Summary
ゼブラフィッシュの人格が電流と弱い磁場を水への対応をどのように影響するかを評価するために設計された行動プロトコルについて述べる。同じ個性を持つ魚は彼らの探索行動に基づく区切られます。さらに、スイミング トンネルの低流速率と磁気の異なる条件の下で彼らの rheotactic 配向挙動を観察します。
Abstract
自分の環境で彼ら自身を方向づける、動物は、さまざまな人格など、いくつかの内部要因と相互作用する外部の手がかりを統合します。ここでは、ゼブラフィッシュの人格の複数の外部環境の手がかり、具体的には水の流れと磁場の方向応答に及ぼす影響の研究のために設計された行動プロトコルについて述べる。このプロトコルは積極的かどうかを理解することを目的とまたは反応性のゼブラフィッシュは、異なる rheotactic のしきい値を表示 (すなわち、魚が遡上を開始する流れ速度) 周囲の磁場がその方向を変更します。性格が同じゼブラフィッシュを識別するために魚がタンクの半分は明るい半分に狭い開口部と接続されている暗闇の中で紹介しています。積極的な魚だけを探る小説、明るい環境。反応性の魚はタンクの暗い半分を終了しないでください。低流量でスイミング トンネルは、rheotactic のしきい値を決定するために使われます。トンネル内の地球の磁場強度の範囲で磁場を制御する 2 つの設定を述べる: 流れ方向 (1 次元) と磁場の 3 軸制御を可能にする磁界を制御する 1 つ。魚は異なる磁場下でトンネル内の流れの速度の段階的増加を体験しながら撮影しました。配向挙動データはビデオ追跡手順を通じて収集された、rheotactic のしきい値の決定を許可するロジスティック モデルに適用されます。ゼブラフィッシュを浅くから収集した代表的な結果を報告します。具体的には、これらは積極的な魚は磁場の変化に応答しない、その方向に磁場が変化する場合のみ反応、慎重な魚が rheotactic の閾値の変動を示すことを実証します。この方法論は、磁気感受性の研究と多くの水生種、両方の孤独を表示またはスイミング戦略を浅く rheotactic 動作に適用できます。
Introduction
現在の研究では、魚の水の流れや磁場などの外部方向キューに魚の遊泳方向応答に人格の役割の調査のスコープを持つ研究室の行動プロトコルについて述べる.
様々 な感覚情報を計量動物の配向の決定の結果します。意思決定プロセスの影響を受けて移動する動物の能力によって (例えばを選択し、方向を維持する能力) の内部状態 (例えば、摂食や繁殖必要性)、移動 (例えば、歩行バイオメカニクス) といくつかの追加の能力外部要因 (例えば、時間帯、同種との相互作用)1。
内部状態や配向挙動で動物の人格の役割はしばしば不十分と理解されてまたは2を検討していません。よく調整を実行し、偏光グループ運動動作3社会的水生種の配向に関する研究、新たな課題が生じます。
水の流れは、魚の配向過程で重要な役割を再生します。魚の方向電流と呼ばれる逆さ流れ走性4、肯定的な (すなわち、上流指向) することができます無条件の応答または否定的 (すなわち下流指向) を水との最小化に採餌に至るいくつかの活動に使用エネルギッシュな支出5,6。また、文献の成長するボディは、多くの魚種では、オリエンテーションとナビゲーション7,8,9の地磁気を報告します。
魚の逆さ流れ走性と水泳パフォーマンスの研究は通常フロー チャンバー (水路)、魚にさらされている流れの速度の段階的増加高速、低速から枯渇 (危険速度と呼ばれる)10、まで頻繁に実施します。 11。一方、以前の研究はまだ水12,13の競技場で動物の遊泳行動の観察を通して方向に磁場の役割を調べた。ここでは、水の流れと磁場の両方を操作しながら魚の挙動を研究に研究ができる研究室テクニックについて述べる。このメソッドは周囲の磁場の操作 (すなわち、最小限の水速度の rheotactic のしきい値を決定する結論につながる私たちの以前の研究で浅くゼブラフィッシュ (動脈分布) で最初に利用されました。オリエント上流の魚が遊泳)14。このメソッドは、地球の磁場強度の範囲内の水路磁気フィールドを制御するセットアップと組み合わせての遅い流れと水路区域の使用に基づいています。
利用してゼブラフィッシュの動作を観察するスイミング トンネルは図 1の通りです。(Nonreflecting アクリル シリンダー直径 7 cm と 15 cm の長さから成っている) トンネルが流れレート14の制御のためのセットアップに接続されます。このセットアップでは、トンネル内の流量の範囲は 0 ~ 9 cm/秒で異なります。
スイミング トンネルの磁場を操作するには、2 つの方法論的アプローチを使用: 最初は 1 次元と 2 番目が立体化。アプリケーションにこれらのメソッド操作固有の磁気条件水の定義済みのボリュームを取得する地磁気-したがって、本研究で報告された磁場強度のすべての値は、地磁気を含めます。
1 次元に関する15のアプローチ、(x 軸として定義) 水の流れの方向に沿って、磁場を操作スイミング トンネルを包んだソレノイドを使用しています。これが電源ユニットに接続されている、それは均一静磁場 (図 2 a) を生成します。同様に、3次元的アプローチの場合、電線のコイルを用いたスイミング トンネルを含むボリュームで地磁気を変更します。ただし、3 次元磁場を制御するコイル 3 つの直交ヘルムホルツのペア (図 2 b) のデザインであります。ヘルムホルツの各ペアは 3 つの直交空間方向 (x y、およびz) に沿った 2 つの円形コイルから成るし、閉ループ条件で働く 3 軸磁力計を装備しました。磁力計は、磁界地球の自然フィールドに匹敵して (スイミング トンネルがある) コイル セットの幾何学的な中心の近くにあります。
彼らは磁場16に対応方法を浅瀬を構成する魚の性格に影響仮説をテストする上記の手法を実装する.我々 は、水の流れや磁場にさらされるとき予防と対処の人格17,18を持つ個人が異なる対応仮説をテストします。これをテストするには、我々 を割り当てる」の方法論と予防型または反応性17,19,20,21グループ個人を用いたゼブラフィッシュを並べ替えます。その後、反応性個人のみから成るまたは提案するサンプル データとして磁気水槽タンクに積極的な個人だけから成る群れで泳いでゼブラフィッシュの rheotactic の挙動を評価する.
並べ替えの方法は、新規環境21を探索する予防型と事後対応型の個人の異なった傾向に基づいています。具体的には、我々 は、明るいと暗い側17,19,20,21 (図 3) に分かれてタンクを使用します。動物は、ダークサイドに慣れるが。明るい側へのアクセスは、オープンで積極的な個人に、すばやく反応性の魚は、暗い水槽を放置しないでください、新しい環境を探索するタンクの暗い半分を終了する傾向があります。
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Protocol
次のプロトコルは、機関動物ケアとナポリ大学フェデリコ 2 世、ナポリ、イタリア (2015 年) の利用委員会によって承認されています。
1. 動物のメンテナンス
- 少なくとも 200 L のタンクを使用して、雌雄各タンクの少なくとも 50 個体の群れをホストします。
注:タンクの中の魚の密度は、一匹あたり 2 L 以下をなければなりません。これらの条件の下でゼブラフィッシュ正常浅水影響の動作が表示されます。 - 以下の通りメンテナンス条件の設定: 27 ~ 28 ° C の温度電気伝導 < 500 μ S;pH 6.5-7.5。ない3 < 0.25 mg/L;10 h:14 h: 明暗日長。
注:同一保持条件は混合された人口と分けられた予防と対処の人口のために使わなければなりません。
2 ゼブラフィッシュの性格選択
- 準備、メンテナンス タンクで使用したのと同じ水と静かな部屋 (図 3) 性格選択タンクを配置します。
- ビデオカメラやタンクの側面の上を配置します。地域にあるモニターでコンピューターにカメラを接続タンクとの視覚的接触がないです。
- 選択 9 メンテナンス タンクから魚をランダム、無結節網を使用して人格選択タンクのダークサイドに転送します。
注:タンクと可能な限り時間の最低額に魚との対話を制限してください。ノイズや高速な動きを避けます。必要な場合は、少量輸送貯蔵タンクからの水が付いているタンク (約 2 L) で動物を譲渡します。動物の大気暴露を避けるためには、250 ml のビーカーを使用し、優しくビーカーを入力する動物を誘導します。キャプチャにかかる時間を最小限に抑えるため、それは動物に物理的な損傷を引き起こす可能性がありますストレスを増加させる要因としては、ネットで数秒以上の魚を保持しないと、複数の魚の収集を回避しようとします。魚は、アドリブ実験タンクに転送前に供給する必要があります。これは、食品を求める行動の異なる傾向が次実験22の中に、個人の行動に与える影響を制限します。同じ時刻に複製の実験を行います。これは、可能な概日リズム23による実験的グループの行動の可変性を最小限に抑えます。 - 順化 1 h 後スライド式のドアを開きます。
注:10 分以内でタンクの明るい側面を探索、穴から終了者は、積極的な21と見なされます。 - 10 分後優しくタンクから積極的な個人を削除し、プロアクティブ ・ メンテナンス タンクに転送。
- 15 分後、反応21である暗いボックスに残る魚を収集し、反応性メンテナンス タンクに転送します。
注:10 分21後タンクの明るい側面に移動する魚を破棄します。必要な予防と対処の魚のセクション 5 で説明するテストに必要な数が収集されるまで、一度に 9 魚と性格テストを実行します。予防型と事後対応型の性格の一貫性は、同じアプローチを使用して定期的にチェックできます。
3 1 次元磁場操作27磁気フィールドの設定します。
- 動力ユニット (図 2 a) に切り替えます。
- Rheotactic プロトコルがされる場所にコイル状のトンネルを配置実行されます (セクション 5) がそれはスイミング装置 (図 2 a) から切断してください。ガウス/Teslameter トンネル内で接続されている磁気プローブを配置し、トンネルの長軸に沿って磁気分野の値を取得する必要な電圧を確認します。
注:ソレノイドの磁気特性のためフィールドが合理的にトンネル内均一これは、水平方向および垂直方向にプローブをゆっくり移動することによってチェックできます。 - プローブを外し、スイミング装置フロー トンネルに接続します。
- Rheotactic プロトコル (セクション 5) を開始します。
4. 三次元磁場と磁場のセットアップ操作27
- CPU、DAC、およびコイル ドライバー (図 2 b) に切り替えます。
- 3 つの軸 (x、y、および z) のそれぞれに磁気分野を設定します。
- ヘルムホルツのペアのセットの中心にトンネルを配置します。
- Rheotactic プロトコル (セクション 5) を開始します。
5. 流れ区域のゼブラフィッシュの逆さ流れ走性のテスト
- 5 人に 1 人の魚を側面及び底面に隠されていると 2 L のタンクを使用してフロー トンネルに転送します。
- ポンプをオンにし、1.7 cm/s トンネルで流量を設定します。
注:このゆっくり動く水は酸素トンネルで水を保ち、動物の回復が容易になります。 - 1 h のスイミング トンネルに順応する動物をしましょう。
- トンネルで魚の行動のビデオ録画を開始します。
注:リモート コントロール (例えば、Bluetooth) カメラ (李 4 K アクションなど) を用い, .mpg (30 フレーム/秒) として、ビデオを保存. - (1.3 cm/秒; 本研究で選択した実験的プロトコルに従って流量の段階的増加を開始します。図 4)。
注:ゼブラフィッシュの 2.8 BL (体の長さ) 0 から範囲の低流量を使用しました、このプロトコル/s。これらの流れの速度は、ゼブラフィッシュ (3% – 15% 重要な遊泳速度 [Ucrit])24の連続的な指向スイミングを誘発する流量の下限です。低流量 (次のブレットのプロトコル25) の使用は、水の流れの存在下でこの種の特定の行動の特性にリンクされています。ゼブラフィッシュは、商工会議所、水の流量の存在下でも頻繁に回転の主要な軸に沿って泳ぐや上流と下流の両方24,26を泳ぐ傾向がある傾向があります。この動作は比較的高速で消える、水の流量を受けます (> 8 BL/s)26、時動物は継続的に泳ぐ上流 (正 rheotactic 応答) に直面しています。縦と横の変位は非常にまれです。 -
形態の商工会議所で魚の写真でセックスと全体の長さ [TL]、フォーク長 [FL] (BL) 動物の形態計測を実行します。
- 適切な画像を選択します。
- ImageJ で画像を開きます。
- 動物のセックスの注意 (男性ゼブラフィッシュがほっそりと女性とより丸みを帯びた青と白の彩色を持つ傾向がある、黄色がかった、する傾向がある)。
- [ Analyze ] をクリックして > セット参照としてトンネルの全体の横の長さを使用して、センチメートル単位のイメージのスケール、スケールを設定します。
- [ Analyze ] をクリックして >測定して記録、動物の長さ。
- その体重 (帯域幅) を計算します。
注:BW は、ラボでビルド以前セックス FL BW 関係やメタデータから計算されます。全体の手順は、動物の操作ストレスを回避できます。
6. ビデオ追跡
- トラッカー 4.84 ビデオ解析とモデリング ツール ビデオのファイルを開きます。
注:必要に応じて、視点と放射歪みを filters を使用してビデオの歪みを修正します。 - 上部メニューの座標系をクリックし、センチと秒に時間の単位を長さの単位を設定します。
- クリックしてファイル>インポート>ビデオとトラッカー 4.84 で動画 1 つを開きます。
- 「座標軸」をクリックし、、トンネルに沿って x 軸と時間をかけて魚の位置を追跡するための参照システムを設定します。下流(水コンセント) で壁を終了の低角に原点を設定します。
- トラックをクリックして >新しい>質量の点と 1 つの魚を一度に追跡開始。各流量で過ごした魚各ステップの最後の 5 分を追跡します。
- 5 フレーム間隔でビデオを手動で進める (0.5 s) し、各上流と下流のターン (UDt;図5 赤ドット) で、各下流上流のターン (DUt;図 5では青い点) で時間と動物の位置をマークします。
注:魚の位置のための参照として魚の目の位置を使用します。トラック ポイント質量を使用して動物の位置です。追跡から除外する任意非指向スイミング (すなわち、操縦時間) の期間。 - 追跡の各セッションの終わりには、x の値を選択し、ソフトウェア ウィンドウの右下隅のテーブルから値を時間します。データを右クリックし、[データのコピー ] をクリックして >完全な精度。
- (Udt と Dut の間のすべての間隔の合計) 時間の合計上流下流時間の合計 (Dut と UDt 間間隔の合計) と値を計算するテンプレート スプレッドシート ファイルを時刻の値およびすべての回転の位置の x 値を保存します。(RI %) の割合で rheotactic インデックスの各フロー ステップ (図 5参照)。
注:魚は上流に直面して過ごす指向の時間の合計の割合で rheotactic の挙動を定量化 (水泳やほとんど凍結 [すなわち、彼らはトンネルの下でまだ滞在]27)。この割合は、RI % (図 5) として定義されます。
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Representative Results
サンプル データとして結果予防と対処の浅水影響ゼブラフィッシュ16 図 2A (プロトコルのセクション 3 を参照) に示すようにセットアップを使用して水の流れの方向に沿って磁界制御を提案する.これらの結果は示してどのように記述プロトコルは、異なる個性を持つ魚の magnetic field への応答の違いを強調表示できます。これらの試験の全体的なコンセプトは、浅水影響ゼブラフィッシュ14で rheotactic のしきい値を水の流れを基準にして磁場の方向に影響の知見に依存します。このように、磁場の変化として、逆さ流れ走性を調節する、ゼブラフィッシュの磁場に対する応答は、予防型または対処型の人格28によると異なる場合を評価するためにこのプロトコルを使用することができます。
まず、図 3で示すように、暗い/明るいタンクを使用してゼブラフィッシュは積極的な反応の個性によると別のグループに分割されました。次のようなテストは、性格が同じ 5 魚の群れ、ソレノイド スイミング トンネル (図 1および図 2 a) でテストされました。20 魚計: 2 つの浅瀬から成る 5 つの反応性魚各 (10 反応性魚) と 2 つの浅瀬から成る 5 つの積極的な魚各 (10 積極的な魚)。
一度に 1 つの浅瀬だったトンネルで水泳中に記録ビデオと水の流れは図 4に模式的に示すように、流量の段階的な増加によって促進されました。魚は、トンネルで 1 時間に適応する許されました。その後、古典的なブレット プロトコル25によると流量の段階的増加を使用して rheotactic の動作の定量化のプロトコルを適用しました。具体的には、流量 0.4 BL/s 7 つの連続したステップ (図 4) の合計 10 分増加。トンネル (70 分) 実行の全期間を通して記録されたゼブラフィッシュの動作と各ステップで RI 値の計算 (プロトコル手順 6.8 を参照してください)。
スイミング トンネル内の実行、中に磁気フィールドを 2 つの次の条件のいずれかで設定した: 50 マイクロテスラ下流 (すなわち、磁気フィールドの [軸] 水平成分が水の流れの同じ方向を持っていた) と上流 50 マイクロテスラ (すなわち、磁場の水平成分は、水の流れ方向の逆を持っていた)16。Y 軸および z に沿って強度は、全磁力と磁場ベクトルの傾きだけでなく、影響されなかった。5 魚の各群れは、2 つの磁気の条件の 1 つだけにさらされました。たとえば、積極的な魚を考える 1 つのプロアクティブなショール下流監督磁場いて他のプロアクティブな浅瀬上流監督磁場。
ビデオをビデオ追跡ソフトウェア (プロトコルのセクション 6 を参照) で、行った。魚はいたスイミング トンネルの実行の全体の持続期間のための記録ビデオ。ただし、流量 (図 4) の各 10 分にわたる段階的な増加の最後の 5 分だけが追跡されました。各流量でそれぞれの魚の回転追跡時に、強調表示された (図 5、赤と青のデータ ポイント)。これらは、それぞれの魚と各流れの速度 (図 5) の RI を計算するための参照として使用されました。RI のインデックスは、0% から 100% の範囲です。50% 以下のとき RI インデックス表示、魚負逆さ流れ走性 (下流の水泳の有病率);RI が高くより 50% の動物が肯定的な rheotactic 応答 (上流の水泳の有病率) を持っていたことが表示されます。Rheotactic 応答の不在を示す屈折率 50% で有意差はないです。浅瀬で魚を五すべての RI % の値、各流量で平均をとる。これらの平均のデータはアークサイン変換、図 6 aに表示される曲線を合わせて使用しました。したがって、rheotactic インデックス増加 sigmoidally 水速度の増加は、単純な数学的方法、逆さ流れ走性の定量化を可能にします。RI と流量の関係は次のシグモイド ロジスティック モデルに装着可能します。
3 つのパラメーターとその変動は、フィット カーブから派生できます。RI の高原は、実験で使用される流量の範囲で上流方向に動物の最大の傾向を測定します。RI の下は水の流れのない状態で RI 値であり、仮定すると、50% から違いはありません。Rtrは、流量曲線の最大傾きが発生するは、rheotactic のしきい値6のメジャーとして使用できます。
ゼブラフィッシュの rheotactic のしきい値 (Rtr) は毎秒少数のセンチメートルの範囲で、非常に低いことが示唆されました。磁場の変化は、積極的な魚の Rtrを影響しません ( t, 磁場の影響なし-テスト、 P > 0.05)。逆に、磁場の変化反応ゼブラフィッシュの rheotactic 挙動に顕著な効果があります。スイミング トンネルに沿って磁場成分が下流に指示されたとき Rtrは非常に低いと積極的な魚のようです。Magnetic field が上流に指示されたとき、しきい値が有意に高かった (t-テスト、 P < 0.01)。
Magnetic field が上流に指示されたとき、反応性動物の里高原値は極めて低かった (t-テスト、 P < 0.01)。この結果はこれらの条件で反応性の魚に達すると rheotactic の完全肯定応答を示します (RI = 100%)だけで非常に高い流量。したがって、この結果ハイライト、里高原Rtrに比べると、魚の遊泳行動について以下の情報を提供します。実際には、2 つの磁気状態の反応性 RI高原の強い違いに基づいて、することができます述べる、上流指向磁場下で反応性の動物がおそらく表示される完全 rheotactic 応答より高い水で流れ。
RI の下位の値 (大幅) が高くなる傾向にある積極的な動物と下流指向の磁場にさらされる反応性動物の 50% を超える。プロトコルでは、バイアス非常に低いしきい値によって特徴付けられる動物が順化中の数々 の流れ方向を覚えているので可能性があります。適切なプロトコルは、この可能性をテストするために考案される可能性が。
図 1:水泳の簡体字表記トンネル本研究で利用される装置。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2:磁場制御のセットアップ。(A) トンネル内で静的な水平磁場の誘導用ソレノイド スイミング トンネルのレンダリング。ソレノイド (0.83 ターン/cm) が電源ユニットに接続されている、それは ± 250 μ T (地球の磁場範囲を含む強度範囲) の範囲のフィールドを生成します。右側にある、[スイミング装置に接続されているソレノイド トンネルの写真が表示されます。アクリル製のトンネルは、層流に近い流れを保証する水入口に配置 2 つ穴あきアクリル板です。(B) 図と 3 つの直交ヘルムホルツ ペアの写真は、磁場強度の地磁気の範囲でのコントロールの設定。磁界プローブ、CPU、デジタル-アナログ コンバーターとループを閉じるために使用するコイル ドライバーも表示されます。コイルの各ペアは 30 cm とNの半径 (r) の 2 つの円形コイルから成る = 50 ターン 14 AWG の銅線。選択可能なスケール (± ± 810 μ T に 88 μ T) と 3 軸磁力計 (センサー) はコイル セットの中心近くに配置されます。センサーの範囲は、±130 μ T までの値に設定されます。また代表の結果に記載されている測定に使用されたこれらの値 (これらの条件で公称センサーの解像度は約 0.1 μ T)。強度と磁場の方向は、デジタルフィード バック システムで制御されます。センサー測定磁界ベクトル (3 軸) の 3 つのコンポーネントと対応するエラー信号を抽出します。その後、補正信号は、単純な積分フィルターによって生成されます。デジタル補正信号はデジタル-アナログ変換器で電圧に変換・適切なコイル ドライバーによって増幅される.これらの最後の信号は、ヘルムホルツのペアをドライブに使用されます。サンプリング周波数は 5 Hz に固定し、ループの統一利得周波数は約 0.16 Hz。コイルのヘルムホルツ ペアで電流を設定すると、一度全磁力変化中央の体積の平均輝度値から 2% 未満 (エッジ [L] = 10 cm) のコイルの。測定磁場 rms 未満 0.2 μ T です。両方の設定 (パネルAとB) で静的電場が磁場16を作り出すコイル内の電流によって生成されます。最大電流を適用するとき、電界の強度は約 0.4 V/m です。この値は、天然または人工の静的フィールドの 1 kV/m17勲章に強度が環境に存在に比べてごくわずかです。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3:タンクの概略 (40 cm × 40 cm × 40 cm) レイら21によると (スケール) ではなく反応性ゼブラフィッシュ個人から積極的な分離するために使用します。性格選択タンクの容積は 50 l. タンクの半分がタンクの明るい半分に直面してボックスの側面に直径 5 cm の穴を暗いボックスに占領されました。穴は、その開口部署名選択試験の開始 (図示せず)、引き戸で覆われていた。タンクのダークサイドは、手網へのアクセスを許可するように取り外し可能なカバーを必要があります。これは行動試験の前後に配置またはキャッチの魚を容易します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4:ゼブラフィッシュの rheotactic のしきい値を決定するためのテスト中に使用流量図。1 h の馴化期間中に流れは動物に十分な酸素供給を保証するのに十分だった。このデザインでは、酸素の供給が決して流れ 0 で最初の 10 分間ステップにも限界と想定できます。約 7.9 mg/l 27 ° C および 1 mg/h.g の動物の酸素消費量で水の酸素濃度と、確かに (ゼブラフィッシュ酸素消費量 [Uliano et al.29] 日常的条件と低速スイミングの両方のための余分な近似 [Palstra etら30])、それは流れの不在、樋で Po2がない動物、重要な Po2 (ゼブラフィッシュの約 40 torr) を上回る残りあたり 2% 以上を減少を計算することが可能。この図は、Cresci ら14から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5:トンネルと RI の計算における動物行動。グラフは、流量の 3 つの値で 300 s レコード中に x 軸に沿って個々 の動物の位置を提示します。下流・上流のターンを表す赤い点、青点上流と下流のターン。下流の動物によって費やされた間隔を時間または上流も報告される、対応して RI 値を計算することができますから、合計上流と下流の時間が報告されます。それはこと上流の時間、流量の増加時を観察することができ、RI 値が増加します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 6:代表の結果。(A) (RI は魚を上流に直面して過ごすこと合計指向時間の割合) RI 値の逆正弦変換と予防と対処の浅水影響ゼブラフィッシュが流れに沿って 2 つの磁界条件下での流量の関係レートの方向 (1 つの次元制御)。各データ ポイントは、各流量で、浅瀬を構成する 5 つの魚の RI 値の平均です。曲線間に有意差が平方和Fを介してテスト-テスト (α = 0.05)14。(B) 磁界軸と水の方向のトンネルの流れ。本研究では使用 2 つの磁界条件下での磁化ベクトルの立体感を表現しています。ラボの magnetic field (40 ° N, 14 ° E) だった: F = 62 マイクロテスラ。私 = 64 °;D = 44 °。この図は、Cresci ら16から変更されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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Discussion
本研究では説明されたプロトコルにより水生生物など外部の 2 つの手がかり (水現在および地磁気分野) と動物の 1 つの内部要因の統合から生じる複雑な方向応答を定量化する科学者性格。全体的なコンセプトは、異なる性格の個体を分離し、個別に制御する、または同時に外部環境手がかり、その配向挙動を調査する科学者を可能にする、実験的なデザインを作成します。
Rheotactic インデックス (RI) の数学的な定義とともに、この研究で説明されたプロトコルは、ゼブラフィッシュ スイミング トンネルの挙動の予備的観察に続く設計されました。2 種類行動パターン、水の流量の有無の両方のトンネルに配置されて、これらの動物に表示: 水泳、操縦を指向します。指向の時間の大半を過ごす彼ら (通常、魚だったビデオの時間の 95% 以上を記録した) トンネルに沿って水泳 (すなわち、45 ° より低い角度で長い軸に沿った向き)、前後に回して近接端壁のしばしば sh接触 (すなわち、トンネルの壁に近いスイミング)27を負います。
成功するためにこのプロトコルのため動物のストレスに注意を払って誰でも実験を実行することが重要です。実験のセットアップの間魚の輸送は、注意して実行されなければなりません。手網の使用は可能と実際の実験はゼブラフィッシュとしてお勧めする前に、いくつかのトレーニングは、速いスイマーとして迅速かつタンクでキャッチするは難しいはずです。ストレスは劇的にこれらの動物の行動に影響を与えることができ、ゼブラフィッシュの場合大幅にスイミングを変更できます動作27。これおそらく影響を与える結果、魚が多動性行動を表示し、水の流れや磁場の変化により少なく敏感であります。実験のセットアップでの動物との接触は、迅速かつ可能な限り短いはずです。行動分析では、遠隔観測、また練習を必要とする必要があります。さらに、(すなわち、プロトコルやトリートメントを知らなくて) も盲目的にビデオを分析することが重要です。
魚の多くの種の rheotactic の動作を使用して検討されているスイミング トンネル5,10、11,31。魚が枯渇する生理学的・生態学的仮説11,32,をテストするのにはほとんど Ucrit、として定義されるまで耐えることができます遊泳速度の推定に焦点を当てた数多くの先行研究33. 本研究で説明した方法に焦点を当てて、その代わりに、低流量速度で rheotactic の動作。この選択は、本研究の目的は肯定的な逆さ流れ走性魚のよく知られている、堅牢な配向挙動の観察による磁場のような微妙な弱いキューへの感受性を評価するために作成されました。ここで報告された代表的な結果、ゼブラフィッシュに非常に低い rheotactic のしきい値 (1 秒あたりの数センチのみ) が表示されます。この観測は、水の流れの速度が大きく変えることが環境に生息するこの種の生態に関連する可能性があります。ゼブラフィッシュ ライブ両方乱流河川34で、水がゆっくり動く水域で、田んぼ、池、氾濫原35など。水がゆっくりと移動したとき能力を検出し、低流速 (低 rheotactic のしきい値) で方向づけることができる有利です、rheotactic 応答下流漂流獲物36を傍受する可能性が高くなり、移行37方向刺激。
率の高いフローを使用して、これらの観測を確立できませんでした。これらは、体の状態と磁場のような外部の合図ではなく、動物の高いスイミング パフォーマンスによるより強い運動反応を引き出すだろうと。ゼブラフィッシュ、ここで提示されたプロトコルが適用されるが、いずれかの適切な移動の環境に生息する淡水または海洋の種水し、実験室の条件で処理することができますそうです。
しかし、このプロトコルは、いくつかの制限を示します。明確に、種は、機密情報や機密磁気フィールドにするかどうかを強調表示、一方、定位機構を動物が運動の決定のための磁場を使用を明らかにすることはできません。水生種の磁場配向メカニズムを調査するために円形アリーナとまだ水7,38,39または迷路13セットアップが使用されます。しかし、魚 (と一般的に水生動物) は電流が存在しないされ、本手法がユビキタスの方向に関する指示に対する応答行動の統合を検討する最初の試み環境に住んでいない水の流れのように、磁気フィールド。このプロトコルのもう一つの制限は、手動のビデオ追跡手順です。このセットアップを自動トラッキング ソフトウェアに統合すると、全体のデータ解析プロセスのタイミングを向上させるでしょう。
ここで提示された実験的プロトコルは、磁気感度と逆さ流れ走性の動物の人格の影響を調査するために設計された最初の 1 つです。このトピックでは、文献で見過ごされているし、さらに検討する必要があります。同じ種からまたは人口または (など魚の浅瀬) に小グループ内の個人は別の人格特性22,40, 渡り鳥の研究での重要な要因をすることができますによって特徴付けられる、探索、ナビゲーション、および配向挙動。すべての個人は、同じ方法で環境の手がかりを統合します。したがって、内部要因を考慮して、人格などできる運動生態学16の研究で観察された一般的データのばらつきを抑えます。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
研究は物理学科の基本的な研究の創設とナポリ大学フェデリコ 2 世の生物学の部門によって支えられました。著者は博士クラウディア Angelini (研究所の微分積分学、Consiglio ナツィオナーレ ・ デッレ ・ ホリオカ [CNR]、イタリア) の統計的なサポートをありがちましょう。著者は、収集するデータ、および設計および実験装置の実現に、熟練した援助の部門技術者 F. Cassese、g. Passeggio、r. ロッコと彼らの技術的な助けのマルティナ Scanu とシルビアの Frassinet をありがとうございます。我々 はビデオの撮影中に実験を行っていただきローラ異邦人をありがちましょう。アレッサンドロ ・ Cresci のインタビュー文の撮影のためマイアミ大学からダイアナ ローズ Udel に感謝いたします。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 9500 G meter | FWBell | N/A | Gaussmeter, DC-10 kHz; probe resolution: 0.01 μT |
| AD5755-1 | Analog Devices | EVAL-AD5755SDZ | Quad Channel, 16-bit, Digital to Analog Converter |
| ALR3003D | ELC | 3760244880031 | DC Double Regulated power supply |
| BeagleBone Black | Beagleboard.org | N/A | Single Board Computer |
| Coil driver | Home made | N/A | Amplifier based on commercial OP (OPA544 by TI) |
| Helmholtz pairs | Home made | N/A | Coils made with standard AWG-14 wire |
| HMC588L | Honeywell | 900405 Rev E | Digital three-axis magnetometer |
| MO99-2506 | FWBell | 129966 | Single axis magnetic probe |
| Swimming apparatus | M2M Engineering Custom Scientific Equipment | N/A | Swimming apparatus composed by peristaltic pump and SMC Flow switch flowmeter with digital feedback |
| TECO 278 | TECO | N/A | Thermo-cryostat |
References
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