механики, газообмен, сердечная физиология, болезни, загрязнение окружающей среды, гипоксия и температуры. Эта статья описывает гибкий протокол оценки рыба производительность при использовании оборудования, в котором скорость воды можно контролировать. Протокол включает в себя от одного до нескольких вышел увеличение скорости потока, которые призваны вызывать рыбы к усталости. Шаг скоростях и их продолжительность может быть установлен, чтобы захватить плавание возможностей различных физиологических и экологическую значимость. Чаще всего размер шага устанавливается для определения критической скорости плавания (U крит), которая предназначена для захвата максимально устойчивая способность плавание. Традиционно этот тест состоял из примерно десяти шагов, каждый из 20 минут продолжительности. Однако, шаги меньшей продолжительности (например, 1 мин) все чаще используются для захвата возможность ускорения или производительность взрыв плавания. Независимо от размера шага, плавание тесты могут повторяться в течение долгого времени, чтобы измерить индивидуальные различия и восстановления способности. Конечные точки, связанные с плаванием таких, как показатели скорости обмена веществ, плавник использования, вентиляции и поведения, такие как расстояние между стайные рыбы, часто включаются до, во время и после купания тестов. Учитывая разнообразие видов рыб, количество неисследованных вопросов исследования, и значение многих видов для глобальной экологии и экономическое здоровье, исследования рыбы производительностью плавание будет оставаться популярным и неоценимое значение для обозримого будущего.
Protocol
1. Захват и Acclimation
- Использование без сучков сеть, собирать отдельные рыбы из их резервуар. Минимизировать время захвата, во избежание сбора нескольких рыб и не держат рыбу для более чем на несколько секунд в сети, как эти факторы могут увеличить напряжение. Стресс может повлиять плавание производительности.
- Место рыбы либо в передаче бак с анестезией или непосредственно респирометре плавать туннеля ("плавать тоннель»). Если рыба должны быть под наркозом, либо tricaine метансульфонат (MS222) или гвоздичное масло может быть использовано. Приемлемые концентрации будет зависеть от многих факторов, включая чувствительность видов и температуры, но обычно составляет от 10-100 мг / л или 1,2 анестезии. Концентрация анестетика должна вызывать стадии 3 анестезии (то есть не реагирует на внешние раздражители) и разрешить быстрое восстановление (например, секунды). При использовании MS222 в пресной воде, бикарбонат натрия следует использовать ее на равные части (по массе) в качестве буфера. Без буфера, MS222 будет в значительной степени уменьшить рН и низких значениях рН может нанести вред жаберных тканях. Буферизация Нет необходимости в морской воде, так как он содержит достаточных возможностей буферизации.
- Наркозом рыба может быть сексуальны, измеренные для массы и длины, а также учитывая беглый внешний экзамен их состояния. Длина может рассматриваться как общая длина (TL), длина вил (FL) или длина тела (BL). Эти различные метрики, как правило, применяются в соответствии с обычной практикой, виды морфологии (например, не раздвоенный плавник) или рыбы условия (например, хвостовой плавник стирается).
- Оба под наркозом и не под наркозом рыба должна быть введена в туннеле плавать как можно быстрее и в проточной воде, как это будет способствовать восстановлению. Расход, как правило, такое множество, что рыба будет возможность отдохнуть на дно, а едва плавание. Например среди взрослых нерки составляет 0,3 BL / с
- Рыбы должны быть оставлены в плавать туннель, чтобы акклиматизироваться. Acclimation периода может быть установлена на традиционной периоды (например, 12 часов), или тем, которые используются в большинстве современных исследований, которые могут быть как 30 мин. Чтобы определить идеальный период акклиматизации для данной рыбы, время, необходимое для достижения стабильной, в идеале низкий, скорость обмена веществ могут быть использованы (подробное следующий раздел).
2. Измерение скорости метаболизма
- Изменения в кислороде в течение плавать туннеля должны быть зарегистрированы в течение срока действия плавать тест (ы). Кислород зонды могут быть запечатаны непосредственно в туннеле плавать, однако, он должен сначала определить, являются ли вод через зонд влияет на функцию датчика. Если зонд зависит от скорости воды, которые могут возникнуть во время теста, датчик должны быть помещены в свою камеру вне туннеля и поставляется с туннельными воды насосом.
- Для пополнения кислорода и уменьшения накопления отходов, плавать туннель, скорее всего, должны быть сброшены на периодической основе. Насыщение кислородом не должно быть разрешено падать ниже 70% для большинства видов, как плавание может уменьшиться или может быть переход на анаэробный метаболизм. Промывка туннель вода может также помочь уменьшить любое повышение температуры воды, однако температура воды должна быть постоянным путем присоединения плавать туннель для охлаждения. Изменения температуры повлияет на скорость метаболизма.
- Рутинные и максимальной скорости метаболизма, сокращенно 'RMR »и« КМС », как правило, определяется (рис. 1А). Эти показатели могут быть выражены в объеме (V O 2) или массы (M O 2) кислорода на единицу массы в единицу времени, например, мг О 2 / кг / час. Разница между этими двумя показателями могут быть приняты, чтобы получить 'возможности для деятельности ». Следующее упражнение «кислородный долг», называют «избыток после упражнений потребление кислорода (EPOC), также может быть определена и равна кислорода, необходимое во время после упражнений вернуться к RMR.
- Обратите внимание: многие зондов кислорода и их вывод будет автоматически обеспечивают температуру коррекцией изменений в растворенного кислорода. Те, которые не должны быть исправлены. Кроме того, некоторые значения должны быть исправлены, если измерения проводились в условиях засоления.
Бассейн измерения производительности
Различных плавательных способностей производительность может быть оценена в плавать туннель. Самый распространенный способ, чтобы охарактеризовать плавание производительность по продолжительности, для которых она может быть обеспечена 3. Чем медленнее скорость, тем больше времени может сохраняться, и наоборот. Скорость, как правило, называют «взрыв», «длительный» или «устойчивый», которые соответствуют длительности секунд, минут до нескольких часов (максимум = 200 мин), и часы, и за его пределами (> 200 мин), соответственно. Для определения этих скоростях, рыбы подвергаются пользовательский "шаги", состоящий из "высота" множество, т. е. воды увеличение скорости, и "длины", т.е. шаг продолжительности. Максимальное высота ступеней и минимизации длины шага будет захватить наибольшее скорости серийной съемки, при этом обратное будет захватить наибольшее устойчивой скоростью. В ногутесты, традиционный способ сообщить достигнута максимальная скорость равна скорости последнего полностью завершен этап плюс временная часть финала, незавершенного шаг (рис. 1А).
Съемки плаванием оценки эффективности
- Для захвата плавание взорваться или спринт способности, после акклиматизации, довести скорость потока, по оценкам, максимум (например, в два раза U крит, см. ниже), и мотивировать рыбы плавать. Рыба должна быть отдыхая в задней части камеры, как скорость потока резко увеличилось. Рыба может должны быть мотивированы, чтобы плавать. Мотивация может быть механической (например, прикосновение) или электрический (например, небольшой заряд применяется для ударного сетки на задней плавать туннеля).
Хотя специально не испытание взрыв способности, рыба также может быть предоставлена «постоянная проверка ускорение" (КПП или U ΔV), состоящий из нескольких этапов непродолжительны (например, 1 мин) 4,5. - Запись продолжительностью плавания. Количество индивидуальных лопаются и их расстояние может быть записано 6. Скорость может быть задана как максимально достигнута или рассчитанные в соответствии с уравнением на рисунке 1А.
Длительные и устойчивые оценки производительности плаванию
Наиболее частые измерения, используемых для оценки длительной или устойчивой умение плавать называют «критическим производительность плаванию (U крит). Длина шага для крита U традиционно была установлена на уровне 20 мин, хотя и более короткое время, такие как 10 мин были также использованы. Общее правило заключается в том, что по меньшей мере десять должны быть приняты меры до усталости, что может привести к длительным тесты, например,> 3 часов / рыбы. Чтобы сократить тест U крит, начальные семь шагов может быть сокращено до 5 минут (тест то называется "рампа-U крит).
- После акклиматизации и / или практики плавать, увеличение скорости потока в зависимости от размера шага.
- Для установки соответствующей высоты шаг для крита U, скорее всего он будет необходимо оценить U крита по выборке из рыбы для тестирования. Это может быть достигнуто с помощью литературы ценностей. С другой стороны, рыба может быть предоставлена "практика плавать» после введения в туннель. Для этого, дать рыбе Короче говоря, определяемые пользователем шаги, пока усталость. Используйте конечную скорость достигается в ранней оценки крит U. Отрегулируйте размер шага (по высоте и длине) для каждой рыбы.
- Для тестирования восстановления способности или определить индивидуальные различия в производительности, рыбу можно дать второе испытание плаванием следующий период восстановления 7-9.
- Рыбы также могут быть проверены в школах, хотя рыба, как правило, усталость в разное время в ходе испытаний, что может быть проблематичным для удаления их из туннеля и устранить возможность измерения кислорода.
- Как только усталость, рыбы должны иметь возможность восстановить или удалить сразу на отбор проб ткани.
Некоторые показатели производительности, связанные с плаванием могут быть собраны во время тестов или после использования видеоанализа (рис. 1 С, D). - Для измерения скорости вентиляции и частоты хвостом бить, оперкулярной скорость откачки и количество ударов хвоста должны быть отобраны в течение периода в несколько секунд (рис. 1В) 10,11.
- Для измерения амплитуды хвостом бить, максимальный прогиб хвостового плавника можно измерить (рис. 1Б) 12.
- После тестирования, рыба может быть умерщвлены, учитывая посмертную экзамен и тканей собраны для определения гематокрита (в упаковке красный объема клетки), концентрации гормона стресса, магазины мышечной энергии (например, креатинфосфат, гликоген), активности ферментов (например, лактатдегидрогеназы, ацетилхолинэстеразы ), или другие физиологические параметры.
3. Представитель Результаты
Рисунок 1.) Пример разгона U критический тест уделено несовершеннолетним лососевых, инкубаторий поднял радужной форели (Oncorhynchus микижи), 6,3 см в длине тела (BL) и 3,5 г в массе. Испытание было проведено в 12 л Бретт изменение типа респирометре (ЬоН Systems, Дания; www.loligosystems.com ). Рутинные и максимальной скорости метаболизма были рассчитаны как наклон (мг / ч) × объем (L) / рыба масса (кг), и были 198 и 961 мг О 2 / кг / ч, соответственно (возможности для деятельности = 4,84). Эти ставки в соответствии с данными Бретт для несовершеннолетних нерки (красной О.) 13. Примечание: для расчета поглощения кислорода, объем воды равен объему респирометре меньше рыбы объема. Крест указывает на точку, где рыба отказался плыть дальше и где U крит был рассчитан. Б) Хвост значения частоты биений были записаны в течение 10 с в шесть раз, хвост значения амплитуда биений были записаны три раза; значения, показанныеявляются среднее ± SEM. С) увеличенный вид сбоку и D) вид сверху рыбу купание до плавать камеры. D) показывает рыбу отслеживаются EthoVision программное обеспечение (Noldus, Нидерланды; www.noldus.com ). Сокращения: U = крит критической скорости плавания, U F = скорость последнего полностью завершен этап, U S = шаг скорость, т е = время, затраченное на последний шаг, шаг = T S времени.
Discussion
В естественной обстановке, поведения, таких как хищник бежать и миграции зависят от возможности поплавать в определенных интенсивности для разных времен. В лабораторных условиях, плавать туннель респирометрах и шагнул увеличение скорости может быть использована для оценки способности рыб выполнять многочисленные поведения. Меры скорости обмена веществ и других тканей уровня оценки (например, лактата) может быть включен с плавают тесты для определения физиологических механизмов, лежащих различных режимах плавания.
Дизайн Swim туннель может сильно повлиять плавание производительности. Есть несколько типов плавать туннели используются для определения производительности плавание, большинство из них характеризуется как Бретт либо 13 - или 14-Blazka типов. Для любого дизайна, основные соображения включают "ровность" из воды (как прямолинейных он есть), максимальная скорость потока и длина плавать камеры. Равномерность важно, потому что рыба будет инстинктивно найти и плавать в районах с низким потоком для минимизации усилий. Высокий потенциал скорости потока могут быть необходимы для испытания на разрыв способность плавать или быстро видов плавания (например, тунцы). Плавать Длина камеры может быть очень значимым, как в камерах малой длины, т.е. длина рыбы> 10% от длины камеры, рыба может оказаться не в состоянии использовать все плавание режимах. В частности, небольшие трубки могут ограничить способность рыб к переходу от устойчивых к нестационарной плавание ворот, то есть к плаванию лопаются и побережья. Таким образом, рыба может прекратить плавание примерно с той же скоростью, независимо от длины шага и U крит может быть аналогичны "ворота скорость перехода '15.
Все плавают туннели должны быть откалиброваны с помощью устройств, таких как поток частиц зондов или изображений Измерение скорости (PIV) оборудования. В идеале плавать тоннели будут иметь прямолинейный поток, но если рыбы находятся в пользу области, их скорость плавания могут быть скорректированы с учетом местных различий в потоке.
Disclosures
Нет конфликта интересов объявлены.
Acknowledgments
Автор благодарит Барбара Берли за предоставление данных и пример милостивого финансировании канадской федерации дикой природы.
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).
