Summary
Dit protocol beschrijft het gebruik van spectrofotometrie te ultraviolet reflecterende structuren te detecteren op organismen (in dit voorbeeld, de sailfin Molly Poecilia latipinna) en beschrijft strakke scheiding tests voor vis waarmee gevolgtrekkingen worden gemaakt over de rol van ultraviolette signalen tijdens mate selectie.
Abstract
Veel organismen gebruiken signalen en signalen buiten de menselijke gevoeligheid tijdens sociale interacties. Het is belangrijk om rekening te houden met hoe organismen zien hun wereld die probeerden gedrag en ecologie begrijpen. Gevoeligheid voor ultraviolet spectrum (UV; 300-400 nm) komt over meerdere soorten van vogels, vissen, reptielen, amfibieën en zelfs zoogdieren. Dit protocol beschrijft een techniek voor de behandeling van organismen op de aanwezigheid van UV-reflecterende structuren en een werkwijze om te testen of deze signalen worden gebruikt als sociale signalen in de context van partnerkeuze. Een spectrofotometer wordt gebruikt om de aanwezigheid van UV-reflectie en variatie van reflectie-intensiteit tussen individuen en geslachten detecteren. Een voorbeeld van deze techniek voorgesteld waarbij een dichotome paarvorming proef onthult seksueel ontvankelijk individuen andere geslacht personen wier uiterlijk kan worden gemanipuleerd door filters die hetzij doorgeven volledige spectrum of blokkeren UV golflengten. Dezesysteem toegestaan voor de bepaling dat vrouwelijke, maar niet mannelijk, sailfin mollies (Poecilia latipinna) werden met behulp van UV-markeringen als onderdeel van hun paring beslissingen. Deze types van studies dienen om onze kennis van het bereik van de organismen die gebruik maken van UV uit te breiden en inzicht in hoe UV speelt een rol in hun leven.
Introduction
Het begrijpen van de signalen en signalen van dieren gebruikte sociale interacties laat ons toe om de fenotypische verschillen te begrijpen, zowel binnen als tussen soorten. Deze variatie speelt een belangrijke rol in de evolutionaire processen zoals bevolking divergentie, seksuele selectie en soortvorming. Vaak echter, onderzoekers zijn beperkt tot het verkennen van de signalen meest voor de hand liggende voor de menselijke zintuigen, vooral die binnen de visuele of auditieve rijken. Gebruik van spectrofotometrie, echter, kunnen we ons onderzoek boven de menselijke zichtbare spectrum en in golflengten die belangrijk zijn sociale interacties in andere soorten kan uitgebreid worden.
Met name de korteafstandscommunicatie geboden door ultraviolet (UV; 300-400 nm) gevoeligheid heeft het potentieel van groot voordeel tijdens paarvorming 1 te zijn. Veel visueel jacht roofdieren vogels en vissen, bijvoorbeeld, zijn niet UV-straling te detecteren. In systemen waar de mannetjes weer uitvoerigaan vrouwen, zouden deze mannen hun risico op predatie te verminderen met behoud van hun vermogen om partners aan te trekken door het benutten van de UV-spectrum in plaats van het ontwikkelen van signalen waarneembaar in het zichtbare spectrum 2,3 .. Als men er niet in slaagt om de mogelijkheid dat de organismen met elkaar communiceren overwegen andere het gebruik van deze "private communicatiekanalen", belangrijke aanjagers van het gedrag en de evolutie kan worden gemist.
Dit protocol beschrijft een onderzoek naar het gebruik van UV-signalen voor de partnerkeuze in de Sailfin molly, Poecilia latipinna, een polygaam vis die niet eerder bekend heeft het vermogen om UV te detecteren of het gebruik van UV-markeringen. Deze vissoort heeft een nauwe fylogenetische nabijheid van andere UV-gevoelige levendbarende vissen 4 en er is miscrospetroscopie bewijs dat P. latipinna, samen met andere Molly soorten zoals P. mexicana en P. formosa, beschikken over een klasse van kegels (lichtgevoelige cellen die verantwoordelijk zijn voor color visie) die het meest gevoelig zijn voor UV golflengten 5 zijn. In deze seksueel dimorphic soort, heeft vrouwelijke keuze een belangrijke rol gespeeld in de evolutie van de mannetjes 'felgekleurde en uitgebreid vinnen 6-9. Deze methode stelt ons in staat om te onderzoeken of UV is een extra middel waardoor vrouwen te beoordelen kwaliteit van een mannetje.
De detectie en meting van UV markeringen op P. latipinna met behulp van een spectrofotometer met een vezeloptische sonde hier wordt beschreven. Verder, of receptieve vrouwelijke mollies differentieel associëren met mannen bekeken door een optische filter overdragen van full-spectrum licht met inbegrip van UV-A ([UV +]; 320-700 nm) en mannetjes bekeken door een met UV-filter ([UV]; 400 - 700 nm) besproken. Deze methode heeft een brede toepassing voor het ontdekken UV gevoeligheid en kleurpatronen in vissen en andere organismen, waardoor onderzoek naar een aantal vraagstukken die UV en zijn rol in het gedrag.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle experimenten werden uitgevoerd met de goedkeuring van de Institutional Animal Care en gebruik Comite van Ohio Wesleyan University.
1. Opnemen UV-reflectie van Fish met behulp van een spectrofotometer
- Kalibreren van een spectrofotometer en de lichtbron met een bekende witte standaard over het bereik van golflengten te meten volgens de aanbevelingen van het instrument of software.
- Verdoven vis door in een 0,5% oplossing van ethyl 3-aminobenzoaat methaansulfonzuur zout (MS-222) gebufferd met een gelijke hoeveelheid natriumbicarbonaat tot de vis niet meer reageert. Eenmaal reageert onmiddellijk Leg de vis op een zwarte, niet-reflecterende achtergrond. Opmerking: MS-222 is potentieel giftig, en handschoenen moet worden gedragen ten alle tijden.
- Neem alle metingen in een verduisterde kamer om overtollige licht dan die van de spectrometer lichtbron te minimaliseren.
- Maatregel reflectie via een vezeloptische sonde gehouden tegen het lichaam van het organisme. Makendat een consistente 45 ° hoek tussen de glasvezel en het lichaam te vormen, zoals in sommige probe constructies wordt gebouwd. Opmerking: Voor het meten consistentie, kan het wenselijk zijn gemiddelde van meerdere scans (2-5) zijn per lichaamsgebied.
- Record reflectie data met de juiste reflectie analyse software. Opmerking: De software die hier gebruikt werd ingesteld op: de integratie tijd = 2,000 sec, gemiddeld scans = 2, en pixel smoothing = 5. De gegevens werden gekopieerd en geplakt naar een spreadsheet.
- Herhaal op meerdere lichaamsdelen aanwezigheid of afwezigheid van UV-reflectie en het bereik van fenotypische variatie tussen organismen te bepalen. Opmerking: Voorlopige scans kan noodzakelijk zijn om te bepalen welke eventuele lichaamsgebieden consequent UV markeringen tonen.
- Breng de vis naar een goed zuurstofrijk Holding aquarium tot volledig hersteld, zoals blijkt uit de normale operculum beats en zwemmen gedrag. Opmerking: Een commerciële vaseline aan de slijmvliezen bekleding opnieuw aan het lichaam worden toegevoegd om te helpen bij herstel van de huid.
- Repeten over meerdere personen, waaronder beide geslachten indien gewenst.
- Op spreadsheet waarin alle gegevens zijn gekopieerd, plotgegevens met een scatterplot, met reflectie op de Y-as en golflengte op de X-as. Amplitude pieken in het UV-gebied (300-400 nm) de aanwezigheid van UV-reflectie op vis.
2. Dichotoom Mating Trials
OPMERKING: Voer controle waarnemingen, waarbij focale vis, UV-filters, en ondoorzichtige filters op hun plaats zitten. In deze studies, indien de opake filters verwijderd, wordt focal vissen worden blootgesteld aan delen van de tank tonen de aanwezigheid en afwezigheid van UV-licht, maar ontbreekt potentiële partners paring. Voor meer informatie over de geldigheid van dichotome keuze proeven in dit experiment te zien Palmer en Hankison (2015) 10, hoewel er rekening mee dat deze tests hebben ook nadelen 11.
- Gebruik seksueel ontvankelijke individuen als aanspreekpunt organismen. Gebruik vrouwelijke P. latipinna <48 uur na de bevalling 5 and mannetjes die ten minste 24 uur voor de test om de kans op seksuele motivatie verbeteren.
- Plaats een enkel brandpunt individu in een neutrale gebied grenzend aan twee keuze compartimenten. Voor P. latipinna Gebruik een 75,7 L proef aquarium (30,5 cm x 30,5 cm x 75 cm; figuur 1) in drie secties verdeeld door transparant plexiglas wanden, die een centrale ruimte voor de focale individuele geflankeerd door twee even grote keuze compartimenten. Zorg ervoor dat er geen water of olfactorische signalen worden gedeeld tussen de afzonderlijke tank secties. Herhaal dit voor elk individu in acht te nemen.
Figuur 1. Experimentele Aquarium Setup Een rechthoekig aquarium verdeeld in drie secties:. Een centrale ruimte die het middelpunt individuele en twee end compartimenten dat object paren gehouden gehouden (de figuur toont een vrouw in het midden met object mannetjes aan de uiteinden). verwisselbare filters die ofwel geblokkeerd of toegestaan UV reflectie via glazen wanden verdelen van de mannelijke en vrouwelijke gedeelten van de aquariumruit kan worden geplaatst. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Palmer en Hankison (2015) 10. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Onder full-spectrum lichtomstandigheden (verlichting waarvan het spectrum strekt zich uit in de UV-A bereik), isoleren één potentiële paring partner in elk uiteinde compartiment (keuze vak) van de test aquarium. Dat potentiële paring partners elkaar lijken zo dicht mogelijk in grootte, kleur en kenmerken vertonen, waardoor het belangrijkste verschil tussen de twee geïsoleerde paring partners is of ze verschijnen achter een filter dat blokkeert of UV-licht doorlaat.
Opmerking: Het kan de voorkeur verdienen om reflectie te nemen in het zichtbare spectrum een optimale kleuraanpassing, al inschakelenmaar hier werd matching op het oog bepaald. - Acclimatiseren personen onder visuele isolatie (ondoorzichtige filters) gedurende 15 min. Controleer of UV + en - filters op hun plaats op dit moment. Na acclimatisatie, verwijder de ondoorzichtige filters. Opdat zijde biases niet aanwezig (inherente voorkeur voor één van de tank ongeacht object), willekeurig toegewezen UV + UV - zijden van de tank per elke proef.
- Noteer de tijd dat de focale individu brengt binnen specifieke voorkeur zones (gebieden nabij de keuze compartimenten, in dit geval ongeveer twee standaard lichaamslengtes) met stopwatch. Voor vrouwtjesvis, dit is de hoeveelheid tijd die besteed nabij elk van twee mannetjes en vise versa voor mannelijke focale vis.
OPMERKING: Event recorder software kan ook worden gebruikt voor het opnemen. Vijftien minuten studies werden in dit experiment en vis die niet elke voorkeur, ten minste eenmaal werden uitgesloten van de resultaten hebben bezocht als reageert. - Registreert en analyseert de tijd die vis brengen bijna leeg UV + en UV - compartimenten zodat er geen inherent voorkeur voor specifieke belichtingsomstandigheden omgeving die de paring keuze van de vis kunnen beïnvloeden. Gebruik gepaarde t-tests om te bepalen of mensen de voorkeur een bepaalde UV aandoening.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figuren 1 en 2 tonen de paring voorkeur aquarium opzetten en UV meetpunten voor onze experimenten.
Meten UV-reflectie toegestaan voor de bepaling dat P. latipinna bezitten UV kenmerken, speciaal langs de kant van hun lichaam (figuur 3), naast de individuele variatie in deze eigenschappen. Zodra UV eigenschappen werden gevonden, het testen bleek dat vrouwelijke, maar niet mannelijk, P. latipinna deze eigenschappen in hun paringsbeslissingen (Female: 15 t = 4,08, p = 0,001; Man: 14 t = 0,67, p = 0,517; Figuur 4). Dat beide geslachten bezitten UV kenmerken, maar dat de eigenschappen worden gebruikt door vrouwen als deel van mate voorkeur een rol van deze eigenschappen in andere sociale interacties, zoals ondieper of voederen kunnen wijzen, in P. latipinna.
NHOUD "fo: keep-together.within-page =" 1 ">
Figuur 2. Locaties op het Poecilia latipinna die werden gemeten voor UV-reflectie. Regio's werden in eerste instantie vastgesteld op basis van voorlopige reflectie studies met reflectie monsters genomen van over bijna alle lichaamsdelen. 1-3, DF (rugvin) en CF (staartvin) hebben betrekking op het lichaam regio's weergegeven in figuur 3 Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Palmer en Hankison (2015) 10.. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. Gemiddelde Spectra van mannelijke en vrouwelijke Poecilia latipinna. De grafieken tonen het gemiddelde spectral reflectie gemeten op vijf locaties (zijkanten, staartvin, rugvin) SE. De gebieden binnen de vakken vertegenwoordigen reflectie in het UV-spectrum. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Palmer en Hankison (2015) 10. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4. Gemiddelde Associate tijden van mannen en vrouwen. De grafieken tonen inmiddels SE dat vrouwen en mannen brachten dichtbij mannelijke compartimenten gezien door UV + en UV filters in de controle en experimentele testen. Dit cijfer is gewijzigd ten opzichte van Palmer en Hankison (2015) 10. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Spectrofotometrie was succesvol in het identificeren van UV markeringen op P. latipinna. Beide geslachten van P. latipinna bezitten UV markeringen langs de zijkanten. Bovendien hebben sommige mannetjes hadden UV opschriften op hun rugvin, kenmerken eerder gevonden belangrijk bij vrouwelijke partnervoorkeuren 7 zijn.
We raden het gebruik van UV-spectrometrie als een mechanisme om de aanwezigheid van UV-markeringen te detecteren. Nader onderzoek zou kunnen zijn rol in sociale interacties, met inbegrip van de paring voorkeur (zoals hier beschreven) te bepalen. Als alternatief kunnen UV-kenmerken beïnvloeden shoaling, individuele, geslacht of species erkenning, of intraseksuele interacties 3, 12-15.
Ondanks de bruikbaarheid van spectrofotometrie beter begrip van de eigenschappen van UV-organismen, vooral met betrekking tot hun sociaal gedrag, zijn er enkele kritische stappen nodig zijn om volledig de gedragingen en beperkingen in wat kan be gesloten. Alle experimenten moeten testen of focal mensen hebben voorkeur voor UV + of UV - omgevingen met inbegrip van de controles met geen test individuen in de flankerende keuze tanks, vooral omdat het blokkeren van UV kunnen veranderingen in de "helderheid" of luminantie de organismen te observeren veroorzaken. Hoewel luminantie niet aangetoond dat vrouwelijke voorkeur soorten die nauw verwant aan P. beïnvloeden latipinna 16-18 aanvullende gegevens waarin de rol van de helderheid en de voorkeur testen werd behandeld in een eerdere studie 19 en een belangrijke stap om ervoor te zorgen dat de voorkeur is niet gebaseerd op de helderheid van veranderingen zou kunnen zijn. Als alternatief kunnen verschillen in de verlichting flux (algemene helderheid per tijdseenheid) worden vereffend, waardoor nog meer controle van de lichtomstandigheden in de systemen waar dit van belang 2,20.
Bovendien, voor partnerkeuze tests keuze moeten individuen worden zo nauw bij elkaar mogelijkgrootte en kleur (aka aantrekkelijkheid), zodat de keuze weerspiegelt sterker voorkeur voor UV + of UV -. Alternatieve technieken waarmee een individu onder zowel UV + en UV worden bekeken - kan nuttig zijn voor sommige organismen 21. Deze studies kunnen toestaan voor de controle van eventuele verschillen in individueel gedrag (zoals het dezelfde persoon onder UV + en UV wordt gezien - voorwaarden tegelijkertijd). Hoewel we niet gedrags verschillen tussen onze vis in onze experimentele opzet zag, kan dit aspect van belang voor andere organismen of experimentele designs zijn. Bovendien zou studies dat individuele wijfjes opnieuw testen terwijl u de zijkanten van UV filters 2, of de schakelaar filters halverwege een enkelvoudig ook nuttig zijn, zowel voor het besturen van individuele vooroordeel. Tot slot, terwijl de spectrofotometrie en paring voorkeur trials deze aspecten van het fenotype van een organisme kan onthullen, het protocol doen hieres niet volledig kunnen bepalen van de betekenis van de UV eigenschappen en wat ze kunnen onthullen aan individuen focale. Fitness proeven om te begrijpen hoe UV-eigenschappen worden beïnvloed door de ontwikkeling, vererving, omgevingsfactoren (zoals de voorspelbaarheid van voedsel of roofdieren), of andere factoren zou nuttig zijn bij de verdere begrijpen van de betekenis en de rol van de UV-kenmerken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Spectrophotometer, P1000 | Ocean Optics | newer models are availabe | |
| DT 1000 xenon UV light source | Ocean Optics | newer models are availabe | |
| Ocean Optics Overture Software | Ocean Optics | newer software is available | |
| R200-Angle-UV bifurcated fiber-optic probe (Guided Wave) | Ocean Optics | newer models are availabe | |
| Certified reflectance standard, white | labsphere | ||
| 75.7 L Aquarium, divided | Experimental Builder | ||
| Full Spectrum Bulb | Nature's Sunlight | ||
| UV blocking sheet | GAM UV Sheet |
References
- Endler, J. A., Zaret, T. M. Natural and sexual selection on color patterns in poeciliid fishes. Evolutionary ecology of neotropical freshwater fishes. , Anonymous Springer Netherlands. 95-111 (1984).
- Cummings, M. E., Rosenthal, G. G., Ryan, M. J. A private ultraviolet channel in visual communication. Proc. R. Soc. Lond. [Biol]. 270 (1518), 897-904 (2003).
- Siebeck, U. E., Parker, A. N., Sprenger, D., Mäthger, L. M., Wallis, G. A Species of Reef Fish that Uses Ultraviolet Patterns for Covert Face Recognition. Curr. Biol. 20 (5), 407-410 (2010).
- Hrbek, T., Seckinger, J., Meyer, A. A phylogenetic and biogeographic perspective on the evolution of poeciliid fishes. Mol. Phylogenet. Evol. 43 (3), 986-998 (2007).
- Körner, K. E., Schlupp, I., Plath, M., Loew, E. R. Spectral sensitivity of mollies: comparing surface- and cave-dwelling Atlantic mollies, Poecilia mexicana. J. Fish Biol. 69 (1), 54-65 (2006).
- Farr, J. A., Travis, J. Fertility Advertisement by Female Sailfin Mollies, Poecilia latipinna (Pisces: Poeciliidae). Copeia. 1986 (2), 467-472 (1986).
- Ptacek, M. B., Travis, J. Mate Choice in the Sailfin Molly, Poecilia latipinna. Evolution. 51 (4), 1217-1231 (1997).
- Ptacek, M. Mating signal divergence, sexual selection and species recognition in mollies (Poeciliidae: Poecilia: Mollienesia). Proceedings from the Second International Symposium on Livebearing Fishes. Grier, H. J., Uribe, M. C. , New Life Publications. Homestead, FL. 71-87 (2005).
- MacLaren, R. D. The effects of male proximity, apparent size, and absolute size on female preference in the sailfin molly, Poecilia latipinna. Behavior. 143 (12), 1457-1472 (2006).
- Palmer, M. S., Hankison, S. J. Use of ultraviolet cues in female mate preference in the sailfin molly, Poecilia latipinna. Acta Ethol. 18 (2), 153-160 (2014).
- Wagner, W. E. Measuring female mating preferences. Anim. Behav. 55 (4), 1029-1042 (1998).
- Rémy, A., Grégoire, A., Perret, P., Doutrelant, C. Mediating male-male interactions: the role of the UV blue crest coloration in blue tits. Behav. Ecol. Sociobiol. 64 (11), 1839-1847 (2010).
- Guillermo-Ferreira, R., Therézio, E. M., Gehlen, M. H., Bispo, P. C., Marletta, A. The Role of Wing Pigmentation, UV and Fluorescence as Signals in a Neotropical Damselfly. J. Insect Behav. 27 (1), 67-80 (2013).
- Ord, T. J., Stamps, J. A., Losos, J. B. Convergent evolution in the territorial communication of a classic adaptive radiation: Caribbean Anolis lizards. Anim. Behav. 85 (6), 1415-1426 (2013).
- Siebeck, U. E., Witzany, G. Communication in the Ultraviolet: Unravelling the Secret Language of Fish. Biocommunication of Animals. , Anonymous Springer Netherlands. 299-320 (2014).
- Modarressie, R., Rick, I. P., Bakker, T. UV matters in shoaling decisions. Proc. Biol. Sci. 273 (1588), 849-854 (2006).
- Lim, M. L. M., Li, J., Li, D. Effect of UV-reflecting markings on female mate-choice decisions in Cosmophasis umbratica, a jumping spider from Singapore. Behav. Ecol. 19, 61-66 (2008).
- Rick, I. P., Bakker, T. Color signaling in conspicuous red sticklebacks: do ultraviolet signals surpass others? BMC Evol. Biol. 8, 189 (2008).
- Siebeck, U. E. Communication in coral reef fish: the role of ultraviolet colour patterns in damselfish territorial behaviour. Anim. Behav. 68 (2), 273-282 (2004).
- Cummings, M. E., De Leòn, F. J. G., Mollaghan, D. M., Ryan, M. J. Is UV ornamentation an amplifier in swordtails? Zebrafish. 3, 91-100 (2006).
- Macìas Garcia, c, de Perera, T. Ultraviolet-based female preferences in a viviparous fish. Behav. Ecol. Sociobiol. 52 (1), 1-6 (2002).
