Summary
Zebra balığı'nın kişilikleri onların yanıt-e doğru su akıntıları ve zayıf manyetik alan etkisi nasıl değerlendirmek için tasarlanmış bir davranış protokol açıklar. Aynı kişilikleri balıklarla yönler davranışlarını göre ayrılır. Sonra rheotactic yönlendirme davranışlarını bir yüzme tünelde bir düşük Debi ile ve farklı manyetik koşullar altında görülmektedir.
Abstract
Çalışma ortamlarında kendilerini yönlendirmek için hayvanlar kişilik gibi çeşitli iç faktörler ile etkileşim, dış yardımlar geniş bir dizi entegre. Burada, kendi yönlendirme yanıt birden çok dış çevre ipuçlarını, özellikle su akıntıları ve manyetik alanlar Zebra balığı kişiliği olan etkisinin incelenmesi için tasarlanmış bir davranış protokol açıklayın. Etkin olup olmadığını anlamak için bu iletişim kuralını amaçlamaktadır veya reaktif Zebra balığı görüntülemek farklı rheotactic eşikleri (yani, hangi balık başlamak akıntıya karşı yüzmek akış hızı) ne zaman çevreleyen manyetik alan yönünü değiştirir. Zebra balığı aynı kişiliği ile tanımlamak için balık tank yarısı parlak yarım dar bir açılış ile bağlı karanlıkta tanıtılmaktadır. Sadece proaktif balık roman, parlak çevre keşfetmek. Reaktif balık tank karanlık yarım çıkmayın. Düşük akış oranları ile Yüzme tünel rheotactic eşiği belirlemek için kullanılır. Manyetik alanını tünelde Dünya'nın manyetik alan yoğunluğu aralığını denetlemek için iki kurulumları tarif: bir manyetik alan akış yönünü (bir boyut) ve bir manyetik alan üç Aksiyel kontrolünü sağlayan boyunca kontrolleri. Balık akış hızı farklı manyetik alanlar'ın altında tünelde kademeli bir artış yaşandığı süre filme vardır. Veri yönlendirme davranışı üzerinde bir video izleme yordam toplanan ve rheotactic eşik tayini izin vermek için bir lojistik modele uygulanan. Zebra balığı shoaling toplanan temsilcisi sonuçlarını rapor. Özellikle, bunlar yalnızca reaktif, ihtiyatlı balık rheotactic eşik varyasyonları imzaladığında proaktif balık manyetik alan değişikliklere yanıt vermez iken manyetik alan onun yönde değişir göstermektedir. Bu metodoloji manyetik duyarlılık, çalışma ve hem hücre görüntüleme veya yüzme stratejileri shoaling birçok türün su, rheotactic davranış için uygulanabilir.
Introduction
Bu da çalışmanın, biz balık Kişilik balık su akıntıları ve manyetik alanlar gibi dış yönlendirme yardımlar için shoaling, yönlendirme yanıt üzerinde rolü soruşturma kapsamı olan laboratuar tabanlı davranış protokol tanımlamak.
Hayvanların hikayedir kararlar çeşitli duyusal bilgileri ağırlığında neden. Karar süreci gezinme olanağı hayvan tarafından etkilenir (seçin ve bir yön tutmak için örneğin, kapasite), iç durumunda (örneğin, beslenme ve üreme gereksinimlerinizin), onun yetenek hareket (örneğin, hareket biyomekanik) ve birçok ek dış faktörler (örneğin, saat, conspecifics ile etkileşim)1.
İç durum veya yönlendirme davranış hayvan Kişilik rolü genellikle kötü anlaşılmaktadır veya2keşfedilmeyi değil. Ek sorunlar sık sık koordine gerçekleştirmek ve grup hareket davranış3polarize sosyal sucul türleri, yönünü çalışmada ortaya.
Su akıntıları balık oryantasyon sürecinde önemli bir rol oynar. Balık su akımları bir unconditioned yanıt rheotaxis4(yani, akıntıya karşı odaklı) olumlu olabilir, olarak adlandırılan veya negatif (yani aşağı odaklı) aracılığıyla yönlendirmek ve indirilmesi için yiyecek arama arasında değişen çeşitli etkinlikler için kullanılır enerjik harcamaları5,6. Ayrıca, edebiyat büyüyen bir vücudun birçok balık türleri için oryantasyon ve gezinti7,8,9jeomanyetik alanı kullanın bildirir.
Balık rheotaxis ve yüzme performansı çalışma genellikle yapılan akışı chambers (oluklu), nerede balık akış hızı, kademeli artırmak için yüksek hız, düşük üzerinden kez tükenme (kritik hızı olarak da adlandırılır)10kadarmaruz kalır, 11. Öte yandan, önceki çalışmalarda arenalarda durgun su12,13ile hayvanlarda Yüzme davranış gözlem yoluyla yönünü manyetik alanında rolü araştırıldı. Burada, araştırmacılar su akıntıları ve manyetik alan manipüle ederken balık davranışını çalışmaya izin verir bir laboratuvar tekniğini tanımlamak. Bu yöntem Zebra balığı (Danio rerio) shoaling tarihinde ilk kez çevreleyen manyetik alan manipülasyon rheotactic eşik (yani, en az su hızı belirler sonucuna önde gelen bizim önceki çalışmada kullanılmıştır hangi shoaling şark akıntıya karşı balık)14. Bu yöntem bir oluklu odası kullanımı yavaş akar manyetik alan içinde Dünya'nın manyetik alan yoğunluğu aralığında savağı kontrol etmek için tasarlanmış bir kurulum ile kombine ile temel alır.
Zebra balığı davranışlarını gözlemlemek için kullanılan Yüzme tünel şekil 1' de gösterilmiştir. (Yapılmış bir nonreflecting akrilik silindir 7 cm çapında ve 15 cm uzunluğunda) tünel bir kurulum için denetim akış oranı14bağlıdır. Bu kurulum ile akış oranları tünelde aralığı 0 ile 9 cm/s arasında değişir.
Manyetik alan Yüzme tünelde işlemek için iki metodolojik yaklaşım kullanabilirsiniz: ilk tek boyutlu ve üç boyutlu ikincisidir. Herhangi bir uygulamada, bu yöntemlerin su tanımlanmış bir hacim belirli manyetik koşulları elde etmek için yapılan jeomanyetik taramalar alan işlemek — böylece, manyetik alan yoğunluğu bu çalışmada bildirilen tüm değerlerini jeomanyetik alanı ekleyin.
Tek boyutlu ile ilgili15yaklaşım, manyetik alanı boyunca (x ekseni tanımlanan) su akış yönü değiştirilebilir Yüzme tünel sarılı bobini kullanarak. Bu bir güç ünitesine bağlı ve Tekdüzen statik manyetik alanlar (şekil 2A) oluşturur. Benzer şekilde, üç boyutlu bir yaklaşım söz konusu olduğunda, elektrik telleri bobinleri kullanarak yapılan jeomanyetik taramalar Yüzme tünel içeren birim alanında değiştirilebilir. Ancak, manyetik alan üç boyutlu olarak denetlemek için bobinler üç dik Helmholtz çift (şekil 2B) tasarım var. Her Helmholtz çift üç dik alan yönergeleri (x, yve z) yönelik iki dairesel bobinleri oluşan ve üç Aksiyel Manyetometre çalışma kapalı çevrim şartları ile donatılmıştır. Manyetometre alan yoğunluklarını Dünya'nın doğal alanı ile karşılaştırılabilir ile çalışır ve (Yüzme tünel olduğu) geometrik merkezi bobinleri kümesi yakın bulunmaktadır.
Biz bir balık birçok parçalardan oluşan balık kişilik özellikleri onlar manyetik alanlar16yanıt şekilde etkiler varsayımını sınamak için yukarıda açıklanan teknikleri uygulamak. Proaktif ve reaktif Kişilik17,18 olan bireyler farklı su akar ve manyetik alanlara maruz kaldığında yanıt hipotez test ediyoruz. Bu test etmek için önce Zebra balığı atamak için kurulan bir metodoloji ve proaktif veya reaktif17,19,20,21olan grup bireylerin kullanarak sıralayın. O zaman, biz sadece reaktif bireylerin oluşan veya sadece proaktif bireyler biz örnek veri olarak mevcut manyetik savağı tankında oluşan sürüler Yüzme Zebra balığı rheotactic davranışını değerlendirmek.
Sıralama yöntemini roman ortamlar21keşfetmek için farklı eğilim proaktif ve reaktif bireyler üzerinde temel alır. Özellikle, bir tankın aydınlık ve karanlık tarafı17,19,20,21 (şekil 3) kullanır. Hayvanlar karanlık tarafa iklime alıştırılacağı. Parlak tarafında erişim ne zaman açık, proaktif bireyler hızlı bir şekilde çıkmak reaktif balık karanlık tankı terk etme iken yeni çevrenin, keşfetmek için tank karanlık yarım eğilimindedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Aşağıdaki iletişim kuralı kurumsal hayvan bakım ve Napoli Üniversitesi Federico II, Naples, İtalya (2015) kullanım Komitesi tarafından onaylandı.
1. hayvan bakım
- En az 50 kişi her iki cinsiyette her tank bir balık barındırmak için en az 200 L tankları kullanın.
Not: 2 L başına veya daha düşük bir hayvan mı olmak içinde belgili tanımlık tank balık yoğunluğa sahiptir. Bu koşullar altında Zebra balığı normal shoaling davranışını görüntüler. - Bakım koşulları olarak ayarla: sıcaklık 27-28 ° c; iletkenlik, < 500 μS; pH 6,5-7,5; YOK3 ' te < 0.25 mg/L; ve bir ışık: karanlık photoperiod 10 h:14 h.
Not: Aynı holding koşulları nüfus ve ayrılmış proaktif ve reaktif nüfus için kullanılması gerekir.
2. Zebra balığı seçiminde Kişilik
- Hazırlamak ve bakım tanklarında kullanılan su aynı ile kişilik seçim tank sessiz bir odada (şekil 3) yerleştirin.
- Bir video kamera üzerinde veya tank tarafında yer. Bir alanda yer alan bir monitör ile bir bilgisayara kamera bağlamak belgili tanımlık tank ile görsel teması olduğu.
- Seçme dokuz rasgele bakım tankından balık ve knotless net kullanarak kişilik seçim tank karanlık tarafa aktarmak.
Not: Tank ve sürede en az miktarda balık ile etkileşimleri sınırı çalışın. Gürültü ve hızlı hareketleri kaçının. Gerekirse, bir küçük hacimli taşıma tankı (yaklaşık 2 L) su tankı ile hayvanlarda aktarın. Hayvanların hava maruz önlemek için 250 ml kabı kullanmak ve yavaşça hayvan kabı girmek için teşvik. Yakalama süresini en aza indirmek, o hayvanlara fiziksel zarar verebilir ve bu faktörler stres arttıkça balık net bir kaç saniye için tutmayın birden çok balık toplama önlemek deneyin. Balık önce deneysel tank transferi ad libitum beslenmelidir. Bu farklı eğilimlere göre gıda arayışında bireylerin davranış sırasında aşağıdaki deney22etkileyecek olasılığını kısıtlar. Günün aynı anda Çoğalt deneyler. Bu mümkün sirkadiyen ritim23tarafından neden olduğu deneysel grupları davranışını değişkenliği azaltır. - İklimlendirme, 1 h sonra kayar kapı açın.
Not: 10 dk içinde belgili tanımlık tank parlak yüzü keşfetmek delikten çıkmak bireyler proaktif21olarak kabul edilir. - 10 dk sonra yavaşça proaktif bireyler tankından kaldırmak ve proaktif bakım tank aktarmak.
- 15 dk sonra reaktif21kabul edilir karanlık kutusunda kalır balık toplamak ve reaktif bakım tank aktarmak.
Not: Sonra 10 dk21tank parlak kenara çek balık atmak. Kişilik Testi dokuz balık ile proaktif ve reaktif balık 5 bölümünde açıklanan testleri için gerekli istenen sayıda toplanan kadar bir zamanda gerçekleştirin. Proaktif ve reaktif Kişilik tutarlılığını düzenli olarak aynı yaklaşımı kullanarak kontrol edilebilir.
3. manyetik alan One-dimensional manyetik alan manipülasyon27 kurmak
- Güç ünitesi (şekil 2A) geçin.
- Sarmal tünel nerede rheotactic Protokolü-ecek var olmak yer gerçekleştirilen (Bölüm 5) ama Yüzme aparatı (şekil 2A) bağlantı kesilmiş tutun. Tünel içinde bir Gauss/Teslameter ile bağlı bir manyetik Prob yerleştirin ve hangi gerilim tüneli Binbaşı ekseni boyunca seçilen manyetik alanın değer elde etmek gerekli olduğunu doğrulayın.
Not: Bobini manyetik özellikleri nedeniyle, tünel içinde makul Tekdüzen alandır; Bu yavaş yavaş sonda hem yatay hem de dikey olarak hareket ettirerek kontrol edilebilir. - Sonda çıkarıp akışı tünel Yüzme cihazı takın.
- Rheotactic protokol (Bölüm 5) ile başlayın.
4. set Up ile üç boyutlu manyetik alan manyetik alanının manipülasyon27
- CPU, DAC ve bobin sürücüleri (şekil 2B) geçiş yapar.
- Seçilen manyetik alanın her biri üç eksen (x, y ve z) ayarlayın.
- Tünel Helmholtz çift küme ortasına yerleştirin.
- Rheotactic protokol (Bölüm 5) ile başlayın.
5. test akışı odasında Zebra balığı Rheotaxis
- En çok beş balık 2 lt tank taraf ve gizlenmiş alt kullanarak akış tüneli aktarın.
- Pompayı açın ve 1,7 cm/s tünelde akış hızı ayarlayın.
Not: Bu yavaş hareket eden su tünelde oksijenli su tutacak ve hayvan kurtarma kolaylaştıracaktır. - Hayvanlar için 1 h için yüzme tünel alışmana izin.
- Tünelde balık davranışını video kaydı başlatın.
Not: Biz (örneğin, Bluetooth) uzaktan kumandalı bir kamera (örneğin, Yi 4 K eylem) kullanılan ve video .mpg (30 kare/sn) kaydedilir. - Debi göre seçilen deneysel protokol (1.3 cm/s Bu çalışmanın; kademeli bir artış başlatmak Şekil 4).
Not: Bu iletişim kuralı için Zebra balığı için 0 ile 2.8 BL (vücut uzunlukları) aralığı düşük akış oranları kullanılan / s. Bu akış hızları daha düşük Zebra balığı (% 3-%15 kritik Yüzme hızı [Ucrit])24sürekli odaklı Yüzme teşvik akış oranları arasındadır. Düşük akış oranları (aşağıdaki Brett'in protokolü25) kullanımı su akıntıları varlığında bu türün specific davranış özelliklerini bağlıdır. Zebra balığı Binbaşı ekseni boyunca sık sık, hatta su flow huzurunda dönüm odası, yüzmek ve akış aşağı ve akış yukarı24,26yüzmek eğilimindedir eğilimindedir. Bu davranış nispeten yüksek hızlarda kaybolan su flow oranına göre etkilenir (> 8 BL/s) ne zaman hayvanlar sürekli ters yönde (tam olumlu rheotactic yanıt) karşı karşıya yüzmek26,. Dikey ve enine talebiyle çok nadirdir. -
(Seks ve toplam uzunluğu [TL], çatal uzunluğu [FL] veya BL) hayvanların morfometri xarakteristikaları odasında balık resimleri üzerinde gerçekleştirin.
- Uygun resmi seçin.
- Resmi ImageJ içinde açın.
- Hayvan seks dikkat (erkek Zebra balığı ince ve sarımsı, dişiler daha yuvarlanır ve mavi ve beyaz renklendirici sahip olma eğilimi olma eğilimi).
- Çözümle ' yi tıklatın > Ölçeği ayarla ve küme santimetre, tünel bütün yatay uzunluğu referans olarak kullanarak görüntü ölçeğini.
- Çözümle ' yi tıklatın > ölçü ve kayıt hayvan doğrusal uzunluğu.
- Kendi vücut ağırlığı (BW) hesaplar.
Not: BW seks-FL-BW ilişkilerinizden daha önce laboratuarda inşa veya meta verisinden hesaplanır. Tüm prosedürü hayvanlar işleme stresi önler.
6. video izleme
- Video dosyasını izci 4,84 Video analiz ve modelleme aracı ile açın.
Not: Gerekirse, bakış açısı ve Radyal bozulma filters kullanarak video herhangi bir bozulma düzeltin. - Üst menüde koordinat sistemi üzerinde tıklatın ve Uzunluk birimleri santimetre ve saniye zaman birimi olarak ayarlayın.
- Tıklatın dosya > içe aktar > Video ve izci 4,84 videolarda açık bir.
- "Koordinat eksenleri üzerinde" tıklayın ve zamanla, x ekseni boyunca tünel ile balık konumunu izlemek için referans sistemi ayarlayın. (Suyu Çıkış) adlı duvar bitiş aşağı akım düşük köşe kaynağını ayarlayın.
- Tıklayın parça > New > kitle noktası ve bir balık teker teker izleme Başlat. Balık her akış hızı harcanan her adımının son 5 dk izlemek.
- Video el ile beş-çerçeve aralıklarla ilerletmek (0,5 s) Zaman ve hayvan konumunu işaretlemek (UDt; şekil 5kırmızı nokta) akış yukarı-aşağı akım her fırsatta ve akış aşağı yukarı her fırsatta (DUt; şekil 5' te mavi noktalar).
Not: fish göz pozisyon fish'ın pozisyon için başvurmak. Bir nokta kitle kullanarak hayvanın konumunu izlemek. İzleme üzerinden hariç herhangi bir döneminde sigara yönelik Yüzme (yani, manevra zaman). - Her izleme oturum sonunda, x-değerleri seçin ve yazılım penceresinin sağ alt köşesindeki tablodan değerlerin zaman. Veriler üzerinde sağ tıklatın ve veri Kopyala ' ı tıklatın > Tam hassas.
- Zaman değerleri ve x-değerleri tüm dönüm pozisyonların toplam ters yönde zaman (UDts ile DUts arasındaki tüm aralıkları toplamı) ve toplam akış aşağı süre (DUts ve UDt arasındaki aralıkları toplamı) yanı sıra değerleri hesaplamak için bir şablon elektronik tablo dosyasını kaydedin rheotactic dizin yüzdelerle (RI %) Her akışı için adım (bkz şekil 5).
Not: Rheotactic davranış balığı akıntıya karşı karşıya geçirmek toplam odaklı zaman oranda sayılabilir (yüzme ya da nadiren donma [yani, onlar hala tünel alt kısmında kalmak]27). Bu oran RI % (şekil 5) tanımlanır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Örnek veri olarak biz şekil 2A (bakınız Bölüm 3 iletişim kuralı) gösterilen Kurulumu kullanarak olan proaktif ve reaktif shoaling Zebra balığı16 su akış yönüne boyunca manyetik alan kontrol elde edilen sonuçlar mevcut. Bu sonuçları nasıl açıklanan protokol farklı kişilikleri ile balık manyetik alanına yanıt farklılıkları vurgulamak göster. Bu çalışmaların genel kavram su akışı göre manyetik alanın yönünü Zebra balığı14shoaling rheotactic eşik etkiler bulma kullanır. Böylece, rheotaxis manyetik alanındaki değişiklikler olarak modüle, bu protokolü Zebra balığı yanıt manyetik alanlara göre onların proaktif veya reaktif Kişilik28farklıysa değerlendirmek için kullanılabilir.
İlk başta karanlık/parlak tank şekil 3' te gösterildiği gibi kullanarak, Zebra balığı bölünmüş farklı gruplar halinde göre proaktif/reaktif onların kişilik. Böyle bir testin, aynı kişiliğe sahip beş Balık sürülerini sonra solenoid Yüzme tünelde (Resim 1 ve şekil 2A) test edildi. Toplam 20 balık test edildi: iki sürüler oluşan beş reaktif balık her (10 reaktif balık) ve iki sürüler oluşan beş proaktif balık her (10 proaktif balık).
Bir seferde bir balık sürüsü tünelde Yüzme sırasında kaydedilen video ve geçerli Su Debisi şematik Resim 4gösterildiği gibi kademeli bir artış ile hızlandırılmış. Balık için 1S tünelde alışmana izin verildi. Bundan sonra biz rheotactic davranışı, miktar için protokol Debi klasik Brett protokolü25göre kademeli bir artış kullanarak uygulanır. Özellikle, akış hızı 0,4 BL/s tarafından her 10 min Toplam yedi ardışık adımlar (şekil 4) arttı. Zebra balığı davranışını tünel (70 dk) vadede tüm süresi boyunca kaydedildi ve her adımda RI değeri (bkz. iletişim kuralı adım 6,8) hesaplanır.
İshal sırasında Yüzme tünelde, manyetik alan iki aşağıdaki koşullardan biri kuruldu: 50 μT aşağı (yani, manyetik alan [x ekseni] boyunca bileşeni yatay su akışının aynı yönü vardı) ve 50 μT akıntıya karşı (yani, manyetik alan yatay bileşeni vardı su akışı ile ilgili bir ters yönde)16. Eksenleri y ve z boyunca yoğunluk etkilenmemektedir, yanı sıra toplam yoğunluk ve manyetik alan vektör eğimi. Beş balık her balık iki manyetik koşul yalnızca birine maruz kalmış. Örneğin, proaktif balık, göz önüne alındığında bir proaktif shoal aşağı yönetmen manyetik alan ve proaktif diğer balık upstream yönetmen manyetik alan vardı.
Videoları sonra video izleme yazılımı (Bölüm 6 Protokolü) ile analiz edildi. Balık yüzme tünel vadede tüm süresi için kaydedilen video. Ancak, sadece son 5 dk akış hızı (şekil 4) her 10 dk süren kademeli artış izleniyor. İzlenen dönemde her akış hızı her balığa döner vurgulanır (5 rakam, kırmızı ve mavi veri noktaları). Bunlar daha sonra RI her balık ve her akış hızı (şekil 5) hesaplamak için referans olarak kullanılmıştır. RI dizin % 0 ile % 100 arasında değişmektedir. Ne zaman % 50, aşağıda balık negatif rheotaxis (aşağı akım Yüzme yaygınlığı); görüntülenen RI dizinini gösterir RI % 50 daha yüksek olduğunda, hayvan olumlu bir rheotactic yanıt (ters yönde Yüzme yaygınlığı) olduğunu gösterir. Bir RI değil önemli ölçüde % 50 den başlayarak farklı bir yokluğu rheotactic tepki gösteriyor. RI % bir balık tüm beş balık değerlerin sonra her akış hızı ortalaması. Bu ortalama veri değiştirdi ve şekil 6Aiçinde görüntülenen eğrileri sığdırmak için kullanılan ark sinüsünü vardı. Böylece, su hızı arttıkça, rheotaxis miktar ile basit bir matematiksel yöntem izin rheotactic dizin sigmoidally artırır. RI ve akış hızı arasındaki ilişki aşağıdaki sigmoidal lojistik modele takılabilir.
Üç parametre ve onların farklılıklarına uygun eğrisi elde edilebilir. RIYaylası akıntıya karşı deneyde kullanılan Debi aralığında yönlendirmek için maksimal eğilim hayvanların ölçer. RIalt su akışı yokluğunda RI değerdir ve teorik olarak, % 50 den başlayarak farklı. Rtr bu eğrinin maksimum eğimi gerçekleştiği akış oranı ve6rheotactic eşik ölçüsü olarak kullanılabilir.
Sonuçlar Zebra balığı rheotactic eşik (Rtr) çok düşük, saniyede birkaç santimetre aralığında gösterir. Manyetik alan varyasyonları proaktif balık Rtr etkilemez (hiçbir etkisi manyetik alan, t-testi, P > 0.05). Karşılıklı, manyetik alan değişiklikleri reaktif Zebra balığı rheotactic davranışını üzerinde belirgin bir etkiye sahip. Manyetik alanı bileşeni Yüzme Tünel boyunca aşağı çekildi, Rtr çok düşük ve proaktif balık benzer olur. Manyetik alan akıntıya karşı yönettiği eşik anlamlı olarak daha yüksek (t-testi, P < 0,01).
Manyetik alan akıntıya karşı yönettiği reaktif hayvanlar RIYaylası değerini önemli ölçüde daha düşük (t-testi, P < 0,01). Bu koşullar ile tam olumlu rheotactic yanıt reaktif balık ulaşacak bu sonuç gösterir (RI = %100) Sadece çok yüksek akış oranları. Böylece, bu sonuç, vurgular Rtriçin karşılaştırıldığında, RIYaylası Balık yüzme davranış hakkında az bilgi verir. Aslında, iki manyetik koşulları arasındaki reaktif RIYaylası farkı güçlü temel alarak, biz ters yönde odaklı manyetik alan altında reaktif hayvanlar muhtemelen tam rheotactic bir yanıt daha yüksek bir su göstereceğini, söyleyebiliriz akış.
RIalt değerleri daha yüksek olmasına rağmen (önemli) olma eğilimi proaktif hayvanlarda ve bir aşağı akım yönelimli manyetik alana maruz reaktif hayvanlarda % 50 daha. Çok düşük bir eşik tarafından karakterize hayvanlar akış yönü calıştıkları sırasında deneyimli hatırlıyorum olabilir bu yana bu protokol bir önyargı gösterebilir. Uygun bir protokol bu olasılığı test etmek için tasarlanmış olabilir.
Şekil 1: Yüzme Basitleştirilmiş gösterimi tünel mevcut çalışmada kullanılan cihaz. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2: Manyetik alan denetimi için Kur'u. (A)işleme için tünel içinde statik, yatay manyetik alan indüksiyon bobini ile Yüzme tünelin. Solenoid (0,83 döner/cm) bir güç birimine bağlı olan ve bu ±250 µT (Dünya'nın manyetik alan aralığı içeren yoğunluk aralığı) aralığındaki alanları oluşturur. Sağ tarafta, yüzme aparatı bağlı solenoid tünelin bir fotoğraf gösterilir. Tünel akrilik yapılmış ve laminer yakın olmak için akışı garanti su kapağı yerleştirilen iki delikli akrilik plakaları vardır. (B) Diyagram ve üç dik Helmholtz çift fotoğrafı için manyetik alan yoğunluklarını yapılan jeomanyetik taramalar aralıktaki kontrolünü ayarlayın. Manyetik alan sonda, CPU, dijital analog dönüştürücü ve döngü kapatmak için kullanılan bobin sürücüleri de gösterilir. Bobinler her çifti iki dairesel bobinleri bir yarıçap (r) 30 cm ve N ile oluşan 50 = döner AWG-14 bakır teller. Seçilebilir ölçek (± 88 µT ± 810 µT için) ile üç eksen Manyetometre (sensör) bobin seti merkezine yakın yerleştirilir. Sensör menzili ±130 µT için arasında değişen değerlere ayarlanır. Bu değerler de temsilcisi sonuçlarında açıklanan ölçümleri için kullanılan (Bu koşullar içinde nominal sensör çözünürlüğü hakkında 0.1 µT is). Yoğunluğu ve manyetik alanın yönünü dijital geribildirim sistemi ile kontrol edilir. Manyetik alan vektör (üç eksen) üç bileşenden sensör tedbirler ve karşılık gelen hata sinyalleri ayıklanır. Sonra düzeltme sinyalleri bir basit integral alıcı filtre tarafından oluşturulur. Dijital düzeltme sinyalleri dijital analog dönüştürücü tarafından gerilim için dönüştürülür ve uygun bobini sürücü tarafından güçlendirilmiş. Bu son sinyalleri Helmholtz çift sürücü için kullanılır. Örnekleme frekansı 5 Hz olarak sabittir ve birlik kazanç döngüler 0,16 Hz sıklığıdır. Bobinler Helmholtz çift akımlar ayarladığınızda, toplam manyetik alan Merkez kübik birimdeki ortalama yoğunluğu değerinden % 2'den az değişiklik gösterir (edge [L] ile = 10 cm), bobinler. Ölçümler sırasında daha az 0.2 µT manyetik alan rms değildir. Her iki kurulumları içinde (paneller A ve B) bir statik elektrik alanı16manyetik alan üreten bobin ise ışını mevcut tarafından oluşturulur. Maksimum akım uygulandığında elektrik alan yoğunluğunu 0,4 V/m hakkında olduğunu; Bu değer statik alanları olan yoğunluğu 1 kV/m17sipariş olduğu ortam mevcut doğal veya yapay karşılaştırıldığında düzeydedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: Tankı şematik gösterimi (40 cm x 40 cm x 40 cm) göre Rey ve ark.21(değil, ölçek), reaktif Zebra balığı kişilerden proaktif ayırmak için kullanılan. Kişilik seçim tank hacmi deponun yarısı L. 5 cm çapında tank parlak yarısında karşı karşıya kutusu tarafında bir delik ile karanlık bir kutu tarafından işgal edildi 50'dir. Delik bir kayar (gösterilmez), bir seçme mahkeme başlangıcı olan açılış imzalı kapı tarafından kaplıydı. Tank karanlık tarafına el ağlarının erişime izin vermek için bir kaldırma örtmek gerekir. Bu önce ve davranışsal denemeler sonra sipariş vermek veya alıcı balık kolaylaştırır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: Zebra balığı rheotactic eşiği belirlemek için testler sırasında kullanılan akış oranları diyagramı. Akış 1s calıştıkları dönemde yeterli oksijen hayvanlar için garanti için yeterli oldu. O bu tasarımı ile oksijen kaynağı asla bile akışı 0 ile ilk 10 dk adımda bir sınırı olduğunu, kabul edilebilir. Su 27 ° C yaklaşık 7,9 mg/l ve 1 mg/h.g bir hayvan oksijen tüketimi bir oksijen içerikli gerçekten de, (olağan koşullarda [Uliano vd.29] ve düşük hızlı Yüzme, Zebra balığı oksijen tüketimi için aşırı bir yaklaşım [Palstra et al.30]), akış yokluğunda, oluklu Po2 kritik Po2 (Zebra balığı için yaklaşık 40 torr) çok üzerinde kalan hayvan başına % 2'den fazla azalmasını değil, hesaplamak mümkündür. Bu rakam Cresci vd.14değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: Hayvan davranışı tünel ve RI hesaplanması. Grafikler x ekseni boyunca bireysel bir hayvan konumunu üç değer akış hızı 300 s rekor sırasında mevcut. Kırmızı noktalar aşağı akım-için-ters yönde döner temsil, akış yukarı-için-aşağı döner mavi nokta. Buna karşılık gelen aralıkları hayvanlar tarafından aşağı harcanan zaman veya akıntıya karşı da bildirdi ve RI değeri hesaplanabilir üzerinden toplam akış yukarı ve aşağı akım kez raporlanır. O bu ters yönde zaman akış hızı artan zaman görülebilir ve RI değerlerini artırmak. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6: Temsilcisi sonuçları. Ark sinüsünü dönüştürülmüş RI değerleri (RI balık upstream karşı karşıya harcadığı toplam odaklı zamanın yüzdesidir) ve akış hızı akış boyunca iki manyetik alan koşullarında proaktif ve reaktif shoaling Zebra balığı için(a)ilişkisi kuru yönü (bir boyut kontrolü). Balık sürüsü her akış hızı, birçok parçalardan oluşan beş balık RI değerlerin ortalamasını her veri noktasıdır. Eğriler arasında önemli farklılıklar ile kareler toplamı Ftest edildi-test (alfa = 0,05)14. (B) manyetik alan eksenler ve suyun yönünü tünelde akışı. Bu çalışmada kullanılan iki manyetik alan koşullarında manyetik vektörel çizimler üç boyutlu bir gösterimini de gösterilir. Laboratuarda manyetik alan (40 ° N, 14 ° E) yapıldı: F = 62 μT; Ben 64 °; = D 44 ° =. Bu rakam Cresci vd.16' dan değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışmada açıklanan protokol sucul türler gibi iki dış yardımlar (su mevcut ve jeomanyetik alanı) ve hayvan, bir iç faktör bütünleşmesi kaynaklanan karmaşık yönlendirme yanıtları ölçmek bilim adamları sağlar bir kişilik. Bilim adamları farklı kişilik bireylerin ayırmak ve ayrı ayrı kontrol etmek veya dış çevre yardımlar sırasında aynı anda yönlendirme davranışlarını araştırmak izin verir bir deneysel tasarım oluşturmak için genel bir kavramdır.
Bu çalışmada, rheotactic dizinin (RI), matematiksel tanımı ile birlikte açıklanan protokol Zebra balığı Yüzme tünelde davranışını ön gözlemleri aşağıdaki tasarlanmıştır. Bir tünelde yerleştirildiğinde, bu hayvanların davranış kalıpları, hem devamsızlık veya su flow varlığı iki tür görüntülemek: yüzme ve manevra odaklı. Onlar odaklı zaman çoğunluk harcamak (genellikle, balık zaman fazla % 95 kaydedilen video) tünel Yüzme (yani, bir açı 45 ° düşük ile uzun ekseni boyunca odaklı), ileri geri, yakınlık sonu duvarlar ve genellikle sh dönüm thigmotaxis (yani, yüzme tünel duvarlarında yakındır)27borçlu.
Başarılı olmak bu iletişim kuralı için o kim deneyi gerçekleştiren hayvanlar stres önem veriyor önemlidir. Balık deneysel kurulumları arasında ulaşım ile bakım yürütülmelidir. El ağları kullanımı olarak hızlı mümkün ve gerçek deneme Zebra balığı önerilir önce bazı eğitim hızlı yüzücüler gibi ve bir tank yakalamak zor olmalı. Stres büyük ölçüde bu hayvanların davranışını etkiler ve Zebra balığı söz konusu olduğunda, bunu önemli ölçüde onların yüzme değiştirebilirsiniz davranış27. Balık hiperaktif davranış görüntülemek ve su akar ve manyetik alan değişiklikleri daha az duyarlı olabilir gibi bu muhtemelen sonuçları etkileyebilir. Deneysel kurulumunda hayvanlarla iletişim gibi hızlı ve mümkün olduğunca kısa olmalıdır. Davranış Analiz de pratik gerektirir uzak gözlem gerektirir. Ayrıca, bu videoları körü körüne (yani, iletişim kuralları ve tedavileri bilmeden) çözümlemek önemlidir.
Birçok tür-in balık rheotactic davranışını kullanarak okudu Yüzme tüneller5,10,11,31. Balık Ucrit, çoğunlukla fizyolojik ve ekolojik hipotezler11,32, test etmek için tanımlanan tükenme kadar ayakta olabilir Yüzme hızı tahmini üzerinde çok sayıda önceki çalışma odaklı 33. bu çalışmada açıklanan yöntemi, bunun yerine üzerinde duruluyor düşük akış yüksek hızda rheotactic davranış. Balık, pozitif rheotaxis tanınmış ve güçlü yönlendirme davranışını gözlem yoluyla manyetik alan gibi ince ve zayıf işaret karşı hassasiyetini değerlendirmek için bu çalışmanın amacı olduğu için bu seçimi yapıldı. Rapor burada temsilcisi sonuçlarında Zebra balığı çok düşük rheotactic eşik (sadece birkaç santimetre saniyede) görüntülenir. Bu gözlem ekolojik ortamları nerede su akıntılarının hızı önemli ölçüde değişebilir yaşıyor bu tür için ilgili olabilir. Zebra balığı canlı hem çalkantılı nehirler34 ve nerede su yavaş hareket su organlarında, paddies, göletler ve floodplains35gibi. Su yavaş yavaş hareket ettiğinde, rheotactic yanıt aşağı sürüklenen hayvanın avı36 kesmeye şansını artırır ve sağlar algılamak ve düşük akım hızlarında (düşük rheotactic eşik) yönlendirmek yeteneği avantajlı, olabilir ki geçiş37için yön çekim gücü.
Bu gözlemler akar ile yüksek oranları kullanılarak yapılan değil. Bunlar daha vücut koşulları ve manyetik alan gibi dış yardımlar yerine hayvanlar yüksek yüzme performansları bağlı olacaktır güçlü bir locomotory tepki temin. Burada sunulan protokolü üzerinde Zebra balığı uygulandı, ancak uygun herhangi için hareketli ortamlarda yaşayan tatlı su veya deniz tür su ve laboratuvar koşullarında işlenebilir muhtemelen.
Ancak, bu iletişim kuralı ile korunmasından daha sunuyor. Bir tür hassas ya da manyetik alanları için nonsensitive olsun açıkça vurgulamaktadır iken, hangi aracılığıyla hayvan hareketi kararlar için manyetik alan kullanır yönlendirme mekanizmaları ifşa edemem. Manyetik yönlendirme mekanizmaları sucul türler araştırmak için kurulumları ile dairesel arenalar ve durgun su7,38,13 39 veya labirentine yaygın olarak kullanılır. Ancak, Balık (ve genel olarak hayvanlar) nerede akımları yok ve sunulan yöntem her yerde yönlü ipuçlarını, bütünleştirici davranışsal yanıt araştırmak için ilk girişimdir ortamlarda canlı yok tarihlerde su akar ve manyetik alanları. Başka bir bu iletişim kuralı el ile video izleme yordamı kısıtlamasıdır. Bu kurulum bir otomatik izleme yazılımı ile entegre tüm veri çözümleme işlemi zamanlama geliştirmek.
Burada sunulan deneysel protokol manyetik duyarlılık ve rheotaxis hayvan kişiliğinin etkisi araştırmak için tasarlanmış ilk defa gerçekleşiyor. Bu konuda literatürde gözden kaçırdığı ve daha da keşfedilmeyi gerekiyor. Bireylerin aynı türlerden ya da bir nüfus veya (gibi bir balık Balık), küçük bir grup içinde göç üzerinde çalışmalarda önemli bir faktör olabilir farklı kişilik özellikleri22,40, karakterize, keşif, navigasyon ve yönlendirme davranışı. Tüm bireylerin çevre ipuçları aynı şekilde entegre. Bu nedenle hesabı iç faktörler çekici, Kişilik gibi hareket ekoloji16çalışmalarda yaygın olarak gözlenen veri değişkenliği azaltmak için yardımcı olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Çalışma temel araştırma kurucu Fizik Bölümü ve Napoli Üniversitesi Federico II Biyoloji bölümü tarafından desteklenmiştir. Yazarlar Dr Claudia Angelini (Enstitüsü, Uygulamalı Matematik, Consiglio Via delle Ricerche [CNR], İtalya) istatistiksel destek için teşekkür ederiz. Yazarlar Martina Scanu ve Silvia Frassinet verileri ve F. Cassese, G. Passeggio ve R. Rocco departman teknisyenleri için tasarım ve deneysel kurulumunun gerçekleşme usta onların yardım toplama ile teknik yardım için teşekkür ederiz. Laura Gentile video çekim sırasında deney yardımcı olduğunuz için teşekkür ederiz. Diana Rose Udel Miami Üniversitesi Alessandro Cresci röportaj beyanları çekim için teşekkür ediyoruz.
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
- Nathan, R., et al. A movement ecology paradigm for unifying organismal movement research. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19052-19059 (2008).
- Holyoak, M., Casagrandi, R., Nathan, R., Revilla, E., Spiegel, O. Trends and missing parts in the study of movement ecology. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19060-19065 (2008).
- Miller, N., Gerlai, R. From Schooling to Shoaling: Patterns of Collective Motion in Zebrafish (Danio rerio). PLoS ONE. 7 (11), 8-13 (2012).
- Chapman, J. W., et al. Animal orientation strategies for movement in flows. Current Biology. 21 (20), R861-R870 (2011).
- Montgomery, J. C., Baker, C. F., Carton, A. G. The lateral line can mediate rheotaxis in fish. Nature. 389 (6654), 960-963 (1997).
- Baker, C. F., Montgomery, J. C. The sensory basis of rheotaxis in the blind Mexican cave fish, Astyanax fasciatus. Journal of Comparative Physiology A: Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 184 (5), 519-527 (1999).
- Putman, N. F., et al. An Inherited Magnetic Map Guides Ocean Navigation in Juvenile Pacific Salmon. Current Biology. 24 (4), 446-450 (2014).
- Cresci, A., et al. Glass eels (Anguilla anguilla) have a magnetic compass linked to the tidal cycle. Science Advances. 3 (6), 1-9 (2017).
- Newton, K. C., Kajiura, S. M. Magnetic field discrimination, learning, and memory in the yellow stingray (Urobatis jamaicensis). Animal Cognition. 20 (4), 603-614 (2017).
- Langdon, S. A., Collins, A. L. Quantification of the maximal swimming performance of Australasian glass eels, Anguilla australis and Anguilla reinhardtii, using a hydraulic flume swimming chamber. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research. 34 (4), 629-636 (2000).
- Faillettaz, R., Durand, E., Paris, C. B., Koubbi, P., Irisson, J. O. Swimming speeds of Mediterranean settlement-stage fish larvae nuance Hjort’s aberrant drift hypothesis. Limnology and Oceanography. 63 (2), 509-523 (2018).
- Takebe, A., et al. Zebrafish respond to the geomagnetic field by bimodal and group-dependent orientation. Scientific Reports. 2, 727 (2012).
- Osipova, E. A., Pavlova, V. V., Nepomnyashchikh, V. A., Krylov, V. V. Influence of magnetic field on zebrafish activity and orientation in a plus maze. Behavioural Processes. 122, 80-86 (2016).
- Cresci, A., De Rosa, R., Putman, N. F., Agnisola, C. Earth-strength magnetic field affects the rheotactic threshold of zebrafish swimming in shoals. Comparative Biochemistry and Physiology - Part A: Molecular and Integrative Physiology. 204, 169-176 (2017).
- Tesch, F. W. Influence of geomagnetism and salinity on the directional choice of eels. Helgoländer Wissenschaftliche Meeresuntersuchungen. 26 (3-4), 382-395 (1974).
- Cresci, A., et al. Zebrafish “personality” influences sensitivity to magnetic fields. Acta Ethologica. , 1-7 (2018).
- Benus, R. F., Bohus, B., Koolhaas, J. M., Van Oortmerssen, G. A. Heritable variation for aggression as a reflection of individual coping strategies. Cellular and Molecular Life Sciences. 47 (10), 1008-1019 (1991).
- Dahlbom, S. J., Backstrom, T., Lundstedt-Enkel, K., Winberg, S. Aggression and monoamines: Effects of sex and social rank in zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 228 (2), 333-338 (2012).
- Koolhaas, J. M. Coping style and immunity in animals: Making sense of individual variation. Brain, Behavior, and Immunity. 22 (5), 662-667 (2008).
- Dahlbom, S. J., Lagman, D., Lundstedt-Enkel, K., Sundström, L. F., Winberg, S. Boldness predicts social status in zebrafish (Danio rerio). PLoS ONE. 6 (8), 2-8 (2011).
- Rey, S., Boltana, S., Vargas, R., Roher, N., Mackenzie, S. Combining animal personalities with transcriptomics resolves individual variation within a wild-type zebrafish population and identifies underpinning molecular differences in brain function. Molecular Ecology. 22 (24), 6100-6115 (2013).
- Toms, C. N., Echevarria, D. J., Jouandot, D. J. A Methodological Review of Personality-related Studies in Fish: Focus on the Shy-Bold Axis of Behavior. International Journal of Comparative Psychology. 23, 1-25 (2010).
- Boujard, T., Leatherland, J. F. Circadian rhythms and feeding time in fishes. Environmental Biology of Fishes. 35 (2), 109-131 (1992).
- Plaut, I. Effects of fin size on swimming performance, swimming behaviour and routine activity of zebrafish Danio rerio. Journal of Experimental Biology. 203 (4), 813-820 (2000).
- Tierney, P., Farmer, S. M. Creative Self-Efficacy Development and Creative Performance Over Time. Journal of Applied Psychology. 96 (2), 277-293 (2011).
- Plaut, I., Gordon, M. S. swimming metabolism of wild-type and cloned zebrafish brachydanio rerio. Journal of Experimental Biology. 194 (1), (1994).
- Kalueff, A. V., et al. Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond. Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).
- Tudorache, C., Schaaf, M. J. M., Slabbekoorn, H. Covariation between behaviour and physiology indicators of coping style in zebrafish (Danio rerio). Journal of Endocrinology. 219 (3), 251-258 (2013).
- Uliano, E., et al. Effects of acute changes in salinity and temperature on routine metabolism and nitrogen excretion in gambusia (Gambusia affinis) and zebrafish (Danio rerio). Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 157 (3), 283-290 (2010).
- Palstra, A. P., et al. Establishing zebrafish as a novel exercise model: Swimming economy, swimming-enhanced growth and muscle growth marker gene expression. PLoS ONE. 5 (12), (2010).
- Bak-Coleman, J., Court, A., Paley, D. A., Coombs, S. The spatiotemporal dynamics of rheotactic behavior depends on flow speed and available sensory information. The Journal of Experimental Biology. 216, 4011-4024 (2013).
- Brett, J. R. The Respiratory Metabolism and Swimming Performance of Young Sockeye Salmon. Journal of the Fisheries Research Board of Canada. 21 (5), 1183-1226 (1964).
- Quintella, B. R., Mateus, C. S., Costa, J. L., Domingos, I., Almeida, P. R. Critical swimming speed of yellow- and silver-phase European eel (Anguilla anguilla, L.). Journal of Applied Ichthyology. 26 (3), 432-435 (2010).
- Spence, R., Gerlach, G., Lawrence, C., Smith, C. The behaviour and ecology of the zebrafish, Danio rerio. Biological Reviews. 83 (1), 13-34 (2008).
- Engeszer, R. E., Patterson, L. B., Rao, A. A., Parichy, D. M. Zebrafish in the Wild: A Review of Natural History and New Notes from the Field. Zebrafish. 4 (1), (2007).
- Gardiner, J. M., Atema, J. Sharks need the lateral line to locate odor sources: rheotaxis and eddy chemotaxis. Journal of Experimental Biology. 210 (11), 1925-1934 (2007).
- Thorpe, J. E., Ross, L. G., Struthers, G., Watts, W. Tracking Atlantic salmon smolts, Salmo salar L., through Loch Voil, Scotland. Journal of Fish Biology. 19 (5), 519-537 (1981).
- Bottesch, M., et al. A magnetic compass that might help coral reef fish larvae return to their natal reef. Current Biology. 26 (24), R1266-R1267 (2016).
- Boles, L. C., Lohmann, K. J. True navigation and magnetic maps in spiny lobsters. Nature. 421 (6918), 60-63 (2003).
- Dingemanse, N. J., Kazem, A. J. N., Réale, D., Wright, J. Behavioural reaction norms: animal personality meets individual plasticity. Trends in Ecology and Evolution. 25 (2), 81-89 (2010).
