Summary
Этот протокол описывает использование спектрофотометрии для обнаружения ультрафиолетового отражающей структуры на организмы (в данном примере SailFin Molly Poecilia latipinna) и описывает дихотомические тесты выбора для рыб , которые позволяют умозаключения быть сделан на роли ультрафиолетовых репликами во время выбора партнера.
Abstract
Многие организмы используют сигналы и сигналы за пределами человеческой чувствительности во время социальных взаимодействий. Важно учитывать, как организмы воспринимают свои миры, пытаясь понять их поведение и экологию. Чувствительность к ультрафиолетовым (УФ спектра; 300 - 400 нм) встречается по нескольким родам птиц, рыб, рептилий, амфибий и даже млекопитающих. Этот протокол описывает методику изучения организмов на наличие УФ-отражающих структур и способ тестирования, используются ли эти сигналы в качестве социальных сигналов в контексте выбора партнера. Спектрофотометр используется для обнаружения присутствия УФ-отражательной способности и изменения в отражательной интенсивности между отдельными лицами и полов. Примером этого метода представлен в котором тест дихотомичным выбор партнера подвергает сексуально восприимчивых лиц к противоположным секс лицам, внешний вид можно манипулировать с помощью фильтров, которые либо передают полный спектр или блок ультрафиолетового излучения. ЭтаСистема позволила для определения , что женщины, но не мужчины, SailFin молли (Poecilia latipinna) были с использованием УФ - маркировки в рамках своих брачных решений. Такого рода исследования служат для расширения наших знаний о разнообразных организмов, которые используют УФ и обеспечить понимание того, как УФ играет определенную роль в их жизни.
Introduction
Понимание сигналы и сигналы, используемые в социальных взаимодействиях животных позволяет нам понять изменение фенотипического как внутри, так и среди видов. Это изменение играет важную роль в эволюционных процессах, таких как дивергенции населения, половой отбор и видообразование. Часто, однако, исследователи ограничиваются исследуя сигналы наиболее очевидные для сенсорных систем человека, особенно в зрительных или слуховых областей. Использование спектрофотометрии, однако, позволяет нам расширить наши исследования за пределами видимого спектра человеческого и в длинах волн, которые могут иметь важное значение в социальных взаимодействиях в других видах.
В частности, малой дальности связи , обеспечиваемая ультрафиолетовым (УФ, 300 - 400 нм) чувствительность имеет потенциал , чтобы быть весьма выгодным во время выбора партнера 1. Многие визуально охота хищников птиц и рыб, например, не в состоянии обнаружить УФ-излучение. В системах, где самцы проявляют продуманнодля женщин, мужчин эти бы снизить риск хищничества при сохранении их способности привлекать помощников за счет использования УФ - спектр , а не разрабатывать киев обнаружить в видимой области спектра 2,3 .. Если не удается рассмотреть вопрос о возможности того, что организмы общаются друг с другие, использующие эти "частные каналы связи", значимые драйверы поведения и эволюции могут быть упущены.
Этот протокол описывает расследование с использованием УФ - киев для выбора партнера в SailFin Molly, Poecilia latipinna, полигамный рыбы, не имеющая ранее известный способность обнаруживать UV или использовать УФ - маркировки. Эта рыба вид имеет тесную близость к филогенетическое других УФ-чувствительных живородящих рыб 4 и есть microspectroscopic доказательства того, что П. latipinna, наряду с другими видами Molly , такие как P. Mexicana и P. Формоза, обладают классом конусов (фоторецепторов клетки , ответственные за участиелор зрения) , которые наиболее чувствительны к УФ - длинах волн 5. В этой половой диморфизм видов, женский выбор играет важную роль в эволюции самцов ярко цветные и увеличенными плавниками 6-9. Данная методика позволяет исследовать УФ является ли дополнительная среда, с помощью которого женщины оценивают мужчин качество.
Обнаружение и измерение УФ - маркировки на P. latipinna с использованием спектрофотометра с волоконно - оптический зонд подробно описаны здесь. Кроме того, является ли восприимчивые женские молли дифференцированно ассоциировать с самцами просмотрены через оптический фильтр пропускания света полного спектра, включая УФ-А ([UV +]; 320 - 700 нм) и самцы смотрел через фильтр УФ-блокировки ([УФ-]; 400 - 700 нм) обсуждается. Этот метод имеет широкое применение для обнаружения моделей УФ-чувствительности и цвета у рыб и других организмов, позволяя исследование различных вопросов, связанных с УФ и его роль в поведении.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все эксперименты были проведены с одобрения Institutional Animal Care и использование комитета Ohio Wesleyan университета.
1. Запись UV отражательной рыбы с использованием спектрофотометра
- Откалибруйте спектрофотометр и источник света с известным белым стандартом во всем диапазоне длин волн, чтобы быть измерены в соответствии с рекомендациями документа или программного обеспечения.
- Обезболить рыбы путем размещения в 0,5% растворе этилового эфира 3-аминобензойной кислоты метансульфокислоты соли (МС-222) буферном с равным количеством бикарбоната натрия до тех пор, пока рыба перестает отвечать на запросы. После того, как отвечать на запросы, немедленно поместите рыбу на черном, антибликовым фоне. Примечание: MS-222 является потенциально токсичным, и следует надевать перчатки во все времена.
- Все измерения в затемненной комнате, чтобы минимизировать избыток света сверх того, что от источника света спектрометра.
- Мера отражательной способности с использованием волоконно-оптического зонда удерживается на теле организма. Делатьобязательно образуют угол 45 последовательного ° между волоконной оптики и тела, а встроен в некоторых конструкциях зонда. Примечание: Для согласованности измерений, может быть желательно, чтобы среднее значение по нескольким сканирований (2 - 5) в области тела.
- Запись отражательной данных с помощью соответствующего программного обеспечения для анализа отражательной способности. Примечание: Программное обеспечение, используемое здесь было установлено значение: время интегрирования = 2000 сек, в среднем сканирования = 2, а пиксель сглаживания = 5. Данные были скопированы и вставлены в электронную таблицу.
- Повторите на нескольких участках тела, чтобы определить наличие или отсутствие УФ-отражательной способности и диапазона фенотипической изменчивости поперек организмов. Примечание: Предварительные просмотры могут быть необходимы, чтобы определить, какие, если таковые вообще имеются, участки тела, последовательно показывают UV маркировки.
- Вернуть рыбу в хорошо окисленной удерживающей аквариуме, пока полностью не выздоровел, о чем свидетельствует нормальными крышечкой ударах и плавательными поведения. Примечание: Коммерческий защищающее для восстановления слизистой оболочки полости на организм может быть добавлен, чтобы помочь в восстановлении кожи.
- репседят между несколькими лицами, в том числе представителей обоих полов при желании.
- В таблице, где все данные были скопированы, сюжетные данные, используя диаграмму рассеяния, с отражательной способностью на Y-оси и длины волны на оси абсцисс. Амплитудные пики в УФ-диапазоне (300 - 400 нм), указывают на наличие УФ-отражательной способности на рыбу.
2. Испытания Дихотономические Спаривание
Примечание: Выполните контрольные наблюдения, в которых фокусного рыбы, УФ-фильтры, и непрозрачные фильтры на месте. В этих испытаниях, когда непрозрачные фильтры удаляются, очаговый рыба будет подвергаться воздействию части резервуара, отображающих наличие и отсутствие УФ-излучения, но не имеющих потенциальных брачных партнеров. Более подробную информацию о правомерности дихотомичных испытаний выбор в этом эксперименте см Палмер и Hankison (2015) 10, хотя и отмечают , что эти тесты также имеют свои недостатки 11.
- Использование сексуально восприимчивых лиц в качестве координаторов организмов. Использование женского P. latipinna <48 ч послеродового 5 ай самцы выделяли в течение по крайней мере 24 часов до тестирования, чтобы повысить вероятность сексуальной мотивации.
- Поместите единого координатора индивида в нейтральной зоне, прилегающей к двум выбора отсеков. Для P. latipinna, использовать тестовый аквариум 75,7 L (30,5 см х 30,5 см х 75 см; рисунок 1) , разделенный на три секции прозрачного плексигласа перегородок, образуя центральную зону для фокусного индивидуальной между двух одинакового размера выбора отсеков. Убедитесь в том, что вода или обонятельные сигналы не распределяются между отдельными секциями цистерн. Повторите эти действия для каждого человека, чтобы наблюдать.
Рисунок 1. Экспериментальная установка аквариума Прямоугольный аквариум разделен на три секции:. Центральная область , которая провела фокусного индивидуальные и две концевые отсеки , которые держали пары объектов (на рисунке показана женщина в среднем с объекта самцов на концах). Сменная филраметров, либо блокируется или разрешается УФ коэффициент отражения может быть помещен над стеклянными перегородками, разделяющих мужские и женские секции аквариума. Эта цифра изменяется от Palmer и Hankison (2015) 10. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
- Под полным спектром условий освещения (освещения, спектр которого простирается в УФ-A диапазон), изолировать одного потенциального партнера спаривания в каждом конце отсека (выбор отсека) тестового аквариума. Убедитесь в том, что потенциальные партнеры соединяемые похожи друг на друга как можно более точно по размеру, окраске и отображения характеристик, так что основное различие между двумя изолированными партнерами спаривание появляются ли они за фильтром, который блокирует или пропускает УФ-излучение.
Примечание: Может быть предпочтительным, чтобы записывать отражательную способность в видимой области спектра, с тем чтобы наилучшее соответствие цвета, Alхотя здесь сопоставление было сделано глазом. - Акклиматизироваться лиц, находящихся под визуальной изоляции (непрозрачные фильтры) в течение 15 мин. Убедитесь в том, что УФ + и - фильтры на месте в это время. После акклиматизации, удалите непрозрачные фильтры. Для того, чтобы гарантировать , что боковые уклоны нет (присущая предпочтение одной стороне резервуара независимо от объекта), случайным образом назначать УФ + и УФ - стенок резервуара для каждого каждого испытания.
- Запишите количество времени, что фокусное человек тратит в пределах конкретных предпочтений зон (областей вблизи выбора отсеков, в этом случае длин примерно два стандартных тела) с помощью секундомера. Для женской рыбы, это количество времени, которое тратит около каждого из двух мужчин, и наоборот для мужского фокальной рыбы.
Примечание: Регистратор событий программное обеспечение также может быть использован для записи. Через пятнадцать минут испытания были использованы в этом эксперименте и рыб, которые не посещают каждую зону предпочтение по крайней мере один раз были исключены из результатов как отвечать на запросы, - Запись и анализ времени , что рыба провести рядом с пустым УФ + и УФ - отсеков , чтобы обеспечить , что не существует врожденная уклон в сторону конкретного освещения окружающей среды , которые могут повлиять на выбор брачного рыбы. Используйте спаренные т-тесты, чтобы определить, есть ли люди предпочитают определенный УФ состояние.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
На рисунках 1 и 2 показаны сопрягаемой предпочтения аквариума настроить и места измерения ультрафиолетового излучения для наших экспериментов.
Измерение УФ отражения разрешено для определения того, что П. latipinna действительно обладают УФ - характеристики, особенно по бокам их тела (рисунок 3), в дополнение к индивидуальной изменчивости этих признаков. После того, как УФ - признаки были найдены, тестирование показало , что самки, но не мужчина, P. latipinna использовать эти характеристики в своих брачных решений (Женщины: 15 т = 4,08, р = 0,001; мужчина: 14 т = 0,67, р = 0,517; рис 4). Что оба пола обладают УФ черты, но черты используются только самок , как часть предпочтения партнера может указывать на роль этих признаков в других социальных взаимодействий, таких , как обмеление или нагула, в P. latipinna.
ontent "ВОК: Keep-together.within-страницу =" 1 ">
Рисунок 2. Расположение на latipinna Poecilia , которые измерялись для УФ - отражательной способности . Регионы были первоначально определены из предварительных испытаний с отражательной образцов , взятых из отражательных через почти во всех регионах тела. 1 - 3, DF (спинного плавника) и CF (хвостового плавника) относятся к областям тела , показанные на рисунке 3 Эта цифра изменяется от Palmer и Hankison (2015) 10.. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3. Среднее Спектры мужских и женских Poecilia latipinna. Графики показывают средние Spectral отражательная способность измеряется в пяти местах (боковые области, хвостового плавника, спинной плавник) SE. Области внутри окна представляют собой отражательную способность в УФ-спектре. Эта цифра изменяется от Palmer и Hankison (2015) 10. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4. Среднее Ассоциированный Времена самцов и самок. Графики показывают среднее время SE , что самки и самцы провели вблизи мужских отделений просмотрены через УФ + и уф фильтров во время контрольных и экспериментальных испытаний. Эта цифра изменяется от Palmer и Hankison (2015) 10. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Спектрофотометрия был успешным в выявлении УФ - маркировки на P. latipinna. Оба пола из P. latipinna обладают УФ - маркировки вдоль их сторон. Кроме того, некоторые мужчины имели УФ - маркировки на их спинных плавников, черты ранее установлено, что важную роль в женских половых предпочтений 7.
Мы рекомендуем использовать УФ-спектрофотометрии в качестве механизма для обнаружения присутствия УФ-маркировки. Дальнейшее тестирование может определить свою роль в социальных взаимодействиях, в том числе сопрягаемой предпочтения (как подробно описано здесь). В качестве альтернативы, УФ - характеристики могут влиять на обмеление, индивидуальный, секс, или признания видов или intrasexual взаимодействий 3, 12-15.
Несмотря на полезность спектрофотометрии в лучшем понимании УФ характеристики организмов, в особенности, связанные с их социального поведения, есть некоторые важные шаги, необходимые для полного понимания поведения, а также некоторые ограничения на то, что можно бе пришел к выводу. Все эксперименты должны проверить , является ли фокусные люди имеют предпочтение UV + или УФ - среды путем включения элементов управления без каких - либо тестов лиц в фланговых выбор танков, особенно как блокирующие УФ может вызвать изменения в "яркости" или яркости организмы наблюдать. В то время как яркость не было показано влияние женского предпочтения в видов , тесно связанных с P. latipinna 16-18 дополнительные данные , детализирующие роль яркости и предпочтений испытаний был рассмотрен в предыдущем исследовании , 19 и может стать важным шагом в обеспечении того , чтобы предпочтение не основано на изменении яркости. В качестве альтернативы, различия в потоке освещения (общая яркость на единицу времени) может быть уравнены, что позволяет еще большего контроля условий освещения в системах , где это вызывает беспокойство 2,20.
Кроме того, для испытаний выбор партнера, выбор лица должны быть подобраны настолько близко, насколько это возможноразмер и окраска (он же привлекательность) , так что выбор более сильно отражает предпочтение UV + или УФ -. Альтернативные методы , которые позволяют одному человеку рассматривать как под УФ + и УФ - может быть полезен для некоторых организмов 21. Эти исследования могут позволить для контроля каких - либо различий в индивидуальном поведении (как тот же человек , рассматривается под действием УФ + и УФ - условия одновременно). В то время как мы не видели различия в поведении среди наших рыб в нашей экспериментальной конструкции, этот аспект может иметь важное значение для других организмов или экспериментальных образцов. Кроме того, исследования , которые Retest отдельных самок при переключении стороны УФ - фильтров 2, или этот переключатель фильтров на полпути через индивидуальный тест будет также полезно, как для контроля индивидуальной бокового смещения. И, наконец, в то время как спектрофотометрия и предпочтения спаривание испытания могут выявить эти аспекты фенотипа организма, протокол здесь делатьэс не имеют возможности в полной мере определить значение УФ черт и что они могут быть раскрывающий фокусному лиц. Фитнес испытания, чтобы понять, как УФ черты влияние развития, наследования, условий окружающей среды (например, предсказуемость пищи или хищников), или другие факторы будут полезны в дальнейшем понимании смысла и роли УФ-характеристик.
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).
