Målet med detta protokoll är att manipulera färg mönster av hoppande spindlar och andra mycket små leddjur med färg för att studera frågor som rör sexuellt urval, sexuell kannibalism, predation, aposematism, eller något annat område av djur färgning.
Inom området beteende ekologi, är många experiment utformade för att undersöka de evolution ära syftena med färgglada egenskaper i samband med sexuell selektion och predation. Metoder är olika men oftast består av att ändra färg mönster av individer med olika färg ämnen. Sådana tekniker har använts på många ryggradsdjur, särskilt hos fåglar, men har för bli vit underutvecklade för ryggradslösa djur på grund av svårigheten att effektivt manipulera färg i små organismer. I stället, för att manipulera uppkomsten av ryggradslösa djur, har forskarna vanligt vis ändrat ljus miljön för att filtrera bort vissa våg längder. Emellertid, en sådan metod påverkar inte bara fenotypisk drag av intresse utan hela utseendet på individen och dess omgivning. Här, skala ner de tekniker som tidigare använts på färgglada fåglar, presenterar vi sätt att manipulera färgerna på små leddjur, med lika emblematiska men understuderade arter: de färgglada hoppande spindlar.
Djur har ofta utarbeta färg mönster som de visar under sexuella möten, agonistiska möten, eller att avskräcka predation. Dessa egenskaper kan förmedla information till mottagare som neurotransmission individuella kvalitet som en Mate1, Fighting förmåga som konkurrent2, eller smaklighet som ett byte post3. För att förstå de adaptiva syftena med färgglada egenskaper har forskarna utformat experiment som involverar manipulerande färger på olika sätt. Vissa forskare har använt färgade lockbete stimuli såsom modeller4,5,6,7,8, fotografier9, eller videor10,11, 12 som presenteras för mottagare i beteendemässiga experiment. Andra, särskilt när de använder ryggradslösa djur, har manipulerat ljus miljön för att påverka utseendet på färger levande individer13,14,15,16, 17. alla dessa manipulationer, medan geniala, har nack delen att ta bort potentiellt viktiga naturliga beteende och/eller påverkar mycket mer än den egenskap av intresse. I stora ryggradsdjur, som fåglar, manipulerar forskare ofta färg direkt på levande djur (ses över i Hill och McGraw, 200618). Enskilda fjädrar eller nävar har färgats direkt med markörer2,19,20,21,22,23,24, färg ämnen som innehåller väteperoxid används ofta i hår Blonde ring25,26,27, eller olika färger inklusive nagellack28. I ryggradslösa djur, sådana studier som manipulerar färg mönster direkt på levande djuren är jämförelse vis sällsynta men har fortfarande gett enorm insikt i funktion och utveckling av färg29,30,31 ,32,33,34,35,36,37,38,39. Även leddjur studier verkar vara partiska mot större taxa som lättare kan hanteras och målas, lämnar färg mönster i mycket små arter relativt understuderade.
Här beskriver vi en delikat färg manipulation teknik som utvecklades för mycket små djur taxa. Specifikt, denna metod innebär att manipulera ansikts färgning av manliga hoppande spindlar under ett Mikroskop för att undersöka vikten av sådana färgglada drag i samband med Mate val och sexuell kannibalism. I detta fall använde vi Habronattus pyrrithrix (som samlats in från Phoenix, AZ, USA) som en modell art (figur 1). Vi har publicerat resultaten från experimentellt arbete med hjälp av några av dessa tekniker någon annan stans38,39, men här beskriver vi metoderna mer detaljerat än vad som har gjorts tidigare, på ett sätt som bör göra dem tillgängliga för andra försök att replikera dem eller anpassa dem för användning på andra mycket små taxa. Sådana protokoll bör öppna experimentella möjligheter på djur som kan vara lika färgglada som de mest emblematiska fåglarna men som vanligt vis unders öks.
Här visar vi att färgerna på små kropps delar av leddjur effektivt kan manipuleras med hjälp av färg ämnen som smink och emalj färger.
Det första kritiska steget för att uppnå en sådan delikat manipulation är att kunna immobilisera små djur som vanligt vis inte kan hållas tillbaka i sin hand. Här, för att kunna måla känsliga områden som hoppar spindelns ansikte, bedövade vi individer med CO2 och monterade dem på huvudet av en nål. Detta gör det möjligt att arbeta nära spindelns ögon med mindre stress än spindeln skulle sannolikt uppleva om det var vaken (med ljus från Mikroskop lyser i deras ansikten under målningen processen).
Metoden kräver också att få bra kvalitet mikroborstar, och, mest kritiskt, lämpliga färg ämnen. Det svåraste steget i att tillämpa färg utan spill men med god täckning är att få rätt konsistens. Därför, färg ämnen måste lätt spädas med en tunnare, och lätt torkas ut för förtjockning. Olika typer av färger kan användas; Här presenteras resultaten med vattenlösliga (icke-vattentäta) eyeliners och emalj färger. Icke-vatten täta eyeliners har fördelen att de lätt kan kondenseras när de blandas med vatten. Emellertid, detta avslut med utspädning av pigmentering (som inte kan eller kan vara önskvärt (se till exempel figur 3)). Emalj färger har en konsistens som lätt kan kontrol leras genom att tillsätta emalj tunnare, samtidigt som den ger full täckning. Emellertid, denna karakteristiska avslut med möjligheten att bibehålla håret eller skala struktur av kroppen del målade. Dessutom, emalj färger är långvariga. Nack delen med detta är att emalj färg och tunnare avger starka lukter under applicering och före torkning. Ytterligare en svårighet när det gäller färg ämnen kan vara att hitta rätt nyans, med rätt spektralegenskaper. Det är till exempel svårt att få röd eyeliner att använda parallellt med svart eyeliner, som eyeliners är ofta mer rosa än rött. Det är också svårt att få smink pulver (eller pigment) som inte innehåller något glitter (som ibland kan bara synas under Mikroskop). Många Makeup produkter reflekterar också UV-ljus som, medan osynliga för experimenterare, kan vara iögonfallande för de studerade djuren.
Manipulera färgning av leddjur genom att direkt tillämpa färg ämnen på sina kropps delar kommer med fördelar och olägenheter jämfört med andra metoder. Dess huvudsakliga begränsning är att man inte absolut kan avfärda möjligheten av några subtila toxicitetseffekter. Man kan dock se till att inte införa fördomar mot en behandlings grupp genom att måla alla behandlings kategorier, och/eller man kan testa om färgen ansökan stör beteenden av intresse. Med de metoder som presenteras här samlade vi tillräckligt med bevis som tyder på att färgen ansökan ledde till försumbar till ingen negativ effekt (tabell 1 och tabell 2). Den största fördelen med denna metod är att små fläckar av färg kan riktas, deras färg “bort” (se figur 2), gjorde mattare (figur 3) eller ljusare (figur 4), isolerat från resten av kroppen färg och individens Miljö. Detta kontrasterar mot den vanligaste alternativa metoden som består i att manipulera ljus förhållandena, och därigenom ändra det visuella utseendet hos hela individen och dess omgivning. I själva verket, även när inte specifikt manipulera ljus förhållanden, kan man framgångs rikt manipulera färg och se begränsade eller inga effekter av denna manipulation om ljus miljön inte är lämplig39. Därför är det viktigt att mäta och överväga ljus miljön där alla experiment kommer att utföras (dvs mäta irradians) och se till att noga matcha den med naturliga ljus förhållanden (till exempel med hjälp av fullt spektrum glöd lampor som efterliknar naturligt ljus i fångens Kap). Sammantaget, genom att använda mikro borstar och ett Mikroskop, detta protokoll möjliggör mer exakt manipulering av små färg fläckar än de flesta andra direkta färg läggnings metoder som har använts tidigare på ryggradslösa djur. De flesta tidigare studier har använt djur med färg fläckar som är relativt stora jämfört med ansikten hoppande spindlar (t. ex. manipulation av Butterfly Wing färger29,34,35, kropparna av vuxna hemipterans (“sanna buggar”)30,36 och gräshoppor31, eller benen av relativt stora varg spindlar32,33,37). De metoder som presenteras här öppnar möjligheter att studera den fantastiska mångfalden av färg fläckar på taxa som unders öks på grund av sin ringa storlek.
Liknande tekniker kan tillämpas på andra leddjur som kan immobiliseras eller bedövas och för områden där färg inte skulle påverka rörligheten eller hälsan hos den enskilde (dvs., exklusive områden som leder, strukturer som hår eller arolia som behövs för lämplig förflyttning, mun delar eller andra öppningar såsom andnings strukturer). Dessa tekniker kan också utvidgas till att omfatta en större palett av färg ämnen, färger och Makeups som är allmänt tillgängliga.
Slutligen kan dessa känsliga tekniker användas inte bara för att manipulera färg på små organismer, men också för att manipulera mönster (t. ex. ränder) i relativt större organismer. Detta bör vara fördelaktigt för en mängd olika forskare som kan anpassa våra metoder till sina egna studier av sexuellt urval, kommunikation, varsel byten signaler, och andra sammanhang där djuren använder färg.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av finansiering från National Science Foundation (IOS-1557867 till LAT), Florida Museum of Natural History, och entomologi och Nematology institutionen vid University of Florida. Publicerings avgiften för denna artikel finansierades delvis av University of Florida Open Access Publishing Fund.
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 |