Målet med denne protokol er at manipulere farve mønstrene for at hoppe edderkopper og andre meget små leddyr med maling for at studere spørgsmål relateret til seksuel udvælgelse, seksuel kannibalisme, prædation, aposematisme, eller ethvert andet område af animalsk farvning.
Inden for adfærdsmæssige økologi, mange eksperimenter er designet til at undersøge de evolutionære formål med farverige træk i forbindelse med seksuel udvælgelse og prædation. Metoder er forskellige, men for det meste består af at ændre farve mønstre af personer med forskellige farvestoffer. Sådanne teknikker har været anvendt på tværs af mange hvirveldyr taxa, især hos fugle, men er forblevet underudviklede for hvirvelløse dyr på grund af vanskeligheden ved effektivt at manipulere farve i små organismer. I stedet for at manipulere udseendet af invertebrater, har forskerne normalt modificeret belysnings miljøet for at filtrere visse bølgelængder. Men, en sådan metode påvirker ikke kun fænotypiske træk af interesse, men hele udseendet af den enkelte og dens omgivende. Her, skalering ned de teknikker, der tidligere anvendes på farverige fugle, præsenterer vi måder at manipulere farverne på små leddyr, ved hjælp af lige så emblematiske men understuderet arter: den farverige hoppe edderkopper.
Dyr har ofte udførlige farve mønstre, som de viser under seksuelle møder, agonistiske møder, eller for at afskrække prædation. Disse egenskaber kan formidle oplysninger til modtagere såsom signaler individuelle kvalitet som en Mate1, kæmper evne som en konkurrent2, eller smagsevne som bytte element3. For at forstå de adaptive formål med farverige træk, forskere har designet eksperimenter, der involverer manipulere farver på forskellige måder. Nogle forskere har brugt farvede lokke stimuli såsom modeller4,5,6,7,8, fotografier9, eller videoer10,11, 12 , der præsenteres for modtagere i adfærdsmæssige eksperimenter. Andre, især når du bruger invertebrater, har manipuleret belysning miljø til at påvirke udseendet af farver af levende individer13,14,15,16, 17. alle disse manipulationer, mens genialt, har den ulempe at fjerne potentielt vigtige naturlige adfærd og/eller påvirker meget mere end det træk af interesse. I store hvirveldyr, såsom fugle, manipulerer forskerne meget ofte farve direkte på levende dyr (anmeldt i Hill og McGraw, 200618). Individuelle fjer eller næakker er direkte farvet med markører2,19,20,21,22,23,24, farvestoffer, der indeholder hydrogenperoxid, der ofte anvendes i hårlighteners25,26,27eller forskellige malinger, herunder neglelak28. I hvirvelløse dyr er sådanne undersøgelser, der manipulerer farve mønstre direkte på levende dyrearter, forholdsvis sjældne, men har stadig givet enorm indsigt i funktionen og udviklingen af farve29,30,31 ,32,33,34,35,36,37,38,39. Selv leddyr undersøgelser synes at være forudindtaget mod større taxa, der kan lettere håndteres og males, efterlader farve mønstre i meget små arter relativt undersøgt.
Her beskriver vi en delikat farve manipulation teknik, der blev udviklet til meget små dyre taxa. Specifikt, denne metode indebærer manipulerer ansigts farvning af mandlige hoppe spiders under et mikroskop for at undersøge betydningen af sådanne farverige træk i forbindelse med Mate valg og seksuel kannibalisme. I dette tilfælde brugte vi Habronattus pyrrithrix (indsamlet fra Phoenix, AZ, USA) som en model arter (figur 1). Vi har offentliggjort resultaterne af eksperimenterende arbejde ved hjælp af nogle af disse teknikker andetsteds38,39, men her beskriver vi metoderne mere detaljeret, end der er gjort tidligere, på en måde, der bør gøre dem tilgængelige for andre forsøg på at replikere dem eller tilpasse dem til brug på andre meget små taxa. Sådanne protokoller bør åbne op for eksperimentelle muligheder på dyr, der kan være lige så farverige som de mest emblematiske fugle, men som normalt er undersøgt.
Her viser vi, at farverne på bittesmå kropsdele af leddyr effektivt kan manipuleres ved hjælp af farvestoffer som makeup og emalje maling.
Den første kritiske skridt til at opnå en sådan delikat manipulation er at være i stand til at immobilisere små dyr, der normalt ikke kan fastholdes i ens hånd. Her, at være i stand til at male følsomme områder som hoppe edderkop ansigt, vi bedøvet individer med CO2 og monteret dem på hovedet af en PIN. Dette tillader arbejde tæt på edderkoppens øjne med mindre stress end edderkoppen ville sandsynligvis opleve, hvis det var vågen (med lys fra mikroskopet skinner ind i deres ansigter under maleprocessen).
Metoden kræver også at få god kvalitet mikro pensler, og, mest kritisk, passende farvestoffer. Det sværeste skridt i at anvende maling uden spild, men med god dækning er at få den rigtige konsistens. Derfor skal farvestoffer let fortyndes med en tyndere, og let tørres ud til fortykkelse. Der kan anvendes forskellige typer maling; her præsenteres resultaterne med vandopløselige (ikke-vandtætte) eyeliner og emalje maling. Ikke-vandtætte øjenvipper har den fordel, at de er let flydende, når de blandes med vand. Men, dette handler ud med fortynding af pigmentering (som måske ikke eller kan være ønskeligt (Se f. eks figur 3)). Emalje maling har en konsistens, der nemt kan styres ved at tilføje emalje tyndere, mens der stadig giver fuld dækning. Men denne karakteristiske handler ud med mulighed for at opretholde håret eller skala struktur af kroppen del malet. Desuden er emalje maling langtidsholdbare. Ulempen ved dette er, at emalje maling og tyndere udsender stærke lugte under påføring og før tørring. En yderligere vanskelighed med hensyn til farvning stoffer kan være at finde den rigtige nuance, med de rigtige spektral egenskaber. Det er for eksempel svært at få røde eyeliner til at bruge parallelt med sort eyeliner, som eyeliner er ofte mere pink end rød. Det er også svært at få makeup pulver (eller pigmenter), der ikke indeholder glitter (som undertiden kun kan ses under mikroskopet). Mange makeup produkter afspejler også UV-lys, som, mens usynlige for de eksperimentere, kan være iøjnefaldende for de undersøgt dyr.
Manipulerende farvning af leddyr ved direkte at anvende farvestoffer på deres kropsdele kommer med fordele og ulemper i forhold til andre metoder. Dens vigtigste begrænsning er, at man ikke helt kan afvise muligheden for nogle subtile toksicitet virkninger. Men, man kan sikre ikke at indføre bias mod en behandling gruppe ved at anvende maling til alle behandlingskategorier, og/eller man kan teste, om maling ansøgning forstyrrer adfærd af interesse. Med de metoder, der præsenteres her, indsamlede vi nok beviser til at antyde, at maling ansøgningen førte til ubetydelig til ingen negativ effekt (tabel 1 og tabel 2). Den største fordel ved denne metode er, at små pletter af farve kan målrettes, deres farve ‘ fjernet ‘ (Se figur 2), lavet duller (figur 3) eller lysere (figur 4), isoleret fra resten af kroppen farvning og den enkeltes Miljø. Dette står i kontrast til den mest almindelige alternative metode, som består i at manipulere lysforholdene og derved ændre det visuelle udseende af hele individet og dets omgivelser. Faktisk, selv når der ikke specifikt manipulerer lysforhold, kan man med held manipulere farve og se begrænset eller ingen virkninger af denne manipulation, hvis belysningen miljø ikke er passende39. Derfor er det vigtigt at måle og overveje det lys miljø, hvor eventuelle eksperimenter vil blive gennemført (dvs. måle bestråling) og sørg for at nøje matche det til naturlige lysforhold (for eksempel ved hjælp af fuld spektrum pærer, der efterligner naturligt lys, når det er i fangenskab). Samlet, ved hjælp af mikro pensler og et mikroskop, denne protokol giver mulighed for mere præcis manipulation af bittesmå farve pletter end de fleste andre direkte farvestoffer metoder, der har været anvendt tidligere på invertebrater. De fleste tidligere undersøgelser har brugt dyr med farve patches, der er relativt store i forhold til ansigter hoppe edderkopper (f. eks manipulation af Butterfly vinge farver29,34,35, ligene af voksne hemipterans (‘ true bugs ‘)30,36 og græshopper31, eller benene på relativt store ulve edderkopper32,33,37). De metoder, der præsenteres her åbner op for muligheder for at studere den fantastiske mangfoldighed af farve pletter på taxa, der er under studeret på grund af deres lille størrelse.
Lignende teknikker kan anvendes på andre leddyr, der kan være immobiliseret eller bedøvet og for områder, hvor maling ikke ville påvirke mobiliteten eller sundheden for den enkelte (dvs., bortset fra områder som led, strukturer såsom hår eller arolia, der er nødvendige for passende bevægelse, munddele eller andre åbninger såsom åndedrætsværn). Disse teknikker kan også udvides til at omfatte en større palet af farvestoffer, maling, og makeups, der er bredt tilgængelige.
Endelig kan disse sarte teknikker bruges ikke kun til at manipulere farve på små organismer, men også til at manipulere mønstre (såsom striber) i relativt større organismer. Dette bør være til gavn for en bred vifte af forskere, der kan tilpasse vores metoder til deres egne undersøgelser af seksuel udvælgelse, kommunikation, aposematiske bytte signaler, og andre sammenhænge, hvor dyr bruger farve.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af finansiering fra National Science Foundation (IOS-1557867 til LAT), Florida Museum of Natural History, og Entomology og Nematology Department på University of Florida. Publikations gebyret for denne artikel blev delvist finansieret af University of Florida Open Access-udgivelses fonden.
CO2 tank | AirGas (Radnor, PA) | #CD 50 | to anesthesize spiders |
Enamel paint thinner | Testors (Vernon Hills, IL) | 75611792569 | to thin enamel paint |
Flat enamel paint | Testors (Vernon Hills, IL) | red: 075611115009, black: 075611114903, white: 075611116808 | can be thinned with enamel paint thinner |
Light microscope | Zeiss (Jena, Germany) | stemi 508 | to paint small areas with precision |
Light microscope camera | Zeiss (Jena, Germany) | Axiocam 105 color | to take picture before and after manipulation for documentation |
Light microscope camera software | Zeiss (Jena, Germany) | Zen 2 blue edition | to process pictures taken before and after manipulation |
Liquid liner eyeliner, shade “Perversion” | Urban Decay (Costa Mesa, CA) | (discontinued) | non-waterproof eyeliner which can be thinned with water; eyeliner 2 |
MegaLiner liquid eyeliner, black | WetnWild (Los Angeles, CA) | SKU# 871A | non-waterproof eyeliner which can be thinned with water; eyeliner 1 |
Micro brushes | MicroMark (Berkeley Heights, NJ) | #84648 | to allow precise painting of small areas |
Non-hardening modelling clay | Van Aken International Claytoon (North Charleston, SC) | 18165 | to stick small nail or insect pin in and flexily adjust their angles |
Small nail or insect mounting pins | BioQuip (Rancho Dominguez, CA) | #1208B7 | to glue spiders on as well as moving away spider’s appendages in front of the area to paint |
Small plastic containers such as the lids of snap-cap insect collection vials | BioQuip (Rancho Dominguez, CA) | #8912 | to mix paint and thinner to the right consistency |
Small syringe | Fisher Scientific | 1482910F | to transfer small amount of enamel thinner |
Spectralon white standard | Labsphere Inc. (North Sutton, NH) | WS-1-SL | to measure spectral properties of colors |
UV-VIS spectrophotometer | Ocean Optics (Dunedin, FL) | USB 2000 (spectrophotometer) with PX-2 (light source) | to measure spectral properties of colors |
Water soluble school glue | Elmer's (High Point, NC) | #E304 | to mount the spiders onto a nail/pin |
Wood toothpicks | Up&Up, Target Corporation (Minneapolis, MN) | #253-05-0125 | to transfer drops of enamel paint |