Summary
Questo protocollo descrive l'uso di spettrofotometria di rilevare strutture ultravioletti che riflette sugli organismi (in questo esempio, il sailfin Molly Poecilia latipinna) e descrive test a scelta dicotomiche per i pesci che permettono inferenze da apportare sul ruolo di spunti ultravioletti durante la selezione compagno.
Abstract
Molti organismi utilizzano spunti e segnali al di là di sensibilità umana durante le interazioni sociali. E 'importante prendere in considerazione come gli organismi percepiscono i loro mondi quando si cerca di capire il loro comportamento e l'ecologia. La sensibilità alla spettro ultravioletto (UV; 300-400 nm) si trova in tutta generi multiplo di uccelli, pesci, rettili, anfibi, e persino mammiferi. Questo protocollo descrive una tecnica per l'esame organismi per la presenza di strutture UV-riflettente ed un metodo per verificare se questi segnali sono usati come segnali sociali nel contesto della scelta del compagno. Uno spettrofotometro è utilizzato per rilevare la presenza di riflettanza UV e variazione di intensità riflettente tra individui e sessi. Un esempio di questa tecnica è presentato in cui un test a scelta dicotomica compagno espone gli individui sessualmente ricettive per gli individui di sesso opposto il cui aspetto visivo può essere manipolato dai filtri che o trasmettono a spettro completo o il blocco UV lunghezze d'onda. Questosistema ha consentito per la determinazione che femminili, ma non di sesso maschile, Molly Sailfin (Poecilia latipinna) stavano usando le marcature UV come parte delle loro decisioni di accoppiamento. Questi tipi di studi servono a espandere la nostra conoscenza della gamma di organismi che utilizzano raggi UV e fornire informazioni su come UV gioca un ruolo nella loro vita.
Introduction
Capire gli indizi e segnali utilizzati nelle interazioni sociali animali ci permette di comprendere la variazione fenotipica sia all'interno che tra le specie. Questa variazione gioca un ruolo importante nei processi evolutivi come divergenza popolazione, selezione sessuale, e speciazione. Spesso, tuttavia, i ricercatori sono limitati a esplorare i segnali più evidenti di sistemi sensoriali umani, in particolare quelli nei regni visivi o uditivi. L'uso della spettrofotometria, però, ci permette di espandere le nostre indagini al di là dello spettro visibile umana e in lunghezze d'onda che possono essere importanti nelle interazioni sociali in altre specie.
In particolare, la comunicazione a corto raggio offerta da raggi ultravioletti (UV; 300-400 nm) sensibilità ha il potenziale per essere molto vantaggiosa durante scelta del compagno 1. Molti predatori visivamente-caccia di uccelli e pesci, per esempio, sono in grado di rilevare le radiazioni UV. Nei sistemi in cui i maschi mostrano elaboratoalle femmine, questi maschi potrebbero ridurre il rischio di predazione, pur mantenendo la loro capacità di attrarre i compagni sfruttando lo spettro UV, piuttosto che sviluppare spunti rilevabile nello spettro visibile 2,3 .. Se uno non riesce a prendere in considerazione la possibilità che gli organismi comunicano con ogni altri che utilizzano questi "canali di comunicazione privati", i conducenti significative di comportamento ed evoluzione possono perdere.
Questo protocollo descrive un'indagine l'uso di segnali UV per la scelta del compagno nel sailfin Molly, Poecilia latipinna, un pesce che ha poligama non precedentemente nota capacità di rilevare UV o utilizzare le marcature UV. Questa specie di pesci ha una stretta vicinanza filogenetica ad altri pesci live-cuscinetto sensibili ai raggi UV-4 e vi sono prove che microspectroscopic P. latipinna, insieme ad altre specie molly come P. mexicana e P. formosa, in possesso di una classe di coni (fotorecettori responsabili della covisione Lor) che sono più sensibili per lunghezze d'onda UV 5. In questa specie dimorfismo sessuale, la scelta femminile ha svolto un ruolo forte per l'evoluzione della brillantemente pinne colorati e ingranditi dei maschi 6-9. Questa metodologia ci permette di esplorare se UV è un mezzo ulteriore per cui le femmine valutare la qualità maschile.
La rilevazione e la misurazione delle marcature UV su P. latipinna utilizzando uno spettrofotometro con una sonda a fibre ottiche è descritto qui. Inoltre, se ricettive Molly femminili differenziale associano con i maschi visti attraverso un filtro ottico che trasmettono la luce a spettro completo, tra cui UV-A ([UV +], 320-700 nm) e maschi visti attraverso un filtro UV-bloccante ([UV]; 400 - 700 nm) è discusso. Questo metodo ha ampie applicazioni per scoprire i modelli di sensibilità ai raggi UV e colore in pesci e altri organismi, consentendo la ricerca in una serie di domande che coinvolgono UV e il suo ruolo nel comportamento.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tutti gli esperimenti sono stati condotti con l'approvazione del Comitato di Cura e uso istituzionale degli animali Ohio Wesleyan University.
1. Registrazione UV riflettanza di pesce utilizzando uno spettrofotometro
- Calibrare uno spettrofotometro e fonte di luce con uno standard bianco nota nella gamma di lunghezze d'onda da misurare secondo le raccomandazioni dello strumento o software.
- Anesthetize pesci mettendo in una soluzione allo 0,5% di etil 3-amminobenzoato metano sale di acido solfonico (MS-222) tamponato con un'eguale quantità di bicarbonato di sodio fino pesci non risponde. Una volta non risponde, subito mettere il pesce su un nero, sfondo non riflettente. Nota: MS-222 è potenzialmente tossici, e guanti devono essere indossati in ogni momento.
- Prendere tutte le misurazioni in una stanza buia per minimizzare luce in eccesso oltre quello della sorgente luminosa spettrometro.
- riflettanza misura utilizzando una sonda a fibre ottiche tenuta contro il corpo dell'organismo. Renderesicuri per formare un angolo di 45 ° coerente tra le fibre ottiche e il corpo, come è incorporato in alcuni disegni sonda. Nota: Per coerenza misura, può essere desiderabile media su più scansioni (2 - 5) per regione di body.
- registrare i dati di riflettanza con adeguato software di analisi di riflettanza. Nota: il software utilizzato qui è stato impostato su: all'integrazione tempo = 2.000 sec, scansioni media = 2, e pixel levigante = 5. I dati sono stati copiato e incollato ad un foglio di calcolo.
- Ripetere su più zone del corpo per determinare la presenza o assenza di riflettanza UV e la gamma di variazione fenotipica di tutti gli organismi. Nota: possono essere necessarie scansioni preliminari per determinare quale, se del caso, le zone del corpo dimostrano costantemente le marcature UV.
- Riportare il pesce per un acquario partecipazione ben ossigenata fino alla completa guarigione, come evidenziato da normali battiti opercolo e comportamenti di nuoto. Nota: Un protectant commerciale per ripristinare il rivestimento mucoso al corpo può essere aggiunto per aiutare nel recupero pelle.
- rappresentantemangiare su più individui, tra cui entrambi i sessi, se desiderato.
- Sul foglio di calcolo in cui tutti i dati sono stati copiati, i dati del diagramma utilizzando un grafico a dispersione, con riflessione sulla Y e lunghezza d'onda sulla X-asse. picchi di ampiezza della gamma UV (300-400 nm) indicano la presenza di riflettanza UV sul pesce.
2. Prove di accoppiamento dicotomiche
NOTA: effettuare osservazioni di controllo, in cui i pesci focale, filtri UV e filtri opachi sono in atto. In questi studi, quando vengono rimossi i filtri opachi, pesce focale sarà esposto a parti del serbatoio visualizzazione presenza e in assenza di luce UV, ma privi potenziali partner di accoppiamento. Per i dettagli sulla validità dei test a scelta dicotomici in questo esperimento vedere Palmer e Hankison (2015) 10, anche se nota che questi test hanno anche svantaggi 11.
- Utilizzare gli individui sessualmente ricettive come organismi focali. Utilizzare femminile P. latipinna <48 ore dopo il parto 5 unnd maschi isolati per almeno 24 ore prima del test per migliorare la probabilità di motivazione sessuale.
- Posizionare un singolo individuo focale in una zona neutra adiacente a due scomparti di scelta. Per P. latipinna, utilizzare un test acquario 75,7 L (30,5 cm x 30,5 cm x 75 cm; Figura 1) diviso in tre sezioni da setti plexiglas trasparenti, formando una zona centrale per l'individuo focale affiancato da due compartimenti scelta di dimensioni uguali. Assicurarsi che l'acqua o olfattivi segnali sono condivisi tra le singole sezioni del serbatoio. Ripetere per ogni individuo di essere osservato.
Figura 1. sperimentale Acquario installazione di un acquario rettangolare divisa in tre sezioni:. Un'area centrale che ha tenuto i due compartimenti finali che hanno tenuto le coppie singolo oggetto focale e (la figura mostra una donna a metà con i maschi degli oggetti alle estremità). fil intercambiabileTERS che o riflettanza UV bloccato o consentito potrebbe essere collocato sopra i divisori in vetro che dividono le sezioni maschili e femminili dell'acquario. Questa cifra viene modificato da Palmer e Hankison (2015) 10. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
- In condizioni di luce a spettro completo (illuminazione il cui spettro si estende nella gamma UV-A), isolare un potenziale partner di accoppiamento in ciascun compartimento fine (vano scelta) dell'acquario di prova. Assicurarsi che potenziali partner di accoppiamento assomigliano più strettamente possibile in dimensioni, colorazione e visualizzazione caratteristiche, in modo che la differenza principale tra le due parti di accoppiamento isolati è se appaiono dietro un filtro che blocca o trasmette la luce UV.
NOTA: Può essere preferibile registrare riflettanza nello spettro visibile per consentire la migliore corrispondenza dei colori possibile, alanche se qui abbinamento è stato fatto da occhio. - Ambientarsi individui sotto isolamento visivo (filtri opachi) per 15 min. Assicurarsi che UV + e - filtri sono in atto in questo momento. A seguito di acclimatazione, rimuovere i filtri opachi. Per garantire che le polarizzazioni collaterali non sono presenti (preferenza latente in un lato della vasca indipendentemente oggetto), assegnare casualmente l'+ UV e UV - lati del serbatoio per ogni ogni prova.
- Registrare la quantità di tempo che l'individuo focale spende all'interno delle zone di preferenza specifici (zone vicino i comparti di scelta, in questo caso di circa due lunghezze corpo di serie) utilizzando cronometri. Per pesce femmina, questa è la quantità di tempo che trascorre vicino ciascuno dei due maschi, e viceversa per il pesce focale maschio.
NOTA: software del registratore evento può anche essere usato per la registrazione. Un quarto d'ora le prove sono stati utilizzati in questo esperimento e pesce che non ha visitato ciascuna zona preferenza almeno una volta sono stati esclusi dai risultati come non risponde. - Registrare e analizzare il tempo che i pesci passano vicino a vuoto UV + e UV - scomparti per assicurare che non vi è una tendenza intrinseca verso un particolare ambiente di illuminazione che possono influenzare la scelta accoppiamento del pesce. Utilizzare appaiati t-test per determinare se gli individui preferiscono una particolare condizione UV.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Le figure 1 e 2 mostrano l'accoppiamento preferenza istituito acquario e siti di misura UV per i nostri esperimenti.
Misurare riflettanza UV ha permesso per la determinazione che P. latipinna possiedono caratteristiche UV, in particolare lungo i lati dei loro corpi (Figura 3), in aggiunta alla variazione individuale in questi tratti. Una volta tratti UV sono stati trovati, il test ha rivelato che femminile, ma non di sesso maschile, P. latipinna utilizzare queste caratteristiche nelle loro decisioni di accoppiamento (Donna: t 15 = 4.08, p = 0.001; maschile: t 14 = 0,67, p = 0,517; Figura 4). Che entrambi i sessi in possesso di tratti UV, ma che i tratti sono utilizzati solo da femmine come parte di preferenza compagno può indicare un ruolo di questi tratti in altre interazioni sociali, come shoaling o foraggiare, in P. latipinna.
ontent "fo: together.within-page keep-=" 1 ">
Figura 2. Posizioni sulla latipinna Poecilia che sono stati misurati per UV riflettanza. Regioni sono stati inizialmente determinati da studi di riflettanza preliminari con campioni prelevati da riflettanza in quasi tutte le regioni del corpo. 1 - 3, DF (pinna dorsale) e CF (pinna caudale) si riferiscono alle regioni del corpo mostrate in Figura 3 Questo dato viene modificato da Palmer e Hankison (2015) 10.. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3. medio spettri di maschio e femmina Poecilia latipinna. I grafici mostrano le s mediriflettanza pectral misurata a cinque sedi (aree laterali, pinna caudale, Pinna dorsale) SE. Le aree all'interno delle scatole rappresentano riflettanza nello spettro UV. Questa cifra viene modificato da Palmer e Hankison (2015) 10. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4. Media Associate tempi di maschi e femmine. I grafici mostrano il tempo SE mezzo che maschi e femmine hanno trascorso vicino a compartimenti maschi visti attraverso UV + e filtri ai raggi UV durante il controllo e prove sperimentali. Questa cifra viene modificato da Palmer e Hankison (2015) 10. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Spettrofotometria è riuscito a identificare le marcature UV su P. latipinna. Entrambi i sessi di P. latipinna possiedono marcature UV lungo i loro lati. Inoltre, alcuni maschi avevano marcature UV sulle loro pinne dorsali, tratti precedentemente trovato per essere importante nelle preferenze di accoppiamento femmina 7.
Si consiglia di utilizzare spettrofotometria UV come meccanismo per rilevare la presenza di marcature UV. Ulteriori test in grado di determinare il suo ruolo nelle interazioni sociali, tra cui la preferenza di accoppiamento (come descritto qui). In alternativa, le caratteristiche UV potrebbero influenzare shoaling, individuale, il sesso, o il riconoscimento delle specie, o interazioni intrasessuale 3, 12-15.
Nonostante l'utilità di spettrofotometria in una migliore comprensione delle caratteristiche UV di organismi, in particolare relative al loro comportamento sociale, ci sono alcuni passaggi critici necessari per comprendere appieno i comportamenti e alcuni limiti a ciò che può be ha concluso. Tutti gli esperimenti devono verificare se gli individui focali hanno preferenza per UV + o UV - ambienti di compresi i controlli senza individui di prova nei serbatoi di scelta ai lati, tanto più che il blocco UV può causare cambiamenti nella "luminosità" o luminanza organismi osservano. Mentre luminanza non ha mostrato di influenzare preferenza femmina in specie strettamente collegati P. latipinna 16-18 di ulteriori dati in dettaglio il ruolo di test di luminosità e di preferenza è stata affrontata in uno studio precedente 19 e potrebbe essere un passo importante nel garantire che la preferenza non si basa su cambiamenti di luminosità. In alternativa, le differenze di flusso luminoso (luminosità complessiva per unità di tempo) possono essere equiparati, consentendo un controllo ancora maggiore di condizioni di luce in sistemi in cui questo è fonte di preoccupazione 2,20.
Inoltre, per le prove di scelta del compagno, gli individui scelta dovrebbe essere abbinato il più vicino possibile adimensioni e la colorazione (aka attrattiva) in modo che la scelta riflette più forte preferenza per UV + o UV -. Tecniche alternative che consentono a un singolo individuo di essere visto sia sotto UV + e UV - possono essere utili per alcuni organismi 21. Questi studi possono consentire il controllo di eventuali differenze di comportamento individuale (come lo stesso individuo è visto ai raggi UV + e UV - condizioni contemporaneamente). Anche se non abbiamo visto le differenze di comportamento tra i nostri pesci nel nostro disegno sperimentale, questo aspetto può essere importante per gli altri organismi o disegni sperimentali. Inoltre, gli studi che ripetere il test singole femmine, mentre il passaggio ai lati di filtri UV 2, o che i filtri di commutazione a metà strada attraverso un singolo test sarebbe anche utile, sia per il controllo di bias lato individuale. Infine, mentre la spettrofotometria e privilegiate accoppiamento prove possono rivelare questi aspetti del fenotipo di un organismo, il protocollo qui fareES non hanno la capacità di determinare appieno il significato dei tratti UV e ciò che essi possono essere rivelatrici di focali individui. prove di idoneità per capire come i tratti UV sono influenzati dallo sviluppo, eredità, le condizioni ambientali (come la prevedibilità di cibo o di predatori), o di altri fattori sarebbero stati utili per comprendere ulteriormente il significato e il ruolo delle caratteristiche UV.
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).
