Summary
Denne protokol beskriver brugen af spektrofotometri til at opdage ultraviolet reflekterende strukturer på organismer (i dette eksempel sailfin molly Poecilia latipinna) og beskriver dikotome choice test for fisk, der tillader slutninger, der skal foretages på den rolle, ultraviolette tidskoder under mate udvælgelse.
Abstract
Mange organismer bruger stikord og signaler uden menneskelig følsomhed i sociale interaktioner. Det er vigtigt at tage hensyn til, hvordan organismer opfatter deres verdener, når de forsøger at forstå deres adfærd og økologi. Følsomhed over for ultraviolette spektrum (UV; 300 - 400 nm) findes på tværs af flere slægter af fugle, fisk, krybdyr, padder og endda pattedyr. Denne protokol beskriver en teknik til at undersøge organismer for tilstedeværelsen af UV-reflekterende strukturer og en fremgangsmåde til at teste, om disse signaler anvendes som sociale signaler i forbindelse med mate valg. Et spektrofotometer anvendes til at påvise tilstedeværelsen af UV reflektans og variation i reflekterende intensitet mellem individer og køn. Et eksempel på denne teknik er præsenteret i hvilken en dikotomisk mate choice test udsætter seksuelt modtagelige individer til modsatte køn individer, hvis udseende kan manipuleres af filtre, som enten overfører hele spektret eller blokere UV bølgelængder. DenneSystemet tilladt for bestemmelsen, at kvindelige, men ikke mænd, sailfin mollies (Poecilia latipinna) brugte UV aftegninger som en del af deres parring beslutninger. Disse typer af undersøgelser tjener til at udvide vores viden om forskellige organismer, der udnytter UV og give indsigt i, hvordan UV spiller en rolle i deres liv.
Introduction
Forståelse af stikord og signaler, der anvendes i animalske sociale interaktioner giver os mulighed for at forstå den fænotypiske variation både inden for og mellem arterne. Denne variation spiller en vigtig rolle i evolutionære processer såsom befolkning divergens, seksuel udvælgelse, og artsbestemmelse. Men ofte forskerne er begrænset til at udforske de stikord mest oplagte menneskelige sensoriske systemer, navnlig inden for de visuelle eller auditive riger. Anvendelse af spektrofotometri imidlertid giver os mulighed for at udvide vores undersøgelser ud over det humane synlige spektrum og ind bølgelængder som kan være vigtige i sociale interaktioner i andre arter.
Især den kortrækkende kommunikation gives af ultraviolet (UV; 300 - 400 nm) følsomhed har potentiale til at være yderst fordelagtigt under mate valg 1. Mange visuelt-jagt rovdyr af fugle og fisk, for eksempel, er ikke i stand til at detektere UV-stråling. I systemer, hvor mænd viser kunstfærdigttil kvinder, ville disse mænd reducere deres risiko for prædation samtidig bevare deres evne til at tiltrække hjælpere ved at udnytte UV-spektret stedet for at udvikle stikord påvises i det synlige spektrum 2,3 .. Hvis man undlader at overveje muligheden for, at organismer kommunikerer med hver andre bruger disse "private kommunikationskanaler", væsentlige drivkræfter for adfærd og evolution kan blive savnet.
Denne protokol skitserer en undersøgelse af brugen af UV stikord til mate valg i sailfin molly, Poecilia latipinna, en polygame fisk, der ikke tidligere kendt evne til at opdage UV eller udnytte UV aftegninger. Denne fiskearter har en tæt fylogenetiske nærhed til andre UV-følsomme levende bærende fisk 4, og der er microspectroscopic beviser for, at P. latipinna, sammen med andre Molly arter, såsom P. mexicana og P. formosa, besidder en klasse af kegler (fotoreceptorer med ansvar for samarbejdelor vision), der er mest følsomme for UV bølgelængder 5. I denne seksuelt dimorfe arter, har kvindelige valg spillet en stor rolle i udviklingen af de hanner 'farvestrålende og forstørrede finner 6-9. Denne metode giver os mulighed for at undersøge, om UV er en ekstra medium, som kvinder vurderer mandlig kvalitet.
Påvisning og måling af UV aftegninger på P. latipinna anvendelse af et spektrofotometer med en fiberoptisk probe er detaljeret her. Endvidere om receptive kvindelige mollies forskelligt forbinder med mænd set gennem et optisk filter, der sender hele spektret lys, herunder UV-A ([UV +] 320-700 nm) og hannerne set gennem en UV-blokerende filter ([UV-]; 400 - 700 nm) diskuteres. Denne metode har brede applikationer til at opdage UV følsomhed og farvemønstre i fisk og andre organismer, tillader forskning i en række spørgsmål, der involverer UV og dens rolle i opførsel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle forsøg blev udført med godkendelse af Ohio Wesleyan University Institutional Animal Care og brug Udvalg.
1. Optagelse UV reflektans af fisk med et spektrofotometer
- Kalibrer et spektrofotometer og lyskilde med en kendt hvid standard over området af bølgelængder, som skal måles efter anbefalingerne fra instrumentet eller software.
- Bedøve fiskene ved at placere i en 0,5% opløsning af ethyl-3-aminobenzoat methansulfonsyre salt (MS-222) bufret med en tilsvarende mængde af natriumbicarbonat indtil fisk reagerer. Når reagerer, straks placere fisk på en sort, ikke-reflekterende baggrund. Bemærk: MS-222 er potentielt giftigt, og handsker skal bæres på alle tidspunkter.
- Tag alle målinger i et mørkt rum for at minimere overskydende lys ud over det af spektrometer lyskilden.
- Mål reflektans ved hjælp af et fiberoptisk sonde holdes mod kroppen af organismen. Lavesikker på at danne en sammenhængende 45 ° vinkel mellem fiberoptik og legemet, som er indbygget i nogle probe design. Bemærk: Til måling konsistens, kan det være ønskeligt at gennemsnittet over flere scanninger (2 - 5) pr kropsområde.
- Optag reflektans data med passende reflektans analyse software. Bemærk: Den bruges her software blev sat til: integration tid = 2000 sek, gennemsnitlige scanninger = 2, og pixel udjævning = 5. Dataene blev kopieret og indsat til et regneark.
- Gentag på flere områder af kroppen for at bestemme tilstedeværelsen eller fraværet af UV reflektans og sortiment af fænotypisk variation på tværs af organismer. Bemærk: Indledende scanninger kan være nødvendigt at bestemme, hvilke, om nogen, kropsområder viser konsekvent UV markeringer.
- Retur fisken til et godt iltet beholdning akvarium indtil fuldt tilbagebetalt, som det fremgår af normale Laag beats og svømning adfærd. Bemærk: En kommerciel protectant at genoprette den mukøse belægning på kroppen kan tilsættes for at hjælpe til huden genopretning.
- Repspise på tværs af flere individer, herunder begge køn, hvis det ønskes.
- På regneark, hvor alle data er blevet kopieret, plot data via en scatterplot, med reflektans på Y-aksen og bølgelængde på X-aksen. Amplitude toppe i UV-området (300 - 400 nm) indikerer tilstedeværelsen af UV reflektans på fiskene.
2. dikotomisk Parring Trials
BEMÆRK: Udfør kontrol observationer, hvor omdrejningspunktet fisk, UV-filtre, og uigennemsigtige filtre er på plads. I disse forsøg, når de uigennemsigtige filtre er fjernet, vil fokal fisk blive udsat for dele af tanken er forsynet med nærvær og fravær af UV-lys, men mangler potentielle parring partnere. For nærmere oplysninger om gyldigheden af dikotome choice prøver i dette eksperiment se Palmer og HANKISON (2015) 10, selv om notat, at disse tests også har ulemper 11.
- Brug seksuelt modtagelige individer som fokale organismer. Brug kvindelige P. latipinna <48 timers postpartum 5 and hanner isoleret i mindst 24 timer inden prøvningen for at øge sandsynligheden for seksuel motivation.
- Placer et enkelt omdrejningspunkt individ i et neutralt område støder op til to valg rum. For P. latipinna, brug en 75,7 L test akvarium (30,5 cm x 30,5 cm x 75 cm, figur 1) opdelt i tre sektioner af gennemsigtige plexiglas skillevægge, der udgør et centralt område for omdrejningspunktet individuelle flankeret af to lige store valg rum. Sørg for, at ingen vand eller olfaktoriske tidskoder deles mellem de enkelte tanke sektioner. Gentag for hver enkelt, der skal overholdes.
Figur 1. Eksperimentel Aquarium Setup en rektangulær akvarium opdelt i tre sektioner:. Et centralt område, der holdt omdrejningspunktet individuelle og to ende rum, der holdt objekt par (figuren viser en hun i midten med objekt hanner i enderne). Udskiftelig filTERS der enten blokeret eller tilladt UV reflektans kunne placeres over glasvægge deler de mandlige og kvindelige dele af akvariet. Dette tal er modificeret fra Palmer og HANKISON (2015) 10. Klik her for at se en større version af dette tal.
- Under fuld spektrum lysforhold (belysning, hvis spektrum strækker sig ind i UV-A området), isolere en potentiel parring partner i hver ende rum (valg rum) af testen akvariet. Sørg for, at potentielle parring partnere ligne hinanden så meget som muligt i størrelse, farvning og vise egenskaber, således at den væsentligste forskel mellem de to isolerede parring partnere er, om de vises bag et filter, der blokerer eller transmitterer UV-lys.
BEMÆRK: Det kan være at foretrække at optage reflektans i det synlige spektrum for at muliggøre den bedst mulige farvetilpasning, alselvom her matching blev gjort ved øjet. - Akklimatisere personer under visuel isolation (uigennemsigtige filtre) i 15 min. Sørg for, at UV + og - filtre er på plads på dette tidspunkt. Efter akklimatisering, fjerne uigennemsigtige filtre. For at sikre, at bivirkninger fordomme ikke er til stede (iboende præference for den ene side af tanken uanset objekt), tildele tilfældigt UV + og UV - sider af tanken for hver hvert forsøg.
- Optag den tid, som omdrejningspunktet person tilbringer inden for specifikke præference zoner (områder nær valg rum, i dette tilfælde cirka to standard krop længder) ved hjælp af stopure. For hunfisk, dette er den mængde tid, det tilbringer nær hver af to hanner, og vise versa for mandlige fokal fisk.
BEMÆRK: Begivenhed recorder software kan også bruges til optagelse. Femten minutter forsøg blev brugt i dette eksperiment og fisk, der ikke besøge hver præference zone mindst en gang blev udelukket fra resultaterne som værende ikke reagerer. - Registrere og analysere den tid at fisk tilbringer nær tom UV + og UV - rum til at sikre, at der ikke er en iboende skævhed i retning af et bestemt belysning miljø, der kan have indflydelse på parring valg af fisken. Brug parrede t-tests for at bestemme, om personer foretrækker en bestemt UV tilstand.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figurerne 1 og 2 viser parring præference akvarium oprette og UV målesteder for vores eksperimenter.
Måling UV reflektans tilladt for bestemmelsen, at P. latipinna do besidder UV egenskaber, særlig langs kanterne af deres krop (figur 3), i tillæg til individuel variation i disse træk. Når UV-træk blev fundet, test afslørede, at kvindelig, men ikke mænd, P. latipinna bruge disse egenskaber i deres samvirkende beslutninger (Kvinde: t 15 = 4,08, p = 0,001; Male: t 14 = 0,67, p = 0,517, figur 4). At begge køn besidder UV træk, men de træk kun anvendes af kvinder som en del af mate præference kan indikere en rolle disse træk i andre sociale interaktioner, såsom shoaling eller fouragering, i P. latipinna.
Indholdsproduktion "fo: holde-together.within-side =" 1 ">
Figur 2. Steder på Poecilia latipinna der blev målt for UV reflektans. Regioner blev oprindeligt bestemt ud fra foreløbige reflektans forsøg med reflektans prøver fra hele næsten alle kroppens regioner. 1 - 3 ud, DF (rygfinne) og CF (halefinnen) refererer til kroppens regioner vist i figur 3 Dette tal er modificeret fra Palmer og HANKISON (2015) 10.. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Mean Spectra mandlige og kvindelige Poecilia latipinna. Graferne viser de gennemsnitlige sRelativ spektralfordeling reflektans målt ved fem steder (side områder, halefinnen, rygfinne) SE. De områder inde kasserne repræsenterer reflektans i UV-spektret. Dette tal er modificeret fra Palmer og HANKISON (2015) 10. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. Mean Associate Times of hanner og hunner. Graferne viser den gennemsnitlige tid SE at kvinder og mænd har brugt nær mandlige rum set gennem UV + og UV- filtre under kontrol og eksperimentelle forsøg. Dette tal er modificeret fra Palmer og HANKISON (2015) 10. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Spektrofotometri lykkedes at identificere UV markeringer på P. latipinna. Begge køn af P. latipinna besidder UV markeringer langs deres sider. Desuden er nogle hanner havde UV markeringer på deres rygfinne, træk tidligere fundet at være vigtige ved hunparring præferencer 7.
Vi anbefaler anvendelse af UV spektrofotometri som en mekanisme til at detektere tilstedeværelsen af UV markeringer. Yderligere forsøg kunne bestemme sin rolle i sociale interaktioner, herunder parring præference (som beskrevet her). Alternativt kan UV egenskaber påvirke shoaling, individuel, køn eller art anerkendelse eller intrasexual interaktioner 3, 12-15.
På trods af nytten af spektrofotometri i bedre forståelse af UV karakteristika organismer, især relateret til deres sociale adfærd, er der nogle kritiske trin, der er nødvendige for fuldt ud at forstå den adfærd, og nogle begrænsninger for, hvad der kan be afsluttet. Alle forsøg skal teste, om fokale personer har præference for UV + eller UV - miljøer ved herunder kontrol uden test individer i de flankerende valg tanke, især da blokere UV kan forårsage ændringer i "lysstyrke" eller luminans organismerne observere. Mens luminans ikke har vist sig at påvirke kvindelig præference i arter nært beslægtede med P. latipinna 16-18 yderligere data beskriver den rolle, lysstyrke og præference tests blev behandlet i en tidligere undersøgelse 19 og kunne være et vigtigt skridt i at sikre, at præferencen ikke baseret på lysstyrken ændres. Alternativt kan forskelle i belysning flux (generelle lysstyrke per tidsenhed) blive udlignet, der giver mulighed for endnu mere kontrol af lysforhold i systemer, hvor det er af bekymring 2,20.
Hertil kommer, for mate choice tests, valg individer bør modsvares så tæt som muligt istørrelse og farve (aka attraktivitet), således at valget afspejler stærkere præference for UV + eller UV -. Alternative teknikker, der tillader en enkelt person, der skal ses under både UV + og UV - kan være nyttige for nogle organismer 21. Disse undersøgelser kan give mulighed for kontrol af eventuelle forskelle i individuel adfærd (som den samme person ses under UV + og UV - betingelser samtidigt). Mens vi ikke se adfærdsmæssige forskelle blandt vores fisk i vores eksperimentelle design, kan dette aspekt være vigtigt for andre organismer eller eksperimentelle design. Desuden vil undersøgelser, der retest enkelte hunner mens skifte siderne af UV-filtre 2 eller at skifte filtre halvvejs igennem en individuel test også være nyttigt, både til styring for individuel side bias. Endelig mens spektrofotometri og parring præference forsøg kan afsløre disse aspekter af en organismes fænotype, protokollen her gøres ikke har mulighed for fuldt ud at bestemme betydningen af UV træk, og hvad de kan afsløre til grupper individer. Fitness forsøg at forstå, hvordan UV træk er påvirket af udviklingen, arv, miljøforhold (såsom forudsigelighed af fødevarer eller rovdyr), eller andre faktorer ville være nyttigt i yderligere forstå betydningen og rolle UV egenskaber.
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).
