تقييم تأثير شخصية على حساسية للحقول المغنطيسية في الزرد

Summary

يمكننا وصف بروتوكول سلوكية المصممة لتقييم كيفية تأثير الشخصيات الزرد في استجابتها للمياه، التيارات والمجالات المغناطيسية الضعيفة. يتم فصل الأسماك مع الشخصيات نفسها استناداً إلى سلوكها الاستكشافية. ثم يلاحظ سلوكهم اتجاه رهيوتاكتيك في نفق سباحة مع معدل تدفق منخفض وتحت ظروف مختلفة المغناطيسية.

Abstract

لتوجيه أنفسهم في بيئتهم، دمج الحيوانات على مجموعة واسعة من الرموز الخارجية، التي تتفاعل مع عدة عوامل داخلية، مثل شخصية. وهنا يصف لنا سلوكية بروتوكول مصمم لدراسة تأثير شخصية الزرد على استجابتها التوجه إلى عدة منبهات البيئية الخارجية، تحديداً التيارات المائية والحقول المغناطيسية. ويهدف هذا البروتوكول فهم ما إذا كانت استباقية أو الزرد رد الفعل عرض عتبات رهيوتاكتيك مختلفة (أي سرعة تدفق الذي يبدأ السمك السباحة ضد التيار) عندما يتغير المجال المغناطيسي المحيطة اتجاهه. تحديد الزرد مع نفس السمات، يتم إدخال الأسماك في الظلام نصف خزان متصل مع فتحه ضيقة لنصف مشرق. فقط استباقية الأسماك استكشاف الرواية، البيئة مشرق. لا تقم بإنهاء الأسماك رد الفعل في النصف المظلم من الدبابة. يستخدم نفق سباحة مع معدلات التدفق المنخفض لتحديد عتبة رهيوتاكتيك. يصف لنا اثنين من الأجهزة للتحكم في المجال المغناطيسي في النفق، في نطاق شدة المجال المغناطيسي للأرض: واحد يتحكم في المجال المغناطيسي على طول اتجاه التدفق (بعد واحد) ويسمح عنصر تحكم ثلاثة محورية للمجال المغناطيسي. يتم تصويره الأسماك بينما تعاني بزيادة تدريجية لسرعة تدفق في نفق تحت مختلف المجالات المغناطيسية. بيانات عن سلوك التوجه التي تم جمعها من خلال إجراءات التعقب بالفيديو وتطبيقها على نموذج سوقي للسماح بتحديد عتبة رهيوتاكتيك. نحن تقرير الممثل النتائج التي تم جمعها من الضحالة الزرد. وتبين هذه على وجه التحديد، أن الأسماك إلا رد الفعل، والحكمة إظهار اختلافات عتبة رهيوتاكتيك عندما يختلف المجال المغناطيسي في اتجاهه، بينما الأسماك استباقية لا تستجيب للتغيرات في المجال المغناطيسي. يمكن تطبيق هذه المنهجية لدراسة حساسية المغناطيسية والسلوك رهيوتاكتيك لكثير من الأنواع المائية، سواء عرض الانفرادي أو الضحالة استراتيجيات السباحة.

Introduction

في الدراسة الحالية، ويصف لنا بروتوكول المستندة إلى مختبر سلوكية التي لها نطاق التحقيق في دور شخصية الأسماك على استجابة التوجه الضحالة الأسماك إلى إشارات التوجه الخارجي، مثل التيارات المائية والحقول المغناطيسية.

نتيجة القرارات التي توجه للحيوانات من وزنها مختلف المعلومات الحسية. عملية اتخاذ القرار يتأثر بقدرة الحيوان على التنقل (مثل القدرة على تحديد والحفاظ اتجاه)، حالته الداخلية (مثلاً، احتياجات التغذية أو الإنجابية)، وقدرته على التحرك (مثلاً، تحرك الميكانيكا الحيوية)، وعدة إضافية العوامل الخارجية (على سبيل المثال، الوقت من اليوم، التفاعل مع كونسبيسيفيكس)¹.

دور الدولة الداخلية أو شخصية الحيوان في سلوك اتجاه هو غالباً غير مفهومة أو لم تستكشف². وتنشأ تحديات إضافية في دراسة التوجه للأنواع المائية الاجتماعية، التي غالباً ما تؤدي منسقة واستقطاب مجموعة حركة السلوك³.

التيارات المائية تلعب دوراً رئيسيا في عملية التوجه للأسماك. الأسماك توجيه المياه التيارات من خلال استجابة أونكونديتيونيد يسمى رهيوتاكسيس⁴، الذي يمكن أن يكون إيجابيا (أي، المنبع الموجه) أو سالبة (أي المصب الموجه) ويستخدم للعديد من الأنشطة، بدءاً من جمع العلف للتقليل إلى أدنى حد من الإنفاق النشطة^5،6. وعلاوة على ذلك، تفيد مجموعة متنامية من الأدب أن العديد من أنواع الأسماك استخدام المجال المغنطيسي الأرضي للتوجيه والملاحة^7،،من⁸⁹.

دراسة الأداء رهيوتاكسيس والسباحة في الأسماك يجري عادة في تدفق الدوائر (المسايل)، حيث يتعرض السمك لزيادة سرعة تدفق، التدرجي من منخفض إلى سرعات عالية، غالباً ما حتى استنفاد (تسمى السرعة الحرجة)^{10، 11}. من ناحية أخرى، حققت الدراسات السابقة دور المجال المغناطيسي في الاتجاه من خلال مراقبة سلوك سباحة الحيوانات في الساحات مع المياه ما زال^12،13. هنا، يمكننا وصف تقنية مختبرات التي يسمح للباحثين لدراسة سلوك الأسماك أثناء التعامل مع التيارات المائية والمجال المغناطيسي. واستخدمت هذه الطريقة للمرة الأولى على الضحالة الزرد (دانيو rerio) في دراستنا السابقة، مما يؤدي إلى الاستنتاج بأن التلاعب بالمجال المغناطيسي المحيطة يحدد عتبة رهيوتاكتيك (أي، الحد الأدنى من المياه السرعة التي الضحالة الأسماك المشرق المنبع)¹⁴. ويستند هذا الأسلوب استخدام الدائرة المسايل مع بطء تدفق جنبا إلى جنب مع إعداد تهدف إلى التحكم في المجال المغناطيسي في المسايل، ضمن مجموعة شدة المجال المغناطيسي للأرض.

النفق السباحة المستخدمة لمراقبة سلوك الزرد يرد في الشكل 1. النفق (مصنوعة من اﻷكريليك nonreflecting اسطوانة قطرها 7 سم وطولها 15 سم) متصل بإعداد للتحكم في معدل تدفق¹⁴. مع هذا الإعداد، يختلف نطاق معدلات التدفق في النفق بين 0 و 9 سم/ثانية.

للتعامل مع المجال المغناطيسي في النفق السباحة، فإننا نستخدم نهجين المنهجية: الأول أحادي البعد، والثاني ثلاثي الأبعاد. لأي تطبيق، هذه الأساليب التعامل مع المجال المغنطيسي الأرضي الحصول على شروط محددة المغناطيسية في كمية محددة من المياه – وهكذا جميع قيم كثافة المجال المغناطيسي التي ذكرت في هذه الدراسة تشمل المجال المغنطيسي الأرضي.

فيما يتعلق أحادية البعد نهج¹⁵، يتم معالجته الحقل المغناطيسي على طول اتجاه تدفق المياه (المعرفة كمحور س) استخدام لولبي ملفوفة حول النفق السباحة. وهذا متصل بوحدة طاقة، ويولد الحقول المغناطيسية ثابتة موحدة (الشكل 2A). وبالمثل، في حالة النهج ثلاثي الأبعاد، يتم تعديل الحقل المغنطيسي الأرضي في وحدة التخزين التي تحتوي على نفق السباحة استخدام لفائف أسلاك الكهربائية. ومع ذلك، قد لفائف للتحكم بالمجال المغناطيسي في ثلاثة أبعاد، تصميم ثلاثة أزواج هلمهولتز متعامد (الشكل 2). كل زوج هلمهولتز يتألف من اثنين لفائف التعميم الموجه على طول ثلاثة اتجاهات الفضاء متعامد (x، y، و z) ومزودة بجهاز الاستشعار المغنطيسي ثلاثة محورية يعملون في ظروف مغلقة. يعمل أجهزة قياس المغنطيسية مع كثافة الحقل قابلة للمقارنة مع المجال الطبيعي للأرض، وأنه يقع بالقرب من مركز هندسي لمجموعة لفائف (حيث يقع النفق السباحة).

علينا أن ننفذ التقنيات الموضحة أعلاه لاختبار الفرضية القائلة بأن سمات الشخصية من الأسماك يؤلف من السرب تؤثر على طريقة الاستجابة للمجالات المغناطيسية¹⁶. نقوم باختبار الفرضية القائلة بأن الأفراد مع شخصية استباقي وتفاعلي^17،18 تستجيب بشكل مختلف عندما تتعرض لتدفقات المياه والحقول المغناطيسية. لاختبار هذا، نحن أولاً فرز الزرد استخدام منهجية المتبعة لتعيين وأفراد المجموعة التي هي استباقية أو رد الفعل^17،19،،من²⁰²¹. ثم نقوم بتقييم سلوك رهيوتاكتيك الزرد السباحة في أسراب تتألف فقط من رد الفعل الأفراد أو تتألف فقط من الأفراد استباقية في الدبابة المسايل المغناطيسية التي نقدم كنموذج للبيانات.

ويستند أسلوب الفرز ميل مختلف الأفراد استباقية وتفاعلية لاستكشاف بيئات رواية²¹. على وجه التحديد، يمكننا استخدام خزان مقسمة إلى مشرق وجانب مظلم^17،19،،من²⁰²¹ (الشكل 3). هي تأقلم الحيوانات إلى الجانب المظلم. عند الوصول إلى الجانب المشرق مفتوح واستباقية الأفراد تميل إلى الخروج بسرعة في النصف المظلم من خزان لاستكشاف البيئة الجديدة، في حين أن الأسماك رد الفعل لا تترك خزان الظلام.

Protocol

قد أقرها البروتوكول التالية برعاية الحيوان المؤسسية واستخدام اللجنة لجامعة نابولي فيديريكو الثاني، نابولي، إيطاليا (2015).

1-الحيوان الصيانة

1. استخدام دبابات على الأقل 200 لتر لاستضافة السرب مالا يقل عن 50 فردا من كلا الجنسين في كل دبابة.
   ملاحظة: كثافة الأسماك في الخزان قد يكون الحيوان واحدة لكل 2 لتر أو أقل. في ظل هذه الظروف، سيتم عرض الزرد السلوك العادي الضحالة.
2. تعيين شروط الصيانة كما يلي: درجة الحرارة في 27 – 28 درجة مئوية؛ التوصيل في < 500 ميكروثانية؛ الرقم الهيدروجيني 6.5 – 7.5؛ لا₃ في < 0.25 مغ/لتر؛ وكبيرة ضوء: الظلام في 10 h:14 ح.
   ملاحظة: يجب استخدام شروط عقد متطابقة للسكان مختلطة والسكان استباقي وتفاعلي المنفصلين عن ذويهم.

2-شخصية مختارة في الزرد

1. إعداد ووضع خزان اختيار شخصية في غرفة هادئة (الشكل 3) مع نفس المياه المستخدمة في صيانة الدبابات.
2. ضع كاميرا الفيديو أعلاه أو في الجانب من الدبابة. توصيل الكاميرا بجهاز كمبيوتر مع جهاز يقع في منطقة حيث لا يوجد أي اتصال مرئي مع الدبابة.
3. حدد تسع الأسماك عشوائياً من خزان الصيانة ونقلها إلى الجانب المظلم من خزان اختيار شخصية، باستخدام شبكة كنتلس.
   ملاحظة: في محاولة للحد من التفاعلات مع الدبابات والسمك في أقل وقت ممكن. تجنب الضوضاء والحركات السريعة. إذا لزم الأمر، نقل الحيوانات في وحدة تخزين صغيرة تنقل الدبابات (حوالي 2 لتر) مع المياه من خزان القابضة. لتجنب التعرض للهواء من الحيوانات، استخدم كوب 250 مل وحمل الحيوان للدخول في الكأس برفق. في محاولة لتقليل وقت الالتقاط، وتجنب جمع الأسماك متعددة كما أنها قد تسبب الأضرار المادية للحيوانات ولا يحملون الأسماك لأكثر من بضع ثوان في الصافي، وهذه العوامل يمكن أن تزيد من التوتر. ويجب تغذية الأسماك ad متواصلة قبل أن تحول إلى خزان التجريبية. وهذا يحد من إمكانية أن اتجاهات مختلفة من سلوك البحث عن الغذاء سوف يؤثر على سلوك الأفراد أثناء التجربة التالية²². إجراء نسخ متماثل تجارب في نفس الوقت من اليوم. وهذا يقلل من تغير في سلوك المجموعات التجريبية التي تسببها ممكن circadian إيقاعات²³.
4. بعد 1 ساعة تأقلم، فتح الباب انزلاق.
   ملاحظة: ويعتبر الأفراد الذين الخروج من الحفرة، استكشاف الجانب المشرق من الخزان داخل 10 دقيقة، استباقية²¹.
5. بعد 10 دقيقة، بلطف إزالة الأفراد استباقية من الدبابات ونقلها إلى خزان الصيانة الاستباقية.
6. وبعد 15 دقيقة، جمع الأسماك التي لا تزال في مربع المظلمة، التي تعتبر رد الفعل²¹، ونقلها إلى خزان الصيانة رد الفعل.
   ملاحظة: تجاهل الأسماك التي تنتقل إلى الجانب المشرق من الدبابة بعد 10 دقيقة²¹. إجراء اختبار شخصية مع تسعة من الأسماك في وقت واحد حتى يتم جمع العدد المطلوب من الأسماك استباقية ورد الفعل اللازم للاختبارات المبينة في القسم 5. يمكن التحقق من الاتساق لشخصية استباقية وتفاعلية بشكل منتظم باستخدام نفس النهج.

3-إعداد الحقل المغناطيسي مع "التلاعب المجال المغناطيسي أونيديمينسيونال"²⁷

1. قم بالتبديل في وحدة الطاقة (الشكل 2A).
2. وضع النفق ملفوف في الموقع حيث سيتم البروتوكول رهيوتاكتيك يؤديها لكن تبقى من قطع اتصال جهاز السباحة (الشكل 2A) (المادة 5). مكان تحقيق مغناطيسي متصلة مع غاوس/تيسلاميتير داخل النفق والتحقق من الجهد الذي لا بد من الحصول على قيمة الحقل المغناطيسي المختار على طول المحور الرئيسي للنفق.
   ملاحظة: بسبب خصائص اللولبي المغناطيسي، المجال معقول موحدة داخل النفق؛ يمكن التحقق من هذا عن طريق تحريك المسبار ببطء رأسياً وأفقيا.
3. قطع الاتصال بالمسبار وتوصيل النفق تدفق الجهاز السباحة.
4. ابدأ مع بروتوكول رهيوتاكتيك (القسم 5).

4-تعيين أعلى الحقل المغناطيسي مع المجال المغناطيسي ثلاثي الأبعاد التلاعب²⁷

1. التبديل على وحدة المعالجة المركزية، ولجنة المساعدة الإنمائية، ولفائف السائقين (الشكل 2).
2. تعيين المجال المغناطيسي الذي تم اختياره في كل واحد من هذه المحاور الثلاثة (x، y، و z).
3. وضع النفق في وسط مجموعة أزواج هلمهولتز.
4. ابدأ مع بروتوكول رهيوتاكتيك (القسم 5).

5-اختبار رهيوتاكسيس الزرد في قاعة تدفق

1. نقل الأسماك واحد إلى خمسة إلى النفق تدفق استخدام خزان ل 2 مع الجانبين والأسفل محجوبة.
2. قم بتشغيل المضخة وتعيين معدل التدفق في النفق إلى 1.7 cm/s.
   ملاحظة: سوف تبقى هذه المياه تسير ببطء المياه في النفق اﻷوكسيجين وسوف يسهل استرجاع الحيوانات.
3. واسمحوا الحيوانات تأقلم لنفق السباحة ح 1.
4. بدء تسجيل الفيديو من سلوك الأسماك في النفق.
   ملاحظة: ونحن تستخدم كاميرا (مثلاً العمل يي ك 4) مع جهاز التحكم عن بعد (مثل Bluetooth) وحفظ الفيديو ميلا في الغالون (30 إطارات/ثانية).
5. بدء زيادة تدريجية لمعدل التدفق وفقا للبروتوكول التجريبي الذي تم اختياره (1.3 cm/s في هذه الدراسة؛ الشكل 4).
   ملاحظة: لهذا البروتوكول، قمنا باستخدام معدلات التدفق المنخفض الذي، الزرد، تتراوح من 0 إلى 2.8 BL (أطوال الجسم)/s. سرعة تدفق هذه في حدود أقل من معدلات التدفق التي تحفز السباحة التوجه المستمر في الزرد (3% – 15% سرعة الحرجة سباحة [يو_الحرجة])²⁴. ويرتبط استخدام معدلات التدفق المنخفض (البروتوكول التالي بريت²⁵) الخصائص السلوكية محددة لهذه الأنواع من حضور التيارات المائية. وتميل الزرد للسباحة على طول محورها الرئيسي للدائرة، تحول في كثير من الأحيان، حتى في وجود flow المياه، وتميل إلى السباحة كل من المنبع والمصب^24،26. ويتأثر هذا السلوك بمعدل flow المياه، تختفي بسرعة عالية نسبيا (> 8 BL/s)²⁶، عند الحيوانات تسبح باستمرار التي تواجه المنبع (استجابة إيجابية كاملة رهيوتاكتيك). الرأسي ومستعرضة تشرد نادرة جداً.
6. تنفيذ مورفوميتري للحيوانات (الجنس وإجمالي طول [TL] أو طول تفرع [فلوريدا] BL) على صور للأسماك في دائرة شكلي.
   1. قم بتحديد الصورة المناسبة.
   2. فتح الصورة في إيماجيج.
   3. يحيط علما بجنس الحيوان (الزرد الذكور هي نحيلة وتميل إلى أن تكون صفراء، في حين أن الإناث هي أكثر تنوعاً، وتميل إلى أن تكون الملونات الأزرق والأبيض).
   4. انقر فوق تحليل > ضبط مقياس وتعيين حجم الصورة بالسنتيمتر، استخدام طول النفق الأفقي كله كمرجع.
   5. انقر فوق تحليل > قياس وسجل خطي طول الحيوان.
   6. حساب وزن الجسم (الأسلحة البيولوجية).
      ملاحظة: يتم حساب وزن الجسم من علاقات الجنس-فلوريدا-BW بنيت سابقا في المختبر أو من بيانات التعريف. الإجراء بأكمله يتجنب الإجهاد التلاعب على الحيوانات.

6-تتبع الفيديو

1. قم بفتح ملف الفيديو مع أداة نمذجة وتحليل أشرطة الفيديو 4.84 المقتفي.
   ملاحظة: إذا لزم الأمر، تصحيح أي تشويه الفيديو باستخدام المنظور وتشويه شعاعي، filters.
2. انقر فوق تنسيق النظام في القائمة العليا وتعيين وحدات الطول بالسنتيمتر ووحدات الوقت لثوان.
3. انقر فوق ملف > استيراد > الفيديو وفتح واحد من أشرطة الفيديو في 4.84 المقتفي.
4. انقر فوق "تنسيق محاور" وتعيين النظام المرجعي تتبع موقف الأسماك على مر الزمن، مع المحور x على طول النفق. تعيين الأصل في زاوية منخفضة المصب إنهاء الجدار (في المياه منفذاً).
5. انقر فوق المسار > جديد > نقطة الشامل وبدء تعقب الأسماك واحدة في وقت واحد. تتبع آخر 5 دقائق لكل خطوة من الأسماك تنفق كل معدل تدفق.
6. تقدم الفيديو يدوياً في إطار خمس فترات (0.5 s) وعلامة الوقت والموقف من الحيوان في كل منعطف المجاري (UDt؛ نقاط حمراء في الشكل 5)، وفي كل منعطف المصب المنبع (دوت؛ وتكون هذه النقاط زرقاء في الشكل 5).
   ملاحظة: استخدام موقف العين fish كمرجع للموقف fish. تتبع موقف الحيوان باستخدام كتلة نقطة. استبعاد من التعقب أي فترة السباحة غير الموجهة (أي مناورة الوقت).
7. في نهاية كل دورة التعقب، حدد قيم س والوقت القيم من الجدول الموجود في الركن الأيمن السفلي من إطار البرنامج. انقر بالزر الأيمن على البيانات، وانقر فوق نسخ البيانات > الدقة الكاملة.
8. حفظ قيم الوقت وقيم س لكل تحول المواقف في ملف جدول بيانات قالب حساب إجمالي الوقت المنبع (مجموع كافة الفترات الفاصلة بين UDts ودوتس) وإجمالي الوقت المصب (مجموع الفترات الفاصلة بين دوتس والاتحاد الديمقراطي التيموري)، فضلا عن القيم مؤشر رهيوتاكتيك في النسب المئوية (ري %) لكل تدفق للخطوة (انظر الشكل 5).
   ملاحظة: هو كمياً في سلوك رهيوتاكتيك نسبة من إجمالي الوقت المنحى التي تنفق الأسماك التي تواجه المنبع (السباحة أو نادراً ما تجميد [أي أنهم البقاء لا يزال في الجزء السفلي من النفق]²⁷). ويعرف هذا النسبة % ري (الشكل 5).
   

النتائج

كنموذج للبيانات فإننا نعرض النتائج المحققة في السيطرة على المجال المغناطيسي على طول اتجاه تدفق المياه في رد الفعل واستباقية الضحالة الزرد¹⁶ باستخدام الإعداد هو موضح في الشكل 2 (أ) (انظر المادة 3 من البروتوكول). هذه النتائج تظهر كيف يمكن إبراز ا?...

Discussion

يسمح البروتوكول، المذكورة في هذه الدراسة العلماء لقياس استجابات التوجه معقدة من الأنواع المائية الناتجة عن التكامل بين الرموز الخارجية اثنين (المياه الحالية والمغنطيسية الأرضية الميدانية) ومن العوامل الداخلية للحيوان، مثل شخصية. هو المفهوم العام إنشاء تصميم تجريبي الذي يسمح للعلماء فص...

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