Schwimmen Performance Assessment in Fische

Zusammenfassung

Das Leben der Mehrheit der Fische sind am Schwimmen ausgesagt. Dieses Protokoll beschreibt Techniken zur Erfassung einer Reihe von Schwimm-Modi zur Verfügung, um individuelle und Fischschwärmen und beinhaltet Metriken mit Swimming-Physiologie und Verhalten assoziiert.

Zusammenfassung

Schwimmen Leistungstests der Fische wurden integraler Bestandteil Studien von Muskel-Energetik, Schwimmen Mechanik, Gasaustausch, kardiale Physiologie, Krankheiten, Umweltverschmutzung, Hypoxie und Temperatur. Dieser Beitrag beschreibt ein flexibles Protokoll für Fische schwimmen Leistung mit Hilfe von Geräten, in denen Wasser-Geschwindigkeit gesteuert werden kann beurteilen. Das Protokoll umfasst eine bis mehrere trat steigt in Strömungsgeschwindigkeit, die dazu bestimmt zu fischen, um Müdigkeit verursachen. Schritt Geschwindigkeiten und deren Dauer können zum Schwimmen Fähigkeiten der verschiedenen physiologischen und ökologischen Bedeutung zu erfassen. Am häufigsten Schrittweite eingestellt, um kritische Schwimmen Geschwindigkeit (U _krit), die dazu bestimmt ein Maximum an nachhaltiger Schwimmen Fähigkeit zu erfassen ist zu bestimmen. Traditionell diesem Test hat von etwa zehn Schritten zu je 20 min Dauer bestand. Allerdings sind nur wenige Schritte von kürzerer Dauer (zB 1 min) zunehmend genutzt, um die Beschleunigung Fähigkeit oder Burst Schwimmen Performance Capture. Unabhängig davon, Schrittweite kann schwimmen Tests im Laufe der Zeit wiederholt werden, um individuelle Variation und Regenerationsfähigkeit zu messen. Endpunkte im Zusammenhang mit solchen als Maß der metabolischen Rate, fin Einsatz-, Lüftungs-Rate und des Verhaltens, wie der Abstand zwischen Fischschwärmen schwimmen, sind oft vor, während und nach dem Schwimmen Tests enthalten. Angesichts der Vielfalt der Fischarten, die Zahl der unerforschte Fragestellungen und die Bedeutung der vielen Arten, um globale Ökologie und wirtschaftliche Gesundheit, werden Studien an Fischen schwimmen Leistung wie vor beliebt und von unschätzbarem Wert für die absehbare Zukunft.

Protokoll

1. Capture and Akklimatisierung

1. Mit einem astrein net, sammeln einzelne Fische aus ihrem Vorratsbehälter. Minimieren Sie erfassen, vermeiden Sammeln mehrerer Fische und halten nicht Fische, die länger als ein paar Sekunden im Netz, da diese Faktoren Stress erhöhen können. Stress kann sich auf Schwimmen Leistung.
2. Legen Sie den Fisch entweder in einem Transfer-Tank mit Betäubung oder direkt an den baden-Tunnel Respirometer ("schwimmen Tunnel"). Wenn Fische werden betäubt werden, entweder Tricaine Methansulfonat (MS222) oder Nelkenöl verwendet werden kann. Acceptable Konzentrationen hängt von vielen Faktoren ab, darunter die Empfindlichkeit der Art und der Temperatur abhängig, sondern typischerweise im Bereich von 10-100 mg / L für beide Anästhetika ^1,2. Die Betäubung Konzentration sollte induzieren Stufe 3 Anästhesie (dh reagiert auf äußere Reize) und ermöglichen eine schnelle Erholung (dh Sekunden). Bei der Verwendung von MS222 im Süßwasser, sollte Natriumbicarbonat zu gleichen Teilen (Masse) als Puffer verwendet werden. Ohne Puffer wird MS222 erheblich reduzieren pH-Wert und niedrigen pH-Wert kann gill Gewebe schädigen. Pufferung ist nicht in Meerwasser notwendig, da es ausreichend Pufferkapazität enthält.
3. Narkotisierten Fisch kann sexed, gemessen an der Masse und Länge, und da ein flüchtiger externe Prüfung ihres Zustandes. Länge kann als Gesamtlänge (TL), Gabellänge (FL) oder Körperlänge (BL) entnommen werden. Diese unterschiedlichen Metriken sind in der Regel nach den üblichen Richtlinien angewendet, Arten Morphologie (z. B. keine gespaltene fin) oder Fisch Bedingung (zB Schwanzflosse abgenutzt).
4. Beide betäubt und nicht narkotisierten Fische sollten in der baden-Tunnel eingeführt so schnell wie möglich und in fließendem Wasser, da dies Verwertung zu erleichtern wird. Der Durchfluss wird in der Regel so eingestellt, dass Fisch in der Lage, auf dem Boden ruhen, während kaum schwimmen. Ein Beispiel-Rate für Erwachsene Rotlachs beträgt 0,3 BL / s.
5. Fische müssen in der baden-Tunnel zu akklimatisieren gelassen werden. Akklimatisierung Zeitraum kann zu traditionellen Zeiträume (zB 12 Stunden) oder mit denen in den meisten aktuellen Studien, die so kurz wie 30 min kann eingestellt werden. Um zu bestimmen, eine ideale Akklimatisierung für einen bestimmten Fisch, die Zeit bis zum erreichen einer stabilen, idealerweise niedrigen Stoffwechselrate verwendet werden (ausführliche nächsten Abschnitt).

2. Messen Metabolic Preise

1. Änderungen in Sauerstoff innerhalb der baden-Tunnel soll über die Dauer des Swim Test (s) aufgezeichnet werden. Oxygen Sonden können direkt in die baden-Tunnel abgedichtet werden, aber es muss zunächst festgestellt werden, ob Wasser über die Sonde die Funktion der Sonde beeinflusst werden. Wenn die Sonde mit Wasser Geschwindigkeiten, die während des Tests auftreten können, betroffen ist, wird die Sonde muss in einer eigenen Kammer außerhalb des Tunnels angebracht werden und wird mit Tunnel Wasser durch eine Pumpe.
2. So füllen Sie Sauerstoff und mindern Abfallaufkommen, wird der baden-Tunnel wahrscheinlich müssen regelmäßig gespült werden. Sauerstoff-Sättigung sollte nicht gestattet, weniger als 70% für die meisten Arten fallen wie Schwimmen Leistung kann reduziert werden oder es kann eine Verschiebung zu den anaeroben Stoffwechsel werden. Flushing Tunnel Wasser kann auch dazu beitragen, etwaige Erhöhungen der Wassertemperatur, jedoch Wassertemperatur sollte konstant gehalten werden durch die Kopplung der baden-Tunnel zu einem Kühler. Veränderungen in der Temperatur beeinflussen den Stoffwechsel.
3. Routine und maximale metabolische Rate, abgekürzt "RMR" und "MMR", sind in der Regel bestimmt (Abbildung 1A). Diese Preise können in Volumen (V o ₂₎ oder Masse (M o ₂₎ von Sauerstoff pro Masse ausgedrückt werden, pro Zeiteinheit, zB mg O ₂ / kg / Std. Der Unterschied zwischen den beiden Sätzen werden können, um den "Spielraum für Aktivität" zu bekommen. Die "Sauerstoffschuld" folgende Übung, die so genannte "Excess Post-Übung Sauerstoffverbrauch" (EPOC), kann auch bestimmt werden und ist gleich dem Sauerstoff während der post-exercise Rückkehr zu RMR erforderlich.

1. Hinweis: viele Sauerstoffsonden und ihre Leistung automatisch bereitstellen wird temperatur-korrigiert Änderungen in gelöstem Sauerstoff. Diejenigen, die nicht müssen korrigiert werden. Darüber hinaus werden einige Werte müssen korrigiert werden, wenn Messungen in Kochsalzlösung Bedingungen durchgeführt wurden.

Schwimmen Performance-Messung

Eine Vielzahl von Baden Performance Fähigkeiten können in einem Bad Tunnel beurteilt werden. Die gängigste Methode zum Schwimmen Leistung charakterisieren wird durch die Dauer, für die es ³ aufrechterhalten werden kann. Je langsamer die Geschwindigkeit, desto länger aufrechterhalten werden kann und umgekehrt. Geschwindigkeiten werden im Allgemeinen als "Burst" bezeichnet, "verlängerte" oder "nachhaltig", die Dauer in Sekunden, Minuten bis Stunden (max = 200 min) und Stunden und darüber hinaus (> 200 min) entsprechen jeweils. Um zu bestimmen, diese Geschwindigkeiten sind Fische, benutzerdefinierte "Schritte", bestehend aus 'height', dh Wasserfluss zu erhöhen, und "Länge", dh Schritt Dauer ausgesetzt. Maximierung der Sprunghöhe und der Minimierung Schrittlänge wird die größte Berstdrehzahl erfassen, während sie umgekehrt wird fangen die größten nachhaltigen Geschwindigkeit. In SchrittTests ist der traditionelle Weg, um die maximale Geschwindigkeit erreicht Bericht gleich der Geschwindigkeit des letzten vollständig abgeschlossenen Schritt sowie die zeitliche Anteil der letzte, unvollendete Schritt (Abbildung 1A).

Burst Schwimmen Leistungsbeurteilung

1. Zur Erfassung Burst Schwimmen oder Sprint Fähigkeit, nach Eingewöhnung, bringen die Strömungsgeschwindigkeit zu einem geschätzten Maximum (z. B. zweimal U _crit, siehe unten), und zu motivieren, die Fische zu schwimmen. Fische sollten auf der Rückseite der Kammer ruhen, wie die Strömungsgeschwindigkeit stark erhöht wird. Fische können müssen motiviert werden, schwimmen. Motivation kann mechanisch (zB Touch) oder elektrisch (z. B. eine kleine Gebühr angewandt, um einen Schock Gitter auf der Rückseite des baden-Tunnel).
   
   Obwohl nicht ausdrücklich ein Test der Burst Fähigkeit, können die Fische auch eine "konstante Beschleunigung test '(CAT-oder _U-AV), bestehend aus mehreren Schritten von kurzer Dauer (zB 1 min) ^4,5 gegeben werden.
2. Notieren Sie sich die Dauer des Schwimmens. Die Anzahl der einzelnen platzen und ihren Abstand kann auch ⁶ aufgezeichnet werden. Die Geschwindigkeit kann da als die maximale erreicht oder nach der Gleichung in Abbildung 1A berechnet werden.
   
   Längerer und nachhaltige Schwimmen Leistungsbeurteilung
   
   Die häufigste Maßnahme zur längeren oder dauerhaften Schwimmkenntnisse Schätzung wird als "kritisch Schwimmen Leistung" (U _krit) bezeichnet. Schritt Länge für U _crit ist traditionell bei 20 min eingestellt, obwohl auch kürzere Zeiten wie 10 min ebenfalls gebraucht worden sein. Als Faustregel gilt, dass mindestens zehn Schritte vor sollte Müdigkeit, die in langwierigen Tests, z. B.> 3 Std. / Fisch Ergebnis ergriffen werden können. Zur Verkürzung der U _crit testen, können die ersten sieben Schritte abgekürzt werden 5 min (der Test ist dann als 'Ramp-U _crit).

1. Nach Akklimatisierung und / oder eine Praxis zu schwimmen, zu erhöhen Strömungsgeschwindigkeit nach Größe Schritt.
2. Um die entsprechende Stufenhöhe für U _crit, wird es wahrscheinlich notwendig sein, U _crit für eine Probe des Fisches zu prüfenden schätzen. Dies kann durch Verwendung der Literatur Werte erreicht werden. Alternativ können die Fische eine "Praxis schwimmen" nach der Einführung des Tunnels gegeben werden. Dafür geben Fisch kurz, Benutzer-definierten Schritten, bis die Müdigkeit. Verwenden Sie die Endgeschwindigkeit als eine frühe Schätzung der U _crit erreicht. Passen Sie Schritt Größe (Höhe und Länge) für jeden Fisch.
3. Um zu testen, Regenerationsfähigkeit oder bestimmen individuelle Variation in der Leistung, können die Fische ein zweites Schwimmen Test nach einer Erholungsphase ^7-9 gegeben werden.
4. Fische können auch in Schulen erprobt werden, obwohl Fisch zu Müdigkeit neigen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Tests, die als problematisch für die Entfernung aus dem Tunnel und beseitigen kann die Fähigkeit zur Sauerstoffaufnahme zu messen.
5. Sobald müde, Fische sollten sich erholen oder unmittelbar für die Gewebeentnahme entfernt.
   
   Mehrere Performance-Metriken im Zusammenhang mit Schwimmen kann während des Tests oder nach der Verwendung von Video-Analyse gesammelt werden (Abbildung 1 C, D).
6. Zur Messung Luftwechselrate und Schwanz Schwebungsfrequenz, die Kiemendeckels Pumprate und die Anzahl der Schwanz schlägt sollten über einen Zeitraum von mehreren Sekunden (Abbildung 1B) ^10,11 abgetastet werden.
7. Zur Messung Schwanz schlagen Amplitude, kann die maximale Auslenkung der Schwanzflosse gemessen (Abbildung 1B) werden ^12.
8. Nach der Prüfung können die Fische getötet, da ein Post-Mortem-Untersuchung und Gewebe gesammelt, um Hämatokrit (gepackten roten Zellvolumens), Stress-Hormon-Konzentrationen, Muskel-Energie speichert (z. B. Phosphokreatin, Glykogen), Enzym-Aktivitäten (zB Laktat-Dehydrogenase, Acetylcholinesterase bestimmen ) oder andere physiologische Parameter.

3. Repräsentative Ergebnisse

Abbildung 1. A) Ein Beispiel für Ramp-U _crit Test gegeben, um eine juvenile Salmoniden, hob einer Brüterei Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss), 6,3 cm Körperlänge (BL) und 3,5 g in Masse. Der Test wurde in einem 12 L modifizierten Brett-type Respirometer (; Loligo Systems, Dänemark durchgeführt www.loligosystems.com ). Routine und maximale metabolische Raten wurden als Steigung (mg / h) x Volumen (L) / Fisch (kg) berechnet und wurden 198 und 961 mg O ₂ / kg / h bzw. (Raum für Aktivität = 4,84). Diese Sätze stehen im Einklang mit den vom Brett für jugendliche Sockeye (O. nerka) ¹³ berichtet. Hinweis: für die Sauerstoffaufnahme Berechnungen wird das Volumen des Wassers gleich der Respirometer Volumen kleiner Fisch Volumen. Das Kreuz zeigt an dem Punkt, wo die Fische weigerte sich, weiter zu schwimmen und wo U _crit berechnet wurde. B) Rute Schwebungsfrequenz Werte wurden über 10 s sechsmal aufgezeichnet; Schwanz schlagen Amplitudenwerte wurden dreimal aufgenommen; dargestellten Wertesind Mittelwert ± SEM. C) Eine vergrößerte Seitenansicht und D) Draufsicht auf die Fische schwimmen im Schwimmen Kammer. D) zeigt die Fische durch EthoVision Software (Noldus, Niederlande verfolgt; www.noldus.com ). Abkürzungen: U _crit = kritische Schwimmen Geschwindigkeit; U _f = Geschwindigkeit des letzten vollständig abgeschlossenen Schritt, U _s = Schrittgeschwindigkeit, t _f = Zeit für letzte Schritt verbrachte, t _s = Schritt Zeit.

Diskussion

In einer natürlichen Umgebung, hängen Verhaltensweisen wie Raubtier Flucht und Migration auf die Möglichkeit, an bestimmten Intensitäten für verschiedene Zeiten zu schwimmen. In einer Testumgebung, schwimmen Tunnel Respirometer und trat steigt in Geschwindigkeit kann verwendet werden, um die Fähigkeit von Fischen, zahlreiche Verhaltensweisen führen zu schätzen. Maßnahmen der metabolischen Rate und andere Gewebe-Ebene Assessments (wie Lactat-Produktion) können mit Swim-Tests einbezogen werden, um festzustellen, physiologischen Mechanismen, die verschiedene Swimming-Modi.

Swim Tunnel-Design stark beeinflussen können schwimmen Leistung. Oder Blazka ^14-Typen - Es gibt verschiedene Arten von Tunneln eingesetzt schwimmen schwimmen Performance zu bestimmen, sind die meisten entweder als Brett ¹³ charakterisiert. Bei beiden Design, sind wichtige Überlegungen der "Gleichmäßigkeit" der Wasserfluss (wie geradlinig ist), die maximale Strömungsgeschwindigkeit und die Länge der Kammer schwimmen. Ebenheit ist wichtig, weil Fische instinktiv finden und schwimmen in Low-Flow-Bereiche, um Aufwand zu minimieren. Hohes Potenzial Durchflussmenge kann notwendig sein, platzte schwimmen können oder schnell schwimmen Arten (zB Thunfisch) zu testen. Swim Kammer Länge kann sehr aussagekräftig, da in den Kammern der kleinen Länge, dh Fisch Länge> 10% der Kammer Länge kann Fisch nicht in der Lage, alle schwimmen Modi nutzen. Insbesondere kann Röhrchen schränken die Fähigkeit von Fischen, um den Übergang von einem stationären zum Schwimmen Tor unsicher, dh zu platzen und die Küste schwimmen. Daher können Fische zu stoppen Schwimmen in etwa der gleichen Geschwindigkeit, unabhängig von der Schrittlänge und U _crit kann analog zu "Gate Eckdrehzahl ^'15.

Alle schwimmen Tunnel müssen kalibriert mit Hilfe von Geräten wie Durchfluss-Sonden oder Particle Imaging Velocimetry (PIV) Ausrüstung. Idealerweise schwimmen Tunnel wird geradlinig flow haben, aber wenn Fische gefunden werden, um eine Fläche für ihre schwimmen Geschwindigkeit kann auf lokale Unterschiede im Fluss angepasst werden.

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
tricaine methanesulfonate (MS222)	Argent Labs		Optional
Clove oil	Sigma-Aldrich		Optional
Swim tunnel respirometer	Loligo Systems		Required
High speed cameras	Multiple Suppliers		optional
Video capture card	Multiple Suppliers		optional
Behaviour analysis software	Noldus		optional