Summary
Denne protokollen beskriver bruken av spektrofotometri å oppdage ultrafiolette-reflekterende strukturer på organismer (i dette eksemplet Seilfinnemolly Poecilia latipinna) og beskriver dikotome valgstester for fisk som gjør slutninger gjøres på seg rollen ultrafiolette signaler under kompis utvalg.
Abstract
Mange organismer bruker signaler og signaler utover menneskelig følsomhet under sosiale interaksjoner. Det er viktig å ta hensyn til hvordan organismer oppfatter sine verdener når du prøver å forstå deres atferd og økologi. Følsomhet for ultrafiolett spektrum (UV, 300-400 nm) er funnet på tvers av flere slekter av fugler, fisk, krypdyr, amfibier, og til og med pattedyr. Denne protokollen beskriver en teknikk for å undersøke organismer for tilstedeværelse av UV-reflekterende strukturer og en fremgangsmåte for å teste hvorvidt disse signaler blir brukt som sosiale signaler i forbindelse med mate valg. Et spektrofotometer anvendes for å påvise tilstedeværelsen av UV reflektans og variasjon i refleksjonsintensitet mellom individer og kjønn. Et eksempel på denne teknikken er presentert som en dikotom partnervalg test avslører seksuelt mottakelige individer til motsatte kjønn personer med visuelle utseendet kan bli manipulert av filtre som enten overfører hele spekteret eller blokkere UV-bølgelengder. DetteSystemet er tillatt for bestemmelse at kvinnelige, men ikke mannlige, sailfin mollies (Poecilia latipinna) brukte UV-markeringer som en del av deres parring beslutninger. Disse typer studier tjene til å utvide vår kunnskap om omfanget av organismer som benytter UV og gi innsikt i hvordan UV spiller en rolle i deres liv.
Introduction
Forstå signaler og signaler som brukes i dyre sosiale interaksjoner tillater oss å forstå den fenotypiske variasjon både innenfor og mellom arter. Denne variasjonen spiller en viktig rolle i evolusjonære prosesser som befolkning divergens, seksuell seleksjon, og arts. Ofte, men forskere er begrenset til å utforske de signaler mest åpenbare menneskelige sansesystemer, særlig de i løpet av de visuelle eller auditive riker. Bruk av spektrofotometri, men tillater oss å utvide våre undersøkelser utover det menneskelige synlige spekteret og inn i bølgelengder som kan være viktige i sosiale interaksjoner i andre arter.
Spesielt, den kortdistansekommunikasjon som gis av ultrafiolett lys (UV; 300-400 nm) følsomhet har potensial til å være meget fordelaktig i løpet av make valg 1. Mange svak jakt rovdyr av fugler og fisker, for eksempel, er ikke i stand til å oppdage UV-stråling. I systemer hvor hannene vise kunstferdigtil kvinner, ville disse hannene redusere risikoen for predasjon og samtidig opprettholde sin evne til å tiltrekke maker ved å utnytte UV-spekteret snarere enn å utvikle signaler påvises i det synlige spekteret 2,3 .. Hvis man ikke klarer å vurdere muligheten for at organismer kommuniserer med hverandre andre som bruker disse "private kommunikasjonskanaler", betydelige driverne av atferd og evolusjon kan gå glipp av.
Denne protokollen beskriver en undersøkelse av bruken av UV-signaler for partnervalg i Seilfinnemolly, Poecilia latipinna, en polygam fisk som ingen tidligere kjent evne til å oppdage UV eller bruke UV-markeringer. Denne fiskearter har et nært fylogenetisk nærhet til andre UV-sensitive levende bærende fisker 4 og det er microspectroscopic bevis for at P. latipinna, sammen med andre Molly arter som P. mexicana og P. formosa, har en klasse av kjegler (fotoreseptorcellene ansvarlig for color syn) som er mest følsomme for UV-bølgelengder 5. I denne seksuelt dimorfe arter, har kvinnelige valg spilt en sterk rolle i utviklingen av hannene 'fargerike og forstørrede finnene 6-9. Denne metodikken tillater oss å undersøke om UV er en ekstra mediet som kvinner vurdere mannlig kvalitet.
Påvisning og måling av UV-markeringer på P. latipinna ved hjelp av et spektrofotometer med en fiberoptisk sonde er detaljert her. Videre, om mottakelige kvinnelige mollies forskjellig forbinder med menn så gjennom et optisk filter som sender full spektrum lys inkludert UV-A ([UV +]; 320-700 nm) og hanner så gjennom et UV-blokkerende filter ([UV-]; 400 - 700 nm) er diskutert. Denne metoden har brede anvendelser for å oppdage UV sensitivitet og fargemønstre på fisk og andre organismer, slik forskning på en rekke spørsmål som involverer UV og dens rolle i oppførsel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle forsøkene ble utført med samtykke fra Ohio Wesleyan University Institutional Animal Care og bruk komité.
1. Opptak UV-refleksjon av fisk ved hjelp av et spektrofotometer
- Kalibrer et spektrofotometer og lyskilde med en kjent standard hvit over området av bølgelengder som skal måles ifølge anbefalingene fra instrumentet eller programvare.
- Bedøve fisk ved å plassere i en 0,5% oppløsning av etyl-3-aminobenzoat metansulfonsyre-salt (MS-222) bufret med en lik mengde av natriumbikarbonat inntil fisken reagerer. Når svarer, umiddelbart plassere fisken på en svart, ikke-reflekterende bakgrunn. Merk: MS-222 er potensielt giftig, og hansker bør brukes til enhver tid.
- Ta alle målinger i et mørkt rom for å redusere overflødig lys utover det spektrometeret lyskilde.
- Måle reflektansen ved bruk av en fiberoptisk sonde holdes mot hoveddelen av organismen. Lageat for å danne en konsistent 45 ° vinkel mellom de optiske fibre og det legeme, som er bygget inn i noen probe-motiver. Merk: For måling konsistens, kan det være ønskelig å gjennomsnitt over flere skanninger (2 - 5) per kroppsregion.
- Vanlig refleksjon data med passende refleksjon analyse programvare. Merk: Programvaren som brukes her ble satt til: integrering tid = 2000 sek, gjennomsnittlig skanner = 2, og pixel glatting = 5. Data ble kopiert og limt inn i et regneark.
- Gjenta på flere områder på kroppen for å bestemme nærvær eller fravær av UV-reflektans og rekkevidden til fenotypisk variasjon på tvers av organismer. Merk: Foreløpige skanner kan være nødvendig for å bestemme hvilke, om noen, kroppsområder stadig viser UV tegninger.
- Gå tilbake fisken til et godt oksygenrikt holding akvarium til fullt restituert, som dokumentert av normale operculum beats og svømme atferd. Merk: En kommersiell beskyttelsesmiddel for å gjenopprette den slimete belegg til kroppen kan tilsettes for å hjelpe til huden utvinning.
- Repspise på tvers av flere personer, inkludert begge kjønn hvis ønskelig.
- På regneark der alle data har blitt kopiert, plot data ved hjelp av et spredningsplott, med refleksjon på Y-aksen og bølgelengde på X-aksen. Amplitude topper i UV-området (300-400 nm) indikerer nærværet av UV-reflektans på fisken.
2. dikotome Mating Trials
MERK: Utfør kontroll observasjoner, der fokus fisk, UV-filtre, og ugjennomsiktig filtre er på plass. I disse studiene, da de opake filtrene blir fjernet, vil navet fisken bli utsatt for deler av tanken som viser nærvær og fravær av UV-lys, men som mangler potensielle passende partnere. For detaljer om gyldigheten av dikotome valgstester i dette eksperimentet se Palmer og Hankison (2015) 10, selv oppmerksom på at disse testene har også ulemper 11.
- Bruk seksuelt mottakelige individer som knutepunkter organismer. Bruk kvinnelige P. latipinna <48 timer postpartum 5 and hanner isolert i minst 24 timer før testing for å øke sannsynligheten for seksuell motivasjon.
- Plasser ett enkelt fokus individ til et nøytralt område som grenser til to valg avdelinger. For P. latipinna, bruk en 75,7 L test akvarium (30,5 cm x 30,5 cm x 75 cm, figur 1) delt inn i tre seksjoner med transparente Pleksiglass skillevegger, danner et sentralt område for fokus enkelte flankert av to like store valg avdelinger. Pass på at ingen vann eller olfactory stikkord er delt mellom individuelle tank seksjoner. Gjenta for hver enkelt å bli observert.
Figur 1. Experimental Aquarium Setup Et rektangulært akvarium delt inn i tre deler:. Et sentralt område som holdt brenn individuelle og to ende avdelinger som holdt objekt parene (figuren viser en kvinne i midten med objekt hanner i endene). utskiftbare filmeterne som enten blokkert eller tillatt UV refleksjon kan plasseres over glassveggene som deler de mannlige og kvinnelige deler av akvariet. Dette tallet er endret fra Palmer og Hankison (2015) 10. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
- Under full lysforhold spektrum (belysning hvis spektrum strekker seg inn i UV-A-området), isolere en potensiell parring partner i hver ende kammer (valg rommet) av test akvariet. Sørg for at potensielle parringspartnere ligner hverandre så tett som mulig i størrelse, hårfarging og vise egenskaper, slik at den største forskjellen mellom de to isolerte parringspartnere er om de vises bak et filter som blokkerer eller overfører UV lys.
MERK: Det kan være en fordel å spille refleksjon i det synlige spektrum for å muliggjøre best mulig fargetilpasning, almen her matchende ble gjort av øyet. - Akklimatisere personer under visuell isolasjon (ugjennomsiktig filtre) i 15 min. Pass på at UV + og - filtre er på plass på dette tidspunktet. Etter akklimatisering, fjerne ugjennomsiktig filtre. For å sikre at sideforspenner ikke er til stede (iboende preferanse for en side av tanken, uavhengig av objekt), tilfeldig tildele UV + og UV - sidene av tank for hver hvert forsøk.
- Registrere hvor mye tid som fokus enkelte bruker innenfor bestemte preferanse soner (områder nær valg avdelinger, i dette tilfellet ca to standard kroppslengder) ved hjelp av stoppeklokker. For hunnfisk, dette er hvor lang tid det bruker nær hver av to menn, og vise versa for mannlige samlings fisk.
MERK: Hendelses opptaker programvare kan også brukes for opptak. Femten minutter forsøkene ble brukt i dette eksperimentet, og fisk som ikke besøke hver preferanse sone minst en gang ble utelatt fra resultatene som ikke svarer. - Ta opp og analysere den tid som fisken bruker nær tom UV + og UV - avdelinger for å sikre at det ikke er en iboende forspenning mot en bestemt belysnings miljø som kan innvirke på parring valg av fisken. Bruk paret t-tester for å fastslå om individer foretrekker en spesiell UV tilstand.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 1 og 2 viser parring preferanse akvarium satt opp og UV-målepunktene for våre eksperimenter.
Måling UV refleksjon lov til å bestemme at P. latipinna gjøre besitte UV egenskaper, spesielt langs sidene av kroppen (figur 3), i tillegg til individuelle variasjoner i disse trekkene. Når UV-trekk ble funnet, testing viste at kvinner, men ikke menn, P. latipinna bruke disse egenskapene i sine parrings beslutninger (Kvinne: t 15 = 4,08, p = 0,001, Mann: t 14 = 0,67, p = 0,517; figur 4). At begge kjønn har UV-trekk, men at egenskapene brukes bare av kvinner som en del av kompis preferanse kan indikere en rolle av disse trekkene i andre sosiale interaksjoner, for eksempel stiming eller beite, i P. latipinna.
ontent "fo: keep-together.within-page =" 1 ">
Figur 2. Steder på Poecilia latipinna som ble målt for UV-refleksjon. Regions ble først bestemt fra foreløpige refleksjons studier med refleksjons prøver tatt fra andre siden nesten alle kroppens regioner. 1-3, DF (ryggfinne) og CF (halefinnen) refererer til kroppen regioner er vist i figur 3 Dette tallet er endret fra Palmer og Hankison (2015) 10.. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Mean Spectra av mannlige og kvinnelige Poecilia latipinna. Grafene viser gjennomsnitts spectral refleksjon målt på fem steder (sidearealer, halefinnen, ryggfinne) SE. De områder inne i boksene representerer reflektansen i UV-spekteret. Dette tallet er endret fra Palmer og Hankison (2015) 10. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4. Mean Associate Times of hanner og hunner. Grafene viser mellomtiden SE at kvinner og menn har brukt nær mannlige avdelinger så gjennom UV + og UV- filter under kontroll og eksperimentelle tester. Dette tallet er endret fra Palmer og Hankison (2015) 10. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Spektrofotometri var dyktige til å identifisere UV-merking på P. latipinna. Begge kjønn av P. latipinna har UV-merking langs sine sider. I tillegg er noen menn hadde UV-merking på sine ryggfinner, trekk tidligere funnet å være viktig i kvinnelige parring preferanser 7.
Vi anbefaler å bruke UV spektrofotometri som en mekanisme for å oppdage tilstedeværelsen av UV-markeringer. Videre testing kunne bestemme sin rolle i sosiale interaksjoner, inkludert parring preferanse (som beskrevet her). Alternativt kan UV-egenskaper påvirke stiming, individ, kjønn, eller arter anerkjennelse, eller intrasexual interaksjoner 3, 12-15.
Til tross for nytten av spektrofotometri i bedre forstå UV karakteristikkene av organismer, spesielt knyttet til deres sosiale atferd, er det noen viktige skritt som er nødvendige for å forstå atferd, og noen begrensninger for hva som kan be avsluttet. Alle eksperimenter bør teste om brennenkeltpersoner har preferanse for UV + eller UV - miljøer ved å inkludere kontroller uten testpersoner i de flankerende valg stridsvogner, spesielt som blokkerer UV kan føre til endringer i "lysstyrke" eller luminans organismene observere. Mens luminansen ikke har vist seg å påvirke kvinnelig preferanse i nært beslektede arter til P. latipinna 16-18 ytterligere data detaljering rollen som lysstyrke og preferansetester ble tatt opp i en tidligere studie 19 og kan være et viktig skritt i å sikre at innstillingen ikke er basert på lysstyrke endringer. Alternativt, kan forskjeller i belysnings fluksen (totale lysheten per tidsenhet) bli utjevnet, noe som gir enda bedre kontroll av lysforholdene i systemer hvor det er av interesse 2,20.
I tillegg, for kompis valgstester, valg enkeltpersoner bør matches så tett som mulig istørrelse og farge (aka attraktivitet), slik at valget reflekterer sterkere preferanse for UV + eller UV -. Alternative teknikker som tillater en enkelt individ som skal vises under både UV + og UV - kan være nyttig for noen organismer 21. Disse studiene kan gi mulighet for kontroll av eventuelle forskjeller i individuell atferd (som samme person er sett under UV + og UV - forhold samtidig). Selv om vi ikke se atferdsforskjeller blant våre fisk i vår eksperimentell design, kan dette aspektet være viktig for andre organismer eller eksperimentelle design. I tillegg vil studier som retest enkelte hunner mens du slår sidene av UV-filtre 2, eller at bryteren filtre halvveis gjennom en individuell test også være nyttig, både for å kontrollere for individuell side bias. Til slutt, mens spektrofotometri og parring preferanseforsøk kan avsløre disse aspektene av en organismes fenotype, protokollen her gjørees ikke har muligheten til å bestemme fullt ut betydningen av UV-egenskaper og hva de kan avsløre til Focal individer. Fitness studier for å forstå hvordan UV-egenskaper er påvirket av utvikling, arv, miljøforhold (for eksempel forutsigbarhet for mat eller rovdyr), eller andre faktorer vil være nyttig i den videre forstå betydningen og rollen til UV-egenskaper.
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).
