Summary
Detta protokoll beskriver användningen av spektrofotometri att upptäcka ultraviolett reflekterande strukturer organismer (i det här exemplet Sailfin molly Poecilia latipinna) och beskriver dikotoma val tester för fisk som tillåter slutsatser göras på sig rollen av ultraviolett signaler under partnerval.
Abstract
Många organismer använder signaler och signaler bortom mänsklig känslighet under sociala interaktioner. Det är viktigt att ta hänsyn till hur organismer uppfattar sina världar när man försöker förstå deras beteende och ekologi. Känsligheten för det ultravioletta spektrumet (UV, 300-400 nm) återfinns över flera släkten av fåglar, fiskar, reptiler, amfibier och även däggdjur. Detta protokoll beskriver en teknik för att pröva organismer med avseende på närvaro av UV-reflekterande strukturer och en metod för att testa huruvida dessa cues används som sociala signaler i samband med mate val. En spektrofotometer används för att detektera närvaron av UV-reflektans och variation i reflekterande intensitet mellan individer och könen. Ett exempel på denna teknik presenteras i vilken en dikotoma partnerval testet exponerar sexuellt mottagliga individer till motsatta könet individer vars utseende kan manipuleras av filter som antingen sänder hela spektrumet eller blockera UV-våglängder. DettaSystemet tillåts för bestämning att kvinnliga, men inte manliga, Sailfin Mollies (Poecilia latipinna) använde UV markeringar som en del av deras parnings beslut. Dessa typer av studier tjänar till att öka vår kunskap om de olika organismer som utnyttjar UV- och ge insikt i hur UV spelar en roll i deras liv.
Introduction
Förstå signaler och signaler som används i djur sociala interaktioner tillåter oss att förstå den fenotypiska variationen både inom och mellan arter. Denna variation spelar en viktig roll i evolutionära processer som befolknings divergens, sexuell selektion och artbildning. Ofta är dock forskare begränsade till utforska ledtrådar mest uppenbara mänskliga sensoriska system, särskilt inom de visuella eller auditiva riken. Användning av spektrofotometri, men ger oss möjlighet att expandera våra undersökningar utanför det mänskliga synliga spektrumet och in i våglängder som kan vara viktiga i sociala interaktioner i andra arter.
I synnerhet kortdistanskommunikation som ges av ultraviolett (UV, 300-400 nm) känslighet har potential att vara mycket fördelaktigt under partnerval ett. Många visuellt jakt rovdjur av fåglar och fiskar, till exempel, inte kan upptäcka UV-strålning. I system där män visar detaljerattill kvinnor, skulle dessa män minskar risken för predation samtidigt som deras förmåga att attrahera kompisar genom att utnyttja den UV-spektrum snarare än att utveckla ledtrådar detekteras i det synliga spektrat 2,3 .. Om man misslyckas med att överväga möjligheten att organismer kommunicerar med varandra andra som använder dessa "privata kommunikationskanaler", betydande förare av beteende och evolution kan missas.
Detta protokoll beskriver en utredning om användningen av UV-signaler för partnerval i Sailfin molly, Poecilia latipinna, en polygam fisk som inte har någon tidigare känd förmåga att upptäcka UV eller använda UV markeringar. Denna fiskarter har en nära fylogenetiskt närhet till andra UV-känsliga levande bärande fiskar 4 och det finns microspectroscopic bevis för att P. latipinna, tillsammans med andra molly arter såsom P. mexicana och P. Formosa, har en klass av koner (ljusmätare celler som ansvarar för samarbetelor syn) som är mest känsliga för UV-våglängder 5. I detta sexuellt dimorfa art, har kvinnliga val spelat en viktig roll i utvecklingen av hannarnas färgglada och förstorade flänsar 6-9. Denna metod gör det möjligt för oss att undersöka om UV är ett ytterligare medium genom vilket honor bedöma manliga kvalitet.
Detektering och mätning av UV-markeringar på P. latipinna användning av en spektrofotometer med en fiberoptisk sond beskrivs här. Vidare, om mottagliga kvinnliga mollies differentiellt associerar med män tittade genom ett optiskt filter sänder fullspektrumljus inklusive UV-A ([UV +]; 320-700 nm) och män tittade genom en UV-blockerande filter ([UV-]; 400 - 700 nm) diskuteras. Denna metod har breda applikationer för att upptäcka UV känslighet och färgmönster hos fiskar och andra organismer, vilket gör att forskning i en mängd olika frågor som rör UV och dess roll i beteende.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla experiment utfördes med godkännande av Ohio Wesleyan University Institutional Animal Care och användning kommittén.
1. Inspelning UV Reflektans av fisk med hjälp av en spektrofotometer
- Kalibrera en spektrofotometer och ljuskälla med en känd vit standard över våglängdsområde som skall mätas enligt rekommendationerna från instrumentet eller programvara.
- Söva fisken genom att placera i en 0,5% lösning av etyl 3-aminobensoat metansulfonsyrasalt (MS-222) buffrat med en lika stor mängd natriumbikarbonat tills fisken blir svarar. När svarar omedelbart placera fisken på en svart, icke-reflekterande bakgrund. Obs: MS-222 är potentiellt giftiga och handskar bör bäras vid alla tillfällen.
- Gör alla mätningar i ett mörkt rum för att minimera överskott ljus utöver det spektrometerns ljuskällan.
- Åtgärd reflektans med användning av en fiberoptisk sond hålles mot kroppen av organismen. Göranoga med att bilda en enhetlig 45 ° vinkel mellan fiberoptik och kroppen, som är inbyggd i vissa sondkonstruktioner. Obs: För mätning konsistens, kan det vara önskvärt att i genomsnitt över flera skanningar (2 - 5) per kroppsområde.
- Spela reflektionsdata med lämplig reflektions analysprogram. Obs: Den programvara som används här var inställd på: integrationstiden = 2000 sek genomsnittliga skannar = 2, och pixelutjämning = 5. Data kopieras och klistras in till ett kalkylblad.
- Upprepa på flera områden på kroppen för att bestämma närvaro eller frånvaro av UV-reflektans och utbud av fenotypisk variation mellan organismer. Obs: Preliminära skannar kan vara nödvändigt att bestämma vilka, om några, kroppsområden visar konsekvent UV markeringar.
- Återgå fisken till en väl syresatt anläggning akvarium tills den är helt återhämtat sig, vilket framgår av normala kapseln beats och simning beteenden. Obs: En kommersiell skyddande för att återställa slemhinnor beläggningen till kroppen kan tillsättas för att underlätta huden återhämtning.
- Repäta på flera personer, inklusive båda könen, om så önskas.
- På kalkylblad där alla data har kopierats, data tomt med hjälp av en spridningsdiagram, med reflektans på Y-axeln och våglängd på X-axeln. Amplitudtoppar i UV-området (300-400 nm) anger närvaron av UV reflektans på fisken.
2. dichotomous Parning Trials
OBS: Genomför kontroll observationer, där fokus fisk, UV-filter, och ogenomskinliga filter är på plats. I dessa studier, när de ogenomskinliga filter tas bort, kommer fokus fisk att utsättas för delar av tanken visar närvaro och frånvaro av UV-ljus, men saknar potentiella parningspartner. För mer information om giltigheten av dikotoma valsfrågor tester i detta experiment se Palmer och Hankison (2015) 10, men notera att dessa tester har också nackdelar 11.
- Använd sexuellt mottagliga individer som bränn organismer. Använd kvinnlig P. latipinna <48 hr postpartum 5 and män isolerade i minst 24 timmar innan testning för att öka sannolikheten för sexuell motivation.
- Placera en enda kontaktpunkt individ i ett neutralt område intill två val fack. För P. latipinna använder en 75,7 L prov akvarium (30,5 cm x 30,5 cm x 75 cm, Figur 1) uppdelad i tre sektioner av genomskinliga plexiglas partitioner, som bildar ett centralt område för bränn enskilda flankeras av två lika stora val fack. Se till att inget vatten eller luktsignaler delas mellan enskilda tanksektioner. Upprepa för varje individ skall beaktas.
Figur 1. Experimentell Akvarium En rektangulär akvarium indelad i tre sektioner: a. Centralt område som höll i fokus individen och två slut fack som höll objekt par (figuren visar en kvinna i mitten med objekt hanar vid ändarna). utbytbara filgor som antingen blockerad eller tillåten UV reflektion kan placeras över glaspartier som delar de manliga och kvinnliga delar av akvariet. Denna siffra är modifierad från Palmer och Hankison (2015) 10. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
- Under fullspektrumljusförhållanden (belysning vars spektrum sträcker sig in i UV-A-området), isolera en potentiell passande partner i varje ände fack (val fack) av test akvariet. Se till att potentiella passande partner likna varandra så nära som möjligt i storlek, färg och visningsegenskaper, så att den största skillnaden mellan de två isolerade passande partners är om de verkar bakom ett filter som blockerar eller överför UV-ljus.
OBS: Det kan vara föredraget att registrera reflektansen i det synliga spektrumet för att möjliggöra bästa möjliga färgmatchning, almen här matchning gjordes med ögonmått. - Acklimatisera personer under visuella isolering (opaka filter) under 15 minuter. Säkerställa att UV + och - filter är på plats vid denna tidpunkt. Efter acklimatisering, ta bort de ogenomskinliga filter. För att säkerställa att sido förspänner inte är närvarande (inneboende preferens för en sidan av tanken oavsett objekt), slumpmässigt tilldela UV + och UV - sidorna av tanken för varje varje försök.
- Registrera den tid som bränn individen tillbringar inom specifika preferenszoner (områden nära valet fack, i det här fallet cirka två standard kropp längder) med hjälp av stoppur. För honan, är detta den tid man spenderar nära var och en av två hanar, och vice versa för manliga fokus fisk.
OBS: händelseregistrering programvara kan också användas för inspelning. Femton minuter försök användes i detta experiment och fisk som inte besöker varje preferens zon åtminstone en gång uteslöts från resultaten som svarar. - Registrera och analysera den tid som fisken spenderar nära tom UV + och UV - fack för att säkerställa att det inte finns en inneboende bias mot en viss ljusmiljö som kan påverka parnings valet av fisk. Använd parade t-tester för att avgöra om individer föredrar en viss UV tillstånd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figurerna 1 och 2 visar parning preferens akvarium ställa in och UV sajter mätnings för våra experiment.
Mätning UV reflektion tillät bestämningen att P. latipinna besitter UV egenskaper, särskilt längs sidorna av sina kroppar (Figur 3), utöver individuell variation i dessa egenskaper. När UV-drag befanns visade tester att kvinnliga, men inte manliga, P. latipinna använda dessa egenskaper i sina parnings beslut (Kvinna: t 15 = 4,08, p = 0,001; Man: t 14 = 0,67, p = 0,517; figur 4). Att båda könen har UV-drag, men att de egenskaper används endast av kvinnor som en del av mate preferenser kan tyda på en roll av dessa egenskaper i andra sociala interaktioner, såsom shoaling eller födosök, i P. latipinna.
INNEHÅLL "fo: keep-together.within-page =" 1 ">
Figur 2. Platser på Poecilia latipinna som mättes för UV-reflektans. Regioner ursprungligen bestämdes från preliminära reflektions prövningar med reflektions prover från hela nästan alla kroppsregioner. 1-3, DF (ryggfena) och CF (stjärtfenan) hänvisar till kroppsregioner som visas i figur 3 Denna siffra ändras från Palmer och Hankison (2015) 10.. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. Medelvärde Spectra av manliga och kvinnliga Poecilia latipinna. Diagrammen visar medel spectral reflektans mätt på fem platser (sidoområden stjärtfenan, ryggfenan) SE. De områden inuti rutorna representerar reflektans i UV-spektrumet. Denna siffra är modifierad från Palmer och Hankison (2015) 10. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. Mean Associate Times män och kvinnor. Diagrammen visar tiden SE att kvinnor och män tillbringade nära manliga fack tittade genom UV + och UV- filter under kontroll och experimentella tester. Denna siffra är modifierad från Palmer och Hankison (2015) 10. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Spektrofotometri lyckades identifiera UV markeringar på P. latipinna. Båda könen av P. latipinna besitter UV markeringar längs deras sidor. Dessutom är vissa män hade UV-markeringar på sina ryggfenor, drag som tidigare visat sig vara viktigt i kvinnliga parning preferenser 7.
Vi rekommenderar att du använder UV-spektrofotometri som en mekanism för att påvisa förekomsten av UV-märkning. Ytterligare tester kan avgöra dess roll i sociala interaktioner, inklusive parning preferens (som beskrivs här). Alternativt kan UV-egenskaper påverka shoaling, individ, kön eller art erkännande eller intrasexual interaktioner 3, 12-15.
Trots användbarheten av spektrofotometri bättre förstå UV egenskaper organismer, särskilt i samband med deras sociala beteende, finns det några viktiga åtgärder som krävs för att till fullo förstå de beteenden, och några begränsningar för vad som kan be avslutats. Alla experiment bör testa om kontakt individer har preferens för UV + eller UV - miljöer genom att inkludera kontroller med inga testpersoner i de flankerande val tankar, särskilt som blockerar UV kan orsaka förändringar i "ljusstyrka" eller luminans organismerna observera. Även luminans inte har visats påverka kvinnor företräde arter som är närbesläktade med P. latipinna 16-18 ytterligare data detailing roll ljusstyrka och preferenstest togs upp i en tidigare studie 19 och kan vara ett viktigt steg för att säkerställa att företräde är inte baserat på ljusstyrka förändringar. Alternativt kan skillnader i belysningsflödet (totala ljusstyrkan per tidsenhet) utjämnas, vilket möjliggör ännu bättre kontroll av ljusförhållanden i system där detta är av intresse 2,20.
Dessutom, för partnerval tester, val individer bör matchas så nära som möjligt istorlek och färg (aka attraktionskraft) så att val reflekterar starkare preferens för UV + eller UV -. Alternativa tekniker som gör att en enskild individ ses i både UV + och UV - kan vara användbara för vissa organismer 21. Dessa studier kan tillåta kontroll av eventuella skillnader i individuella beteenden (som samma individ ses under UV + och UV - villkor samtidigt). Även om vi inte såg beteendemässiga skillnader bland våra fiskar i vår experimentell design, kan denna aspekt vara viktigt för andra organismer eller experimentell design. Dessutom skulle studier som retest enskilda honor medan omkoppling sidorna av UV-filter 2, eller att kopplingsfilter halvvägs genom ett individuellt test också vara användbara, både för styrning för enskilda sido bias. Slutligen, medan spektrofotometri och parning preferensförsök kan avslöja dessa aspekter av en organisms fenotyp, protokollet här göres inte har möjlighet att till fullo fastställa innebörden av UV-egenskaper och vad de kan avslöja att Focal individer. Fitness försök att förstå hur UV-egenskaper påverkas av utveckling, arv, miljöförhållanden (såsom förutsägbarhet av mat eller rovdjur), eller andra faktorer skulle vara användbar i ytterligare förstå innebörden och roll 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).
