Summary
Ce protocole décrit l'utilisation de la spectrophotométrie pour détecter des structures ultraviolets réfléchissant sur les organismes (dans cet exemple, la sailfin molly Poecilia latipinna) et décrit les tests à choix dichotomiques pour les poissons qui permettent de faire des inférences sur le rôle des indices ultraviolets lors de la sélection des partenaires.
Abstract
De nombreux organismes utilisent des indices et des signaux au-delà de la sensibilité humaine au cours des interactions sociales. Il est important de tenir compte de la façon dont les organismes perçoivent leurs mondes en essayant de comprendre leur comportement et de l'écologie. Sensibilité au spectre ultraviolet (UV; 300 - 400 nm) se trouve à travers les genres multiples d'oiseaux, de poissons, de reptiles, d'amphibiens, et même les mammifères. Ce protocole décrit une technique pour les organismes d'examen pour la présence de structures réfléchissant aux UV et une méthode pour tester si ces indices sont utilisés comme signaux sociaux dans le contexte du choix du partenaire. Un spectrophotomètre est utilisé pour détecter la présence du facteur de réflexion UV et de variation d'intensité de réflexion entre les individus et les sexes. Un exemple de cette technique est présenté dans lequel un test de choix du partenaire dichotomique expose les individus sexuellement réceptives à face des individus de sexe dont l'apparence visuelle peut être manipulé par des filtres qui soit transmettent des longueurs d'onde du spectre ou un bloc UV complet. Cesystème a permis de déterminer que les femmes, mais pas les hommes, mollies SailFin (Poecilia latipinna) utilisaient des marquages UV dans le cadre de leurs décisions d'accouplement. Ces types d'études servent à élargir notre connaissance de la gamme d'organismes qui utilisent UV et donnent un aperçu de la façon dont UV joue un rôle dans leur vie.
Introduction
Comprendre les indices et les signaux utilisés dans les interactions sociales animaux nous permet de comprendre la variation phénotypique à l'intérieur et entre les espèces. Cette variation joue un rôle important dans les processus d'évolution tels que la divergence de la population, la sélection sexuelle et de la spéciation. Souvent, cependant, les chercheurs sont limités à explorer les indices les plus évidents aux systèmes sensoriels humains, en particulier ceux dans les royaumes visuels ou auditifs. L'utilisation de la spectrophotométrie, cependant, nous permet d'étendre nos investigations au-delà du spectre visible humain et dans des longueurs d'onde qui peuvent être importantes dans les interactions sociales dans d'autres espèces.
En particulier, la communication à courte portée offerte par ultraviolets (UV; 300 - 400 nm) la sensibilité a le potentiel d'être très avantageux pendant le choix du partenaire 1. De nombreux prédateurs visuels de chasse d'oiseaux et de poissons, par exemple, sont incapables de détecter le rayonnement UV. Dans les systèmes où les hommes affichent minutieusementpour les femmes, ces hommes réduiraient leur risque de prédation tout en maintenant leur capacité à attirer des partenaires en exploitant le spectre UV plutôt que de développer des signaux détectables dans le spectre visible 2,3 .. Si l' on ne parvient pas à envisager la possibilité que les organismes communiquent les uns avec les d'autres utilisent ces "canaux de communication privés", des moteurs importants de comportement et l'évolution peuvent manquer.
Ce protocole décrit une enquête sur l'utilisation des indices UV pour le choix du partenaire dans le sailfin molly, Poecilia latipinna, un poisson polygame qui n'a pas précédemment connu capacité à détecter les UV ou utiliser des marquages UV. Cette espèce de poisson a une proximité phylogénétique à proximité d'autres poissons vivipares sensibles aux UV 4 et il est prouvé que P. microspectroscopique latipinna, ainsi que d'autres espèces telles que P. molly mexicana et P. formosa, possède une classe de cônes (cellules responsables de la co photoréceptricesla vision lor) qui sont les plus sensibles aux longueurs d'onde UV 5. Dans cette espèce dimorphisme sexuel, le choix des femmes a joué un rôle important dans l'évolution de vives nageoires colorées et agrandies des mâles 6-9. Cette méthodologie nous permet d'explorer si UV est un moyen supplémentaire par lequel les femmes évaluent la qualité des hommes.
La détection et la mesure des marquages UV sur P. latipinna en utilisant un spectrophotomètre avec une sonde à fibre optique est détaillé ici. En outre, si mollies femelles réceptives associent différentiellement avec des mâles vus à travers un filtre optique transmettant la lumière à spectre complet, y compris les UV-A ([UV +]; 320-700 nm) et les hommes vus à travers un filtre anti-UV ([UV]; 400 - 700 nm) est discutée. Cette méthode a de larges applications pour découvrir les modèles de sensibilité aux UV et de couleur dans les poissons et d'autres organismes, ce qui permet la recherche sur une variété de questions impliquant des UV et de son rôle dans le comportement.
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Protocol
Toutes les expériences ont été menées avec l'approbation du Comité soin et l'utilisation institutionnelle des animaux de l'Ohio Wesleyan University.
1. Enregistrement UV réflectance du poisson à l'aide d'un spectrophotomètre
- Calibrer un spectrophotomètre et source de lumière avec un blanc standard connu dans la gamme de longueurs d'onde à mesurer selon les recommandations de l'instrument ou du logiciel.
- Anesthésier poisson en plaçant dans une solution à 0,5% de 3-aminobenzoate méthane sulfonique sel de l'acide (MS-222) tamponnée avec une quantité égale de bicarbonate de sodium jusqu'à ce que le poisson ne répond plus. Une fois ne répond pas, placer immédiatement le poisson sur un fond non réfléchissant noir. Remarque: MS-222 est potentiellement toxique, et des gants doit être porté en tout temps.
- Prendre toutes les mesures dans une pièce sombre pour minimiser l'excès de lumière au-delà de la source de lumière du spectromètre.
- facteur de réflexion de la mesure à l'aide d'une sonde à fibre optique maintenue contre le corps de l'organisme. FaireAssurez-vous de former un angle de 45 ° cohérente entre les fibres optiques et le corps, comme il est intégré dans certains modèles de sondes. Remarque: Pour la cohérence de la mesure, il peut être souhaitable de moyenne sur plusieurs balayages (2 - 5) par la région de corps.
- données de réflectance d'enregistrement avec le logiciel d'analyse de réflectance appropriée. Remarque: Le logiciel utilisé ici a été fixé à: l'intégration du temps = 2,000 sec, scans moyenne = 2, et pixel lissage = 5. Les données ont été copiées et collées à une feuille de calcul.
- Répéter l'opération sur plusieurs zones du corps pour déterminer la présence ou l'absence de réflexion UV et l'amplitude des variations phénotypiques dans des organismes. Remarque: les analyses préliminaires peuvent être nécessaires pour déterminer, le cas échéant, les zones du corps montrent régulièrement des marquages UV.
- Retournez le poisson à un aquarium de maintien bien oxygénée jusqu'à guérison complète, comme en témoignent les beats opercule normales et les comportements de natation. Note: Un agent protecteur commercial pour restaurer le revêtement muqueux du corps peut être ajouté pour faciliter la récupération de la peau.
- Représentantmanger sur plusieurs personnes, y compris les deux sexes, si désiré.
- Sur la feuille de calcul où toutes les données ont été copiées, les données de terrain en utilisant un diagramme de dispersion, avec réflexion sur l'axe Y et la longueur d'onde sur l'axe-X. pics d'amplitude dans la gamme des UV (300 - 400 nm) indiquent la présence de réflectance UV sur le poisson.
2. Essais de Mating dichotomiques
REMARQUE: Effectuer des observations de contrôle, dans laquelle le poisson focal, les filtres UV, et les filtres opaques sont en place. Dans ces essais, lorsque les filtres opaques sont enlevés, les poissons focal sera exposé à des parties de la cuve présentant la présence et l'absence de lumière UV, mais dépourvus de partenaires d'accouplement potentiels. Pour plus de détails sur la validité des tests de choix dichotomiques dans cette expérience , voir Palmer et Hankison (2015) 10, bien noter que ces tests présentent également des inconvénients 11.
- Utilisez individus sexuellement réceptives que les organismes d'intervention. Utilisez femme P. latipinna <48 h post - partum 5 and mâles isolés pendant au moins 24 heures avant de tester pour améliorer la probabilité de la motivation sexuelle.
- Placez un seul individu focal dans une zone neutre adjacente à deux compartiments choix. Pour P. latipinna, utilisez un aquarium d'essai 75,7 L (30,5 cm x 30,5 cm x 75 cm; Figure 1) divisé en trois sections par plexiglas transparents cloisons, formant une zone centrale pour l'individu focal flanqué de deux compartiments de choix de taille égale. Veiller à ce qu'aucune eau ou olfactifs indices sont partagés entre les sections de réservoir individuelles. Répétez l'opération pour chaque individu à observer.
Figure 1. Experimental Aquarium Setup Un aquarium rectangulaire divisé en trois sections:. Une zone centrale qui a tenu l'individu focal et deux compartiments d'extrémité qui détenaient des paires d'objets (la figure montre une femme dans le milieu avec les hommes d'objets aux extrémités). fil interchangeabletres que soit réflectance UV bloqué ou autorisé pourrait être placé sur les cloisons de verre divisant les sections mâle et femelle de l'aquarium. Ce chiffre est modifié de Palmer et Hankison (2015) 10. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
- Dans des conditions d'éclairage à spectre complet (éclairage dont le spectre se prolonge dans l'UV-A), isoler un partenaire d'accouplement potentiel dans chaque compartiment d'extrémité (compartiment choix) de l'aquarium de test. Veiller à ce que les partenaires d'accouplement potentiels se ressemblent aussi étroitement que possible dans les caractéristiques de taille, la coloration et d'affichage, de sorte que la principale différence entre les deux partenaires d'accouplement isolés est de savoir si elles apparaissent derrière un filtre qui bloque ou transmet la lumière UV.
NOTE: Il peut être préférable d'enregistrer la réflectance dans le spectre visible pour permettre la meilleure correspondance des couleurs possible, almais ici l'appariement a été fait par les yeux. - Acclimate individus sous isolation visuelle (filtres opaques) pendant 15 min. Veiller à ce que les UV + et - les filtres sont en place à ce moment. Après acclimatation, retirer les filtres opaques. Pour veiller à ce que les biais secondaires ne sont pas présents (préférence inhérente pour un côté du réservoir , indépendamment de l' objet), d' attribuer au hasard le + UV et UV - côtés du réservoir pour chaque chaque essai.
- Notez la quantité de temps que l'individu focal passe dans les zones de préférences spécifiques (zones à proximité des compartiments de choix, dans ce cas, environ deux corps longueurs standard) en utilisant des chronomètres. Pour les poissons femelles, c'est la quantité de temps qu'il passe près de chacun des deux hommes, et vice-versa pour les poissons focal mâle.
REMARQUE: Le logiciel de l'enregistreur d'événement peut également être utilisé pour l'enregistrement. Quinze minutes essais ont été utilisés dans cette expérience et les poissons qui n'ont pas visité chaque zone de préférence au moins une fois ont été exclus des résultats comme étant insensible. - Enregistrer et analyser le temps que les poissons passent près de + vide UV et UV - compartiments pour assurer qu'il n'y a pas une distorsion inhérente à un environnement d'éclairage particulier qui peut influencer le choix d'accouplement du poisson. Utiliser des tests t appariés pour déterminer si les individus préfèrent une condition UV particulier.
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Representative Results
Les figures 1 et 2 montrent l'aquarium de préférence d'accouplement mis en place et les sites de mesure UV pour nos expériences.
Mesure de la réflectance UV a permis de déterminer que P. latipinna ne possèdent des caractéristiques UV, en particulier le long des côtés de leur corps (figure 3), en plus de la variation individuelle de ces traits. Une fois les traits d'UV ont été trouvés, les tests ont révélé que des femmes, mais pas de sexe masculin, P. latipinna utiliser ces caractéristiques dans leurs décisions d'accouplement (Femme: t 15 = 4,08, p = 0,001; Homme: t 14 = 0,67, p = 0,517; Figure 4). Que les deux sexes possèdent des traits UV, mais que les traits ne sont utilisés que par les femmes dans le cadre de la préférence mate peut indiquer un rôle de ces traits dans d' autres interactions sociales, comme shoaling ou butinage, dans P. latipinna.
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Figure 2. Emplacements sur le latipinna Poecilia qui ont été mesurées pour réflectance UV. Les régions ont d' abord été déterminées à partir des essais préliminaires de réflectance avec des échantillons de réflectance prises à travers presque toutes les régions du corps. 1-3, DF (dorsale) et CF (caudale) se réfèrent aux régions du corps représentés sur la figure 3 Ce chiffre est modifié de Palmer et Hankison (2015) 10.. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. Spectra moyenne des mâles et femelles Poecilia latipinna. Les graphiques montrent les moyennes sréflectance pectral mesurée à cinq emplacements (zones latérales, nageoire caudale, nageoire dorsale) SE. Les zones à l'intérieur des cases représentent la réflectance dans le spectre UV. Ce chiffre est modifié de Palmer et Hankison (2015) 10. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. Mean Associate Times of Hommes et femmes. Les graphiques montrent le temps moyen SE que les femmes et les hommes ont passé près de compartiments mâles vus à travers + UV et des filtres UV- lors du contrôle et des essais expérimentaux. Ce chiffre est modifié de Palmer et Hankison (2015) 10. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
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Discussion
Spectrométrie a réussi à identifier les marquages UV sur P. latipinna. Les deux sexes de P. latipinna possèdent des marquages UV le long de leurs côtés. En outre, certains hommes portaient des marques UV sur leurs nageoires dorsales, traits précédemment jugée importante dans les préférences d'accouplement femelle 7.
Nous vous recommandons d'utiliser spectrophotométrie UV comme un mécanisme pour détecter la présence d'un marquage UV. D'autres tests pourraient déterminer son rôle dans les interactions sociales, y compris l'accouplement de préférence (comme indiqué ici). Alternativement, les caractéristiques UV peuvent influencer shoaling, individu, le sexe, ou la reconnaissance des espèces, ou interactions intrasexuelle 3, 12-15.
Malgré l'utilité de la spectrophotométrie à mieux comprendre les caractéristiques UV des organismes, en particulier liés à leur comportement social, il y a quelques étapes critiques nécessaires pour comprendre les comportements et certaines limites à ce qui peut be conclu. Toutes les expériences doivent vérifier si les individus focaux ont la préférence pour les UV + ou UV - environnements en incluant les commandes avec aucun individu d'essai dans les réservoirs de choix flanquant, d' autant plus que le blocage UV peut provoquer des changements dans la «luminosité» ou luminance les organismes observent. Bien que la luminance n'a pas été démontré d'influencer la préférence des femelles dans les espèces étroitement liées à P. latipinna 16-18 données supplémentaires décrivant le rôle des tests de luminosité et de préférence a été abordée dans une étude précédente 19 et pourrait être une étape importante pour assurer que la préférence ne repose pas sur des changements de luminosité. Inversement, les différences dans le flux d'éclairage (luminosité globale par unité de temps) peuvent être égalisées, permettant encore plus de contrôle des conditions d'éclairage dans les systèmes où cela est préoccupant 2,20.
En outre, pour les tests de choix mate, les individus choix doivent correspondre aussi étroitement que possible dansla taille et la coloration (aka attractivité) de telle sorte que le choix reflète plus fortement préférence pour UV + ou UV -. D' autres techniques qui permettent à un seul individu à être vu sous deux UV + et UV - peuvent être utiles pour certains organismes 21. Ces études peuvent permettre un contrôle de toutes les différences dans les comportements individuels (comme le même individu est considéré sous UV + et UV - conditions simultanément). Bien que nous ne voyons pas les différences de comportement entre nos poissons dans notre conception expérimentale, cet aspect peut être important pour d'autres organismes ou modèles expérimentaux. En outre, les études qui retest femelles individuelles tout en changeant les côtés des filtres UV 2, ou que les filtres de commutation à mi-chemin à travers un test individuel serait également utile, à la fois pour contrôler les biais individuels de côté. Enfin, alors que spectrophotométrie et préférences d'accouplement essais peuvent révéler ces aspects du phénotype d'un organisme, le protocole ici fairees pas la capacité de déterminer la signification des traits UV et ce qu'ils peuvent être révélateurs de focales individus. essais de remise en forme pour comprendre comment les traits UV sont touchés par le développement, l'héritage, les conditions environnementales (telles que la prévisibilité de la nourriture ou des prédateurs), ou d'autres facteurs seraient utiles pour comprendre davantage le sens et le rôle des caractéristiques UV.
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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).
