מבחנים כדי זיהוי מבנים המשקף-UV ו לקבוע וחשיבותם העדפות Mate באמצעות מולי המפרש Published: September 14, 2016 doi: 10.3791/54453

DOI

Automatic Translation

• English (Original)
• العربية (Arabic)
• 中文 (Chinese)
• dansk (Danish)
• Nederlands (Dutch)
• français (French)
• Deutsch (German)
• עברית (Hebrew)
• हिंदी (Hindi)
• italiano (Italian)
• 日本語 (Japanese)
• 한국어 (Korean)
• norsk (Norwegian)
• português (Portugese)
• русский (Russian)
• español (Spanish)
• svenska (Swedish)
• Türkçe (Turkish)

Shala J. Hankison¹, Meredith S. Palmer²

¹Department of Zoology, Ohio Wesleyan University, ²Department of Ecology, Evolution, & Behavior, University of Minnesota

Summary

פרוטוקול זה מתאר את השימוש spectrophotometry לזהות מבנים המשקף-אולטרה סגול על אורגניזמים (בדוגמה זו, מולי מפרש Poecilia latipinna) ומתאר בדיקות בחירה דיכוטומית לדגים המאפשרים היקשים להתבצע על עצמו את התפקיד של רמזים אולטרה סגול במהלך בחירת בן זוג.

Abstract

אורגניזמים רבים משתמשים רמזים ואיתותים מעבר רגישות אנושית במהלך אינטראקציות חברתיות. חשוב לקחת בחשבון כמה אורגניזמים תופסים עולמותיהם כשמנסים להבין התנהגות ואקולוגיה שלהם. רגישות הספקטרום אולטרה סגול (UV; 300 - 400 ננומטר) נמצא על פני סוגים שונים של ציפורים, דגים, זוחלים, דו-חיים, ואפילו יונקים. פרוטוקול זה מתאר טכניקה לבחינת אורגניזמים לנוכחות של מבנים משקפים UV ו שיטה לבדוק האם רמזים אלה משמשים אותות חברתיים בהקשר של בחירת תאומה. ספקטרופוטומטר משמש כדי לזהות את נוכחותו של החזרת UV ו וריאציה עוצמת רעיוני בין יחידים מינים. דוגמא טכניקה זו מוצגת בו מבחן בחירת תאומה דיכוטומית חושף אנשים פתוחים מינית ליחידים מין שניים אשר מראה חזותי ניתן להשפיע על ידי מסננים או לשדר אורכי גל UV ספקטרום או לחסום מלאים. זֶהמערכת אפשרה הקביעה כי נקבה, אבל לא זכר, מולי מפרש (Poecilia latipinna) השתמש סימוני UV כחלק החלטות ההזדווגות שלהם. אלו סוגים של מחקרים להרחבת הידע שלנו על מגוון של אורגניזמים לנצל UV ולספק תובנות לגבי האופן שבו UV ממלא תפקיד בחייהם.

Introduction

הבנת הרמזים ואיתותים להשתמש באינטראקציות חברתיות חיה מאפשרת לנו להבין את הווריאציה פנוטיפי הוא בתוך ובין מינים. וריאציה זו ממלאת תפקיד חשוב בתהליכים אבולוציוניים כגון סטייה האוכלוסייה, הברירה הזוויגית, ואת התפצלות. לעתים קרובות, עם זאת, חוקרים מוגבלים לחקור את הרמזים הברורים ביותר למערכות חושיות אדם, בעיקר אלה בתוך התחומים החזותיים או שמיעתיים. שימוש spectrophotometry, לעומת זאת, מאפשר לנו להרחיב את החקירות שלנו מעבר הספקטרום הנראה האדם לתוך אורכי גל כי עשוי להיות חשובים באינטראקציות חברתיות במינים אחרים.

בפרט, תקשורת לטווח קצר המוענקת על ידי אולטרה סגול (UV; 300 - 400 ננומטר) רגישות יש פוטנציאל להיות שיש חשיבות רבה במהלך התאומה הבחירה ^1. רבים חזותיים-ציד טורפי ציפור ודגים, למשל, אינם מסוגלים לאתר את קרינת UV. במערכות כשגברים להציג בקפידהלנקבות, זכרים אלה יפחיתו סיכון הטריפה שלהם תוך שמירה על יכל למשוך בני זוג תוך ניצול ספקטרום UV במקום לפתח רמזים לגילוי בתחום הנראה ^2,3 .. אם אחד נכשל לשקול את האפשרות כי אורגניזמים הם מתקשרים אחד עם "ערוצי תקשורת פרטיים" אחרים באמצעות אלה, למנועים משמעותיים התנהגות והאבולוציה עלולים לרדת לטמיון.

פרוטוקול זה מתאר בחקירת שימוש רמזי UV עבור בחירת תאומה של מולי המפרש, Poecilia latipinna, דג פוליגמיים שאף שידע יכולת בעבר לזהות UV או לנצל סימוני UV. יש מיני דגים זה קרב פילוגנטי קרוב דגי חי נושאות UV אחרים רגיש ⁴ ויש עדויות microspectroscopic כי פ latipinna, יחד עם מינים מולי אחרים כגון פ מקסיקנה ו פ פורמוזה, להחזיק מעמד של קונוסים (תאי קולטי אור אחראים שיתוףחזון lor) הרגישים ביותר עבור אורכי גל UV ^5. במינים דימורפית מיני זו, בחירה נשית מלאה תפקיד חזק באבולוציה של סנפירים בצבע ומורחבים במאור 'הזכרים ^6-9. מתודולוגיה זו מאפשרת לנו לחקור האם UV הוא מדיום נוסף שלפיו נקבות להעריך איכות זכר.

איתור ומדידה של סימונים UV על פ latipinna באמצעות ספקטרופוטומטר עם בדיקת סיבים אופטית מפורטת כאן. יתר על כן, אם מולי נקבה מיוחמת לשייך באופן דיפרנציאלי עם זכרים מוצגים באמצעות מסנן אופטי משדר אור ספקטרום מלא כולל UV-A ([UV +]; 320 - 700 ננומטר) וזכרים מוצגים באמצעות מסנן חוסם קרינה על-סגולה ([UV-]; 400 - 700 ננומטר) נדון. לשיטה זו יש יישומים רחבים על גילוי רגישות UV ודפוסי צבע דגים ואורגניזמים אחרים, המאפשרים מחקר לתוך מגוון של שאלות הנוגעות UV ותפקידה בהתנהגות.

Protocol

כל הניסויים בוצעו באישור ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדיים של אוניברסיטת אוהיו ווסליאן ושימוש.

1. החזרת UV הקלטה של ​​דגים באמצעות ספקטרופוטומטר

1. לכייל ספקטרופוטומטר ומקור אור עם תקן לבן ידוע על פני הטווח של אורכי גל אמור להימדד על פי ההמלצות של המכשיר או תוכנה.
2. להרדים דגים על ידי הצבת פתרון 0.5% אתיל 3-aminobenzoate מתאן sulfonic מלח חומצה (MS-222) שנאגרו עם כמות שווה של סודיום ביקרבונט עד דגים מפסיק להגיב. לאחר מגיב, מיד למקם את הדג על רקע שחור, שאינו רעיוני. הערה: MS-222 הוא רעילים, וצריך ללבוש כפפות בכל עת.
3. קח את כל המדידות בחדר חשוך כדי למזער אור עודף מעבר לזה של מקור אור ספקטרומטר.
4. החזרה מדודה באמצעות בדיקת סיבים אופטית המוחזקים כנגד הגוף של האורגניזם. עשההקפד יוצר זווית 45 ° עקבי בין הסיבים האופטיים ואת הגוף, כמו מובנה בתוך כמה עיצובי בדיקה. הערה: עקביות מדידה, זה עשוי להיות רצוי ממוצע על פני סריקות מרובות (2 - 5) לכל אזור בגוף.
5. נתוני החזרת שיא עם תוכנת ניתוח ההחזרה מתאימה. הערה: התוכנה בה משתמשת כאן נקבעה: שילוב זמן = 2,000 שניות, סריקות ממוצעות = 2, חלקת פיקסל = 5. נתונים היה להעתיק ולהדביק לגיליון אלקטרוני.
6. חזור על אזורים בגוף רבים כדי לקבוע קיומו או אי קיומו של החזרת UV ומגוון וריאציה פנוטיפי ברחבי אורגניזמים. הערה: סריקות ראשוניות עשויות להיות נחוצות כדי לקבוע אילו, אם בכלל, אזורים בגוף מראים בעקביויות סימוני UV.
7. להחזיר את הדג באקווריום החזקה מחומצנים היטב עד התאושש לחלוטין, כפי שמעיד פעימות operculum נורמליות והתנהגויות שחייה. הערה: מגנים מסחריים לשחזר את הציפוי הרירי לגוף ניתן להוסיף על מנת לסייע בתהליך החלמת עור.
8. נציגלאכול על פני אנשים רבים, כולל שני המינים אם תרצה בכך.
9. על גיליון אלקטרוני שבו כל הנתונים הועתקו, נתוני עלילה באמצעות scatterplot, עם החזרה על ציר Y וארך גל על ​​ציר ה- X. פסגות Amplitude בטווח UV (300 - 400 ננומטר) להעיד על הנוכחות של החזרת UV על הדג.

2. ניסויים מזווגים דיכוטומי

הערה: בצע תצפיות שליטה, שבו מוקד דגים, מסנני UV, ומסננים אטומים נמצאים במקום. בניסויים אלה, כאשר המסננים האטומים יוסרו, דגי מוקדים ייחשפו חלקים של טנק הצגת הנוכחות והיעדרות של אור UV, אך חסרים שותפי הזדווגות פוטנציאליים. לפרטים על תוקף בדיקת בחירה דיכוטומית בניסוי זה לראות פאלמר Hankison (2015) ^10, למרות פתק כי בדיקות אלה יש גם חסרונות ^11.

1. השתמש מינית אנשים פתוחים כמו אורגניזמים מוקדים. השתמש נקבת פ latipinna <48 שעות לאחר הלידה ⁵ אnd זכרים מבודדים לפחות 24 שעות לפני הבדיקה כדי לשפר את הסיכוי של מוטיבציה מינית.
2. מניח אדם יחיד מוקדים לאזור ניטראלי סמוך לשני תאי ברירה. עבור פ' latipinna, להשתמש אקווריום 75.7 L הבדיקה (30.5 ס"מ x 30.5 ס"מ x 75 ס"מ; איור 1) מחולק לשלושה חלקים על ידי מחיצות פרספקס שקוף, ויצרו באזור מרכזי עבור מוקדי הפרט ולצדו שני תאים בחירה שווים בגודלם. ודא כי אין סימני מים או ריח משותפים בין חלקי טנק בודדים. חזור על הפעולה עבור כל אדם שיש לקיימה.

איור 1. ניסיוני אקווריום התקנת אקווריום מלבני מחולק לשלושה חלקים:. אזור מרכזי שהחזיק פרט המוקדים ושני תאי הסוף שהחזיקו זוגות אובייקט (הדמות מראה נשית באמצע עם זכרי אובייקט בקצים). fil להחלפהters כי גם החזרת UV חסמה או מותר יכולה להיות ממוקמת על מחיצות זכוכית חלוקת הקטעים זכר ונקבה של האקווריום. נתון זה שונה מן פאלמר Hankison (2015) ^10. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

3. בתנאי תאורת ספקטרום מלא (תאורת ספקטרום אשר משתרע לתוך UV-A טווח), לבודד שותף הזדווגות פוטנציאלי אחד בכל (תא בחירה) תא סוף אקווריום המבחן. ודא כי שותפי הזדווגות פוטנציאל דומים זו לזו ככל האפשר במאפייני גדלים, צבעים ותצוגה, כך ההבדל העיקרי בין שני שותפי ההזדווגות המבודדים הוא האם הם מופיעים מאחורי מסנן שחוסם או מעביר אור UV.
   הערה: זה עשויה להיות עדיף להקליט החזרה בתחום הנראה כדי לאפשר את התאמת הצבעים הטובה ביותר האפשרית, אלאם כי כאן ההתאמה נעשתה לפי העין.
4. להסתגל אנשים בבידוד חזותי (מסננים אטומים) במשך 15 דקות. ודא + UV ו - מסננים נמצאים במקום בשלב זה. בעקבות הסתגלות, הסר את מסנני אטום. כדי להבטיח כי הטיות הצד אינן נוכחות (העדפה מובנית בצד אחד של האקווריום קשר האובייקט), באופן אקראי להקצות את UV ⁺ ו- UV ^- דפנות המכל עבור כל אחד מניסויים.
5. רשום את כמות הזמן שפרט מוקדי מבלה בתוך אזורי העדפה מסוימים (באזורים סמוכים תאי הבחירה, במקרה זה כשני גוף סטנדרטי אורך) באמצעות סטופרים. עבור דגים נשיים, זהו משך הזמן שהוא מבלה ליד כל אחד משני זכרים, ולהפך עבור מוקדי דג זכר.
   הערה: תוכנת מקליט אירוע יכולה לשמש גם למטרות הקלטה. רבע שעת ניסויים שמשו בניסוי זה ודגים שלא לבקר בכל אזור עדיף לפחות פעם לא נכללו התוצאות כמו להיות מגיב.
6. להקליט ולנתח את הזמן כי דגים לבלות ליד ⁺ UV ריק UV ^- תאים כדי להבטיח כי אין להטיה טבועה כלפי סביבת תאורה מסוימת העשויים להשפיע על בחירת ההזדווגות של הדג. השתמש מבחני t מזווגים כדי לקבוע אם אנשים מעדיפים מצב UV בפרט.

Representative Results

איורים 1 ו -2 מציגים את האקווריום העדפה ההזדווגות להגדיר ואתרי מדידה UV לניסויים שלנו.

מדידת החזר UV מותר הקביעה כי פ latipinna לעשות בעלי מאפייני UV, במיוחד בצדי גופם (איור 3), בנוסף וריאציה בודדת תכונות אלה. ברגע תכונות UV נמצאו, בדיקות חשף נשיות, אך לא זכר, פ latipinna להשתמש במאפיינים אלה בהחלטות ההזדווגות שלהם (נקבה: T ₁₅ = 4.08, p = 0.001; זכר: t ₁₄ = 0.67, p = 0.517; איור 4). כי שני המינים הם בעלי תכונות UV, אך כי תכונות משמשים רק על ידי הנקבות כחלק העדפה התאומה עלולה להצביע על התפקיד של תכונות אלה אצל אינטראקציות חברתיות אחרות, כגון shoaling או הליקוט, ב פ latipinna.

ontent "FO: keep-together.within-page =" 1 ">

מיקומי איור 2. על latipinna Poecilia שנמדדו עבור UV החזרה. האזורים נקבעו בתחילה ממחקרי החזרה ראשוניים עם דגימות החזרה שנלקחו על פני כמעט כל האזורים בגוף. 1 - 3, DF (סנפיר גב) ו- CF (זנב סנפיר) מתייחסים לאזורים בגוף שמוצגים באיור 3 נתון זה שונה מן פאלמר Hankison (2015) ^10.. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3. Mean ספקטרה של הזכר והנקבה Poecilia latipinna. הגרפים מראים את הים הממוצעהחזרת pectral הנמדדים בחמישה מוקדים (אזורים בצד, סנפיר זנב, סנפיר גב) SE. האזורים בתוך תיבות מייצגי החזרה בספקטרום UV. נתון זה שונה מן פאלמר Hankison (2015) ^10. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4. Mean עמית טיימס של זכרים ונקבות. הגרפים מראים את SE בינתיים כי נקבות וזכרים בילו ליד תאי זכר נצפים מבעד + UV ומסנן UV- במהלך מלא בדיקות ניסיוניות. נתון זה שונה מן פאלמר Hankison (2015) ^10. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Discussion

Spectrophotometry הצליח בזיהוי סימני UV על פ latipinna. שני המינים של פ latipinna להחזיק סימוני UV לאורך צדם. בנוסף, היו כמה זכרים סימונים UV על סנפירי הגב שלהם, תכונות מצאו בעבר להיות חשוב בהעדפות ההזדווגות הנקבה ^7.

אנו ממליצים להשתמש spectrophotometry UV כמנגנון כדי לזהות את נוכחותו של סימוני UV. בדיקות נוספות יכולות לקבוע את תפקידה באינטראקציות חברתיות, לרבות נטייתו הזדווגות (כמפורט כאן). לחלופין, מאפייני UV עשויים להשפיע shoaling, בודד, מין, או הכרת מינים, או אינטראקציות intrasexual ^{3, 12-15.}

למרות התועלת של spectrophotometry ב הבנה טובה יותר של מאפייני UV של אורגניזמים, במיוחד הקשורים בהתנהגותם החברתית, ישנם כמה צעדים קריטיים הדרושים כדי להבין את ההתנהגויות, וכמה מגבלות על מה יכול בדואר סיכם. כל הניסויים צריכים לבחון האם יש אנשי מוקדי העדפת UV ⁺ או UV ^- סביבות ידי לרבות בקרות ללא אנשי בדיקת טנקי בחירת האיגוף, במיוחד כמו חסימת UV עשוי לגרום לשינויים "בהירות" או בהיקות האורגניזמים להתבונן. בעוד בהיקות לא הוכחה להשפיע העדפה נקבות של מין קשור קשר הדוק פ latipinna ^16-18 נתונים נוספים המשקפים את תפקידם של בדיקות בהירות העדפה טופלו במחקר קודם ¹⁹ ויכולים להיות צעד חשוב בהבטחת ההעדפה שאינה מבוסס על שינויים בהירים. לחלופין, בדלי שטף התאורה (בהירות הכוללת ליחידת הזמן) ניתן להשוות, המאפשרים שליטה רבה עוד יותר של תנאי תאורה במערכות לאן זה הוא מקור לדאגה ^2,20.

בנוסף, לבדיקות בבחירת בן זוג, אנשי בחירה צריכים להיות מתאימים ככל האפשרגודל צבע (aka אטרקטיבית) כך הבחירה הזו התחזקה בי משקף העדפת UV ⁺ או UV ^-. טכניקות חלופיות המאפשרות אדם יחיד כדי שיוצג תחת שני UV ⁺ ו- UV ^- עשוי להיות שימושי עבור כמה אורגניזמים ^21. מחקרים אלה עשויים לאפשר בקרה של כל הבדלים בהתנהגות פרט (כמו אותו האדם נתפס תחת UV ⁺ ו- UV ^- תנאים בעת ובעונה אחת). למרות שאנו לא רואים הבדלים התנהגותיים בין הדגים שלנו בעיצוב הניסוי שלנו, היבט זה עשוי להיות חשוב עבור אורגניזמים אחרים או עיצובים ניסיוניים. בנוסף, מחקרים בדוקים שוב נקבות פרט בעת המעבר בצידי מסנני UV ^2, או כי מסנני מתג באמצע הדרך באמצעות בדיקה אישית גם יהיו שימושיים, הוא לשליטה עבור הטיה לצד פרט. לבסוף, בעוד ניסויי spectrophotometry והעדפת הזדווגות יכולים לחשוף היבטים אלה של של פנוטיפ האורגניזם, הפרוטוקול כאן לעשותes אין את היכולת לקבוע באופן מלא את המשמעות של תכונות UV ומה הם עשויים להיות מגלים מוקדי אנשים. ניסויי כושר להבין כיצד תכונות UV מושפעות פיתוח, ירושה, תנאים סביבתיים (כגון חיזוי של מזון או טורפים), או גורמים אחרים יהיו שימושיים בהבנה עוד יותר את משמעותם ותפקידם של מאפייני UV.

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