Simning Performance Assessment i Fiskar

Summary

Livet för majoriteten av fisken är baserade på simning. Detta protokoll beskriver tekniker för att fånga en rad simning lägen tillgängliga för individen och stimfiskar, och innehåller statistik i samband med bad fysiologi och beteende.

Abstract

Simning prestandatester av fisk har varit en integrerad del av studier av muskler Energetics, bad mekanik, gasutbyte, hjärt fysiologi, sjukdomar, miljöförstöring, hypoxi och temperatur. Detta dokument beskriver ett flexibelt protokoll för att utvärdera prestanda fiskar som simmar med hjälp av utrustning där vattenhastighet kan kontrolleras. Protokollet omfattar en till flera steg ökar i flödeshastighet som är avsedda att orsaka fisk till trötthet. Steg hastigheter och deras varaktighet kan ställas in för att fånga simma förmågor av olika fysiologiska och ekologiska betydelse. Oftast steg storlek är satt för att bestämma kritiska simning hastighet (U _krit), som syftar till att fånga maximal uthållig simkunnighet. Traditionellt detta test har bestått av cirka tio steg vardera 20 min varaktighet. Dock är stegen för kortare (t.ex. 1 min) i allt högre grad används för att fånga acceleration förmåga eller brista simning prestanda. Oavsett steg storlek kan simma tester upprepas över tid för att mäta individuell variation och återhämtning förmåga. Effektmått relaterade till bad som mått på ämnesomsättning, FIN användning, ventilation hastighet och beteende, till exempel avståndet mellan stimfiskar, ingår ofta före, under och efter bad tester. Med den mångfald av fiskarter, antal outforskade frågeställningar, och vikten av många arter till global ekologi och ekonomiska hälsa kommer studier av fiskar som simmar prestanda fortfarande är populära och ovärderlig för överskådlig framtid.

Protocol

1. Fånga och Acklimatisering

1. Med hjälp av en knutlös netto, samla in fiskar från sin tank. Minimera fånga tid, undvik samla flera fiskar och håll inte fiska mer än några sekunder i nätet som dessa faktorer kan öka stressen. Stress kan påverka simning prestanda.
2. Placera fisken antingen i en överföring tank med narkos eller direkt till simma tunneln respirometer ("simma tunnel"). Om fiskar ska bedövas, antingen tricaine methanesulfonate (MS222) eller kryddnejlika olja kan användas. Acceptabel koncentrationer beror på många faktorer, inklusive arter känslighet och temperatur, men vanligtvis varierar mellan 10-100 mg / L för någon bedövning ^1,2. Det anestetiska koncentrationen bör medföra steg 3 anestesi (det vill säga svarar på yttre stimuli) och möjliggöra en snabb återhämtning (dvs sekunder). När du använder MS222 i sötvatten, bör natriumbikarbonat användas på lika delar (vikt) som en buffert. Utan buffert kommer MS222 minska kraftigt pH och lågt pH kan skada gäl vävnad. Buffring är inte nödvändigt i havsvatten eftersom det innehåller tillräckligt med buffertkapacitet.
3. Sövda fisk kan könsbestämmas, mätt i vikt och längd, och ges en översiktlig extern undersökning av deras tillstånd. Längd kan tas som totallängd (TL), gaffellängd (FL) eller kroppslängd (BL). Dessa olika variabler är normalt tillämpas enligt praxis, arter morfologi (t.ex. ingen kluven fin) eller fisk tillstånd (t ex stjärtfenan nöts bort).
4. Både bedövad och icke sövda fisk bör införas i simma tunneln så snabbt som möjligt och i strömmande vatten eftersom detta kommer att underlätta återhämtningen. Flödet är normalt ställas in så att fisken kommer att kunna vila på bottnen medan knappt simma. Ett exempel skattesats för vuxna Sockeye lax är 0,3 BL / s.
5. Fisk behöver vara kvar i simma tunneln att smälta. Acklimatisering period kan ställas till traditionella perioder (t.ex. 12 tim), eller de som används i de flesta aktuella studier som kan vara så kort som 30 min. För att bestämma en perfekt acklimatisering period för en viss fisk, den tid det tar att nå en stabil och helst låg ämnesomsättning kan användas (detaljerade nästa avsnitt).

2. Mätning metabolism

1. Förändringar i syre inom simma tunneln bör registreras under hela den simma test (er). Syre givare kan förseglas direkt i simma tunneln, men måste det först avgöras om vattenflödet över sonden påverkar funktionen av sonden. Om sonden påverkas av vatten hastigheter som kan uppstå under provningen, kommer sonden att behöva placeras i sin egen kammare utanför tunneln och levereras med tunnel vatten genom en pump.
2. Att fylla på syre och minska avfall ackumulering kommer simma tunneln behöver sannolikt att spolas regelbundet. Syremättnad bör inte tillåtas att sjunka lägre än 70% för de flesta arter som simning prestanda kan sättas ned eller det kan finnas en övergång till anaerob metabolism. Flushing tunneln vatten kan också bidra till att minska eventuella ökningar av vattentemperaturen, men bör vattentemperaturen hållas konstant genom att koppla den simma tunneln till ett kylaggregat. Förändringar i temperatur kommer att påverka ämnesomsättning.
3. Rutin och maximal metabolismen, förkortat "RMR" och "MMR", är oftast bestäms (Figur 1A). Dessa kurser kan uttryckas i volym (V o ₂₎ eller massa (M o ₂₎ av syre per massenhet, per tidsenhet, t.ex. mg O ₂ / kg / timme. Skillnaden mellan de två satser kan vidtas för att få "utrymme för verksamhet". Den "syre skuld" följande övning kallad "överskott efter övning syreförbrukning" (EPOC), kan också bestämmas och är lika med det syre som krävs under den post-övning återvända till RMR.

1. OBS: många syre sonder och deras produktion kommer automatiskt att ge temperaturkorrigerat förändringar i löst syre. De som inte kommer att behöva korrigeras. Dessutom kommer vissa värden måste korrigeras om mätningarna utfördes i saltlösning förhållanden.

Simning resultatmätning

En mängd olika bad möjliga prestanda kan bedömas på ett dopp tunnel. Det vanligaste sättet att karakterisera simning prestanda med den tid för vilken den kan upprätthållas ^3. Ju långsammare hastighet, desto längre kan upprätthållas och vice versa. Hastigheter i allmänhet kallas "spricka", "utdragen" eller "ihållande", vilket motsvarar löptid sekunder, minuter till timmar (max = 200 min), och timmar och därefter (> 200 min), respektive. För att bestämma dessa hastigheter, är fisk utsätts för användardefinierade "stegen", bestående av set "höjd", dvs vattenflödet hastighet ökar, och "längd", dvs steg varaktighet. Maximera steghöjd och minimera steglängd kommer att fånga den största brast hastighet, medan du gör det omvända kommer att fånga den största ihållande hastighet. I stegtester är det traditionella sättet att redovisa den maximala hastigheten uppnås lika med hastigheten på den sista helt avslutat steg plus temporala delen av det sista, oavslutade steg (Figur 1A).

Burst simning resultatbedömning

1. För att fånga brast simning eller sprint förmåga, efter acklimatisering, föra flödeshastighet till ett beräknat maximum (t.ex. dubbelt U _crit, se nedan), och motivera fisken att simma. Fisk bör vila på baksidan av kammaren som flödet hastigheten snabbt ökat. Fisk kan behöva motiveras att simma. Motivation kan vara mekaniska (t.ex. touch) eller elektrisk (t.ex. en liten avgift tillämpas på en chock rutnätet på baksidan av simmar tunneln).
   
   Även om det inte specifikt ett test av brast förmåga, kan fiskarna också få en "konstant acceleration test" (CAT eller U _ΔV) bestående av flera steg av kort varaktighet (t ex 1 min) ^4,5.
2. Anteckna tid simning. Antalet enskilda brast och deras avstånd kan även spelas in ^6. Hastighet kan ges som maximalt uppnått eller beräknas enligt ekvationen i figur 1A.
   
   Långvarig och ihållande simning resultatbedömning
   
   Den mest frekventa mått som används för att skatta långvarig eller ihållande simkunnighet kallas "kritiska simning prestanda" (U _crit). Steglängd för U _crit har traditionellt satts till 20 min, men kortare tider som 10 min har också använts. En generell regel är att minst tio åtgärder bör vidtas före trötthet, vilket kan resultera i långvariga tester, t ex> 3 tim / fisk. För att förkorta U _krit test kan de första sju stegen förkortas till 5 min (testet är då kallas "ramp-U _crit).

1. Efter acklimatisering och / eller en praxis simma, ökad flödeshastighet enligt steg storlek.
2. För att ställa in lämplig steghöjd för U _krit blir det sannolikt nödvändigt att uppskatta U _crit för ett urval av fisken som ska testas. Detta kan göras genom att använda litteraturen värden. Alternativt kan fisken få en praktik simma "efter introduktionen till tunneln. För detta ger fisk korta, användardefinierade steg, tills trötthet. Använd sluthastighet nått som en tidig uppskattning av U _crit. Justera steg storlek (höjd och längd) för varje fisk.
3. För att testa återhämtning förmåga eller bestämma individuella variationer i prestanda, kan fiskarna ges en andra simtest efter en återhämtningsperiod ^7-9.
4. Fisk kan också testas i skolor, även om fisk brukar trötthet vid olika tidpunkter under de tester som kan vara problematiska för att ta bort dem från tunneln och eliminera möjligheten att mäta syreupptagningen.
5. När trött, fisk bör tillåtas att återhämta sig eller tas bort omedelbart för mjukpapper provtagning.
   
   Flera prestationsmått relaterade till simning kan samlas under prov eller efter att ha använt videoanalys (Figur 1 C, D).
6. För att mäta ventilation betygsätta och svansen slog frekvens, opercular pumpa takt och antalet svans slag skall provtas under perioder om flera sekunder (Figur 1B) ^10,11.
7. För att mäta amplitud svans slå, kan den maximala deformationen av stjärtfenan mätas (Figur 1B) ^12.
8. Efter testet kan fisken avlivas, med tanke på en post mortem-examen och vävnader som tagits för att bestämma hematokrit (packade röda cellvolym), spänningskoncentrationer hormon, muskler lagrar energi (t.ex. phosphocreatine, glykogen), enzymaktivitet (t ex laktatdehydrogenas, acetylkolin esterase ) eller andra fysiologiska parametrar.

3. Representativa resultat

Figur 1. A) Ett exempel ramp-U _crit prov som ges till en ung laxfisk, höjde ett kläckeri regnbåge (Oncorhynchus mykiss), 6,3 cm i kroppslängd (BL) och 3,5 g massa. Testet utfördes i en 12 L modifierad Brett-typ respirometer (Loligo Systems, Danmark, www.loligosystems.com ). Rutin och maximal metabolismen har beräknats enligt lutning (mg / timme) × volym (L) / fisk (kg) och var 198 och 961 mg O ₂ / kg / timme (utrymme för aktivitet = 4,84). Dessa kurser är förenliga med de som rapporterats av Brett för unga Sockeye lax (O. nerka) ^13. Obs: för beräkningar syreupptagningsförmåga är den mängd vatten som motsvarar respirometer volymen mindre fisk volym. Korset visar den punkt där fisken vägrade att simma längre och där U _crit beräknades. B) Tail slå frekvensvärden noterades över 10 är sex gånger; svansen slå amplitud värden noterades tre gånger; värdenär medelvärde ± SEM. C) En utvidgad från sidan och D) ovanifrån av den fisk som simmar inom simma kammaren. D) Visar fisk spåras av EthoVision programvara (Noldus, Nederländerna, www.noldus.com ). Förkortningar: U _crit = critical simning hastighet; U _f = hastighet sista helt avslutat steg, U _s = steg hastighet, t _f = tid på sista steget, t _s = steg tid.

Discussion

I en naturskön miljö, beteendemönster, såsom rovdjur flykt och migration är beroende av att kunna simma på specifika intensiteter för olika tidpunkter. I ett labb miljö, simma tunnel respirometers och klev ökar i hastighet kan användas för att uppskatta möjligheten för fisken att utföra flera beteenden. Åtgärder av ämnesomsättning och andra vävnader nivå bedömningar (t.ex. laktat produktion) kan inkluderas i simmar tester för att avgöra fysiologiska mekanismer som ligger bakom olika simning lägen.

Simma tunnel design kan kraftigt påverka simning prestanda. Det finns flera typer av simmar tunnlar används för att bestämma simning prestanda är de flesta karakteriseras som antingen Brett ¹³ - eller Blazka ^14-typer. För antingen design, stora aspekter är bl.a. "jämnhet" av vattenflödet (hur rätlinjiga det är), det maximala flödet hastighet och längd simma kammaren. Jämnhet är viktigt eftersom fisken kommer instinktivt hitta och bada i lågt flöde för att minimera ansträngning. Hög potential flöde kan vara nödvändigt att testa brista simkunnighet eller snabb arter simning (t.ex. tonfisk). Simma kammare längd kan vara mycket meningsfullt som i avdelningar med små långa, dvs fisk längd> 10% av kammarens längd får fiska inte kan utnyttja alla simma lägen. Specifikt kan små rör inskränka möjligheten för fisken att övergå från en stadig till ostadig bad grind, dvs att brista och kust simning. Därför kan fisken sluta simma vid ungefär samma hastighet oberoende av steglängden och U _crit kan vara analogt med "gate övergång hastighet" ^15.

Alla simmar tunnlar måste kalibreras med hjälp av enheter såsom flöde sonder eller partikel avbildning Velocimetry (PIV) utrustning. Helst bada tunnlar har rätlinjiga flöde, men om fisken finns att gynna ett område, kan deras simma hastigheten justeras med hänsyn till lokala skillnader i flödet.

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