הערכת השפעתה של האישיות על רגישות לשדות מגנטיים ב דג זברה

Summary

אנו מתארים פרוטוקול התנהגותי תוכנן להעריך כמה האישים של דג זברה להשפיע על תגובתם למים וזרמים שדות מגנטיים חלשים. דגים עם האישיות באותו מופרדים בהתבסס על התנהגותם לקטעים. לאחר מכן, התנהגותם כיוון rheotactic בתוך מנהרה שחייה עם קצב זרימה נמוכה ובתנאים שונים מגנטי הוא ציין.

Abstract

כדי להציב את עצמם בסביבתם, חיות לשלב מגוון רחב של סימנים חיצוניים, אשר אינטראקציה עם מספר גורמים פנימיים, כגון אישיות. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול התנהגותי המיועד לחקר השפעת אישיות דג זברה על תגובתם התמצאות מספר רמזים סביבתיים חיצוניים, במיוחד זרמי המים ושדות מגנטיים. פרוטוקול זה שואפת להבין אם מקדימים או דג זברה תגובתי להציג ספי rheotactic שונים (קרי, מהירות הזרימה שבו הדגים לשחות נגד הזרם) כאשר השדה המגנטי שמסביב משנה את כיוונו. כדי לזהות דג זברה עם האישיות, דגים הם הציגו בחושך חצי טנק מחובר עם פתח צר בחצי בהיר. רק דגים פרואקטיבית לחקור את הרומן, סביבה מוארת. דגים תגובתי אל תצא החצי האפל של הטנק. מנהרה שחייה עם זרם נמוך המחירים משמש כדי לקבוע את סף rheotactic. אנו מתארים שני כיוונוני לשלוט השדה המגנטי במנהרה, בטווח של עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ: זה ששולט השדה המגנטי לאורך כיוון הזרימה (ממד אחד) ואחד המאפשר פקד שלוש-צירית של השדה המגנטי. דגים הם שצולמו בעת חווה עלייה stepwise של מהירות זרימת במנהרה מתחת שדות מגנטיים שונים. נתונים על ההתנהגות התמצאות הנאסף באמצעות הליך מעקב וידאו ומוחלים מודל לוגיסטי כדי לאפשר קביעת הסף rheotactic. . מדווחים שנאספו shoaling דג זברה נציג תוצאות. באופן ספציפי, אלה מדגימים כי רק תגובתית, שקולה דגים להראות וריאציות על הסף rheotactic כאשר שדה מגנטי משתנה לכיוון שלה, ואילו דגים פרואקטיבית אינם מגיבים לשינויים בשדה המגנטי. מתודולוגיה זו ניתן ליישם את המחקר של רגישות מגנטי והתנהגות rheotactic של מינים ימיים רבים, הן הצגה בצינוק או shoaling שחייה אסטרטגיות.

Introduction

במחקר הנוכחי, אנו מתארים פרוטוקול התנהגותי מבוסס מעבדה אשר היקף חוקרים את התפקיד של דגים אישיות על התגובה כיוון של shoaling דגים כדי רמזים התמצאות חיצוניים, כגון זרמי המים, שדות מגנטיים.

ההחלטות orienting של בעלי החיים הם תוצאה של שקילה שונים מידע חושי. תהליך קבלת ההחלטות מושפע על ידי היכולת של החיה כדי לנווט (למשל, היכולת לבחור ולשמור על כיוון), מצבו הפנימי (למשל, צרכי האכלה או הרבייה), את יכולתו להעביר (למשל, מכניקה ומכניקה), וכמה נוספים גורמים חיצוניים (למשל, זמן של יום, האינטראקציה עם בני מינו)¹.

התפקיד של מצב פנימי או בעלי אישיות בהתנהגות התמצאות בדרך כלל מובן או לא בחנו². אתגרים נוספים להיווצר במחקר על הכיוון של מינים ימיים חברתית, אשר לעיתים קרובות לבצע מתואמת מקוטב קבוצה תנועה התנהגות³.

זרמי המים לשחק תפקיד מרכזי בתהליך התמצאות של דגים. דגים אוריינט למים זרמי באמצעות התגובה unconditioned שנקרא rheotaxis⁴, אשר יכול להיות חיובי (כלומר, במעלה הנהר בכיוון) או שלילי (כלומר במורד הנהר בכיוון), משמש עבור מספר פעילויות, החל שיחור מזון כדי צמצום ההוצאה האנרגטית^5,6. יתר על כן, גוף גדל והולך של הספרות מדווח כי מינים רבים של דגים להשתמש בשדה גאומגנטית התמצאות וניווט^7,8,9.

חקר ביצועים rheotaxis ושחייה ב הדג מתבצע בדרך כלל תוך זרימה צ'יימברס (לבריכה), שבו דגים נחשפים העלייה stepwise של מהירות זרימה, מ נמוך במהירויות גבוהות, לעתים קרובות עד תשישות (נקרא מהירות קריטית)^{10, 11}. מצד שני, מחקרים קודמים חקר את התפקיד של השדה המגנטי בכיוון דרך התבוננות ההתנהגות שחייה של החיות בזירות עם המים עדיין^12,13. כאן, אנו מתארים טכניקה מעבדה המאפשרת החוקרים ללמוד את אופן הפעולה של דגים זמן מניפולציה של זרמי המים והן השדה המגנטי. שיטה זו היה מנוצל בפעם הראשונה על shoaling דג זברה (רזבורה rerio) במחקר הקודם שלנו, מובילים למסקנה כי המניפולציה של השדה המגנטי שמסביב קובע את סף rheotactic (קרי, את המים המינימליים המהירות shoaling איזה דגים אוריינט במעלה הזרם)¹⁴. שיטה זו מבוססת על השימוש תא לבריכה עם זורם לאט בשילוב עם מלכודת שנועד לשלוט השדה המגנטי בתעלת, בטווח של עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ.

המנהרה שחייה מנוצל כדי לצפות את ההתנהגות של דג זברה המותווה באיור1. המנהרה (עשוי של צילינדר אקריליק nonreflecting בקוטר 7 ס מ ו- 15 ס מ אורך) מחובר מלכודת עבור הפקד קצב הזרימה¹⁴. במבנה הזה, טווח המחירים זרימה בתוך המנהרה משתנה בין 0 ל- 9 ס"מ/s.

לתמרן השדה המגנטי במנהרה שחייה, נשתמש שתי גישות מתודולוגיות: הראשון הוא חד-ממדי, השני הוא תלת-ממדי. עבור כל יישום, שיטות אלה לתפעל את השדה גאומגנטית כדי להשיג תנאים מגנטי מסוימים בנפח מוגדר של מים – לכן, כל הערכים של עוצמת השדה המגנטי דיווח במחקר זה לכלול את השדה גאומגנטית.

בנוגע מימדי להתקרב¹⁵, השדה המגנטי מטופל לאורך כיוון זרימת המים (כהגדרתו של ציר ה-x) באמצעות ברז חשמלי העוטפת את המנהרה שחייה. זה קשור יחידת כוח, זה יוצר שדה מגנטי סטטי אחיד (איור 2 א). בדומה לכך, במקרה של הגישה תלת מימדי, השדה גאומגנטית באמצעי האחסון שמכיל את המנהרה שחייה משתנה באמצעות סלילי חוטי חשמל. אולם, כדי לקבוע את השדה המגנטי בשלושה ממדים, הגלילים יש את העיצוב של שלושה זוגות של הלמהולץ אורתוגונלית (איור 2B). כל זוג הלמהולץ הוא מורכב שני סלילי מעגלית בכיוון לאורך שטח אורתוגונלית משלושה כיוונים (x, yו- z), מצוידים מגנטומטר שלוש-צירית לעבוד בתנאים לולאה סגורה. מגנטומטר עובדת עם עוצמות השדה דומה עם שדה הטבעי של כדור הארץ, הוא ממוקם קרוב למרכז גיאומטרי של ערכת סלילי (היכן המנהרה שחייה ממוקם).

אנו מיישמים את הטכניקות המתוארות לעיל כדי לבדוק את ההשערה כי התכונות האישיות של הדג להלחין רב להשפיע על הדרך שבה שהם מגיבים שדות מגנטיים¹⁶. נוכל לבדוק את ההשערה כי אנשים עם מרכיבי האישיות^17,18 להגיב באופן שונה כאשר הם נחשפים זורמים מים, שדות מגנטיים. כדי לבדוק את זה, אנחנו למיין תחילה דג זברה באמצעות מתודולוגיה הוקמה כדי להקצות ויחידים קבוצה אשר הם מקדימים או תגובתי^17,19,20,21. . אז, אנחנו להעריך את ההתנהגות rheotactic של דג זברה שוחים להקות מורכב רק תגובתי יחידים או מורכב רק פרואקטיבית יחידים במיכל לבריכה מגנטי, אשר אנו מציגים כנתונים לדוגמה.

בשיטת המיון מבוססת על הנטייה שונים של אנשים מרכיבי לחקור סביבות הרומן²¹. באופן ספציפי, אנו משתמשים טנק מחולקת בהיר של הצד האפל^17,19,20,21 (איור 3). בעלי חיים הם שאמבטיה לצד האפל. בעת גישה אל הצד החיובי הוא פתוח, יוזם אנשים נוטים לצאת במהירות החצי האפל של הטנק כדי לחקור את הסביבה החדשה, ואילו הדג תגובתי אל תשאירו את הטנק כהה.

Protocol

להלן כללי התנהגות אושרה על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה של אוניברסיטת נאפולי פדריקו השני, נאפולי, איטליה (2015).

1. בעלי חיים תחזוקה

1. השתמש טנקים לפחות 200 L לארח להקת לפחות 50 אנשים משני המינים בכל טנק.
   הערה: הצפיפות של הדגים במיכל חייב להיות חיה אחת לכל 2 ל' או נמוך יותר. בתנאים אלה, דג זברה יציג התנהגות נורמלית shoaling.
2. הגדר את תנאי אחזקה כדלקמן: הטמפרטורה ב 27-28 מעלות צלזיוס; מוליכות-< 500 μS; pH 6.5-7.5; ₃ ב < 0.25 מ ג/ליטר; של אור: כהה photoperiod-10 h:14 h.
   הערה: תנאי זהה יש להשתמש עבור האוכלוסייה מעורבת והן האוכלוסיות מרכיבי מופרדים.

2. אישיות בבחירה דג זברה

1. להכין ולמקם למיכל הבחירה האישיות בחדר שקט (איור 3) עם המים באותו המשמשים הטנקים תחזוקה.
2. הצב מצלמת וידאו מעל או לצד של הטנק. חבר את המצלמה למחשב עם צג הממוקמים באזור בו יש אין קשר עין עם הטנק.
3. בחר 9 דגים באופן אקראי מתוך הטנק תחזוקה ולהעביר אותם לצד האפל של הטנקים הבחירה האישיות, באמצעות רשת knotless.
   הערה: נסה להגביל את האינטראקציות עם טנקים, הדגים עד הסכום של זמן האפשרי לפחות. למנוע רעש ותנועה מהירה. במידת הצורך, העברת החיות באמצעי אחסון קטן הובלת טנק (כ- 2 L) עם מים המיכל. כדי למנוע אוויר חשיפה של בעלי חיים, להשתמש גביע 250 מ ל, בעדינות זירוז החיה כדי להזין את הספל. לנסות למזער את הזמן לכידת, למנוע איסוף דגים מרובים כמו זה עלול לגרום נזק פיזי החיות והחזק לא דגים במשך יותר מכמה שניות ברשת כמו גורמים אלה יכולים להגביר מתח. הדגים חייבים לאכול ad libitum לפני ההעברה למיכל ניסיוני. זה מגביל את האפשרות כי נטיות שונות של התנהגות שוחרת מזון ישפיע על ההתנהגות של האנשים במהלך הניסוי הבא²². לערוך ניסויים שכפל באותו הזמן של היום. פעולה זו ממזערת את השתנות בהתנהגות של הקבוצות ניסיוני הנגרמת על ידי מקצבים השעון הביולוגי האפשרי²³.
4. לאחר h 1 של הסתגלות, תפתח את הדלת האחורית.
   הערה: אנשים לצאת מן הבור, לחקור את הצד החיובי של הטנקים בתוך 10 דקות, נחשבים פרואקטיבית²¹.
5. לאחר 10 דקות, בעדינות להסיר אנשים פרואקטיביים ממיכל, להעביר אותם לתוך מיכל תחזוקה.
6. לאחר 15 דקות, לאסוף את הדגים הנשארות בתיבת כהה, אשר נחשבים תגובתי²¹, ולהעביר אותם למיכל תחזוקה תגובתי.
   הערה: למחוק את הדג לעבור אל הצד החיובי של הטנק לאחר 10 דקות²¹. לבצע את מבחן אישיות עם דגים תשע עד המספר הרצוי של דגים מרכיבי הכרחי עבור הבדיקות המתוארות בסעיף 5 נאספים. ניתן לבדוק עקביות של מרכיבי האישיות באופן קבוע באמצעות אותה גישה.

3. להגדיר את השדה המגנטי עם מניפולציה שדה מגנטי One-dimensional²⁷

1. לעבור על יחידת כוח (איור 2 א).
2. מקם את המנהרה מפותל במיקום שבו יהיה פרוטוקול rheotactic שבוצעו (סעיף 5) אך ישאיר אותו מנותק מן המנגנון שחייה (איור 2 א). במקום בדיקה מגנטית הקשורה גאוס/Teslameter בתוך המנהרה ואמת איזה מתח יש צורך להשיג את הערך שבחרת. בשדה המגנטי לאורך הציר רס ן של המנהרה.
   הערה: בשל מאפייני ברז חשמלי מגנטי, השדה הוא די אחיד בתוך המנהרה; ניתן לבדוק זאת על ידי אט-אט העברת המכשיר בצורה אופקית ואנכית כאחת.
3. נתק את המכשיר וחבר המנהרה זרימה למכשירים שחייה.
4. להתחיל עם פרוטוקול rheotactic (סעיף 5).

4. להגדיר את השדה המגנטי בשדה המגנטי תלת מימדי מניפולציה²⁷

1. . הפעילי את ה-CPU, DAC ומנהלי סליל (איור 2B)
2. הגדר את השדה המגנטי שבחרת על כל אחד בשלושה הצירים (x, y ו- z).
3. המקום המנהרה במרכז קבוצת זוגות הלמהולץ.
4. להתחיל עם פרוטוקול rheotactic (סעיף 5).

5. במבחן Rheotaxis דג זברה בבית הבליעה זרימה

1. העברה דג אחד עד חמישה המנהרה זרימה באמצעות מיכל 2 ל' עם הצדדים והחלק התחתון מטושטשים.
2. תדליק את המשאבה ולהגדיר את קצב הזרימה בתוך המנהרה כדי 1.7 ס"מ/s.
   הערה: זה מים איטית ישמור את המים במנהרה חמצן, זה יקל על שחזור בעלי חיים.
3. לתת לחיות להתאקלם המנהרה שחייה לשעה.
4. התחל הקלטת וידאו של ההתנהגות של הדג בתוך המנהרה.
   הערה: אנחנו השתמש במצלמה (למשל, פעולת יי 4K) עם שליטה מרחוק (למשל, Bluetooth) ונשמרו הוידאו במקרים רבים (30 מסגרות/s).
5. להתחיל את העלייה stepwise של קצב הזרימה לפי ניסיוני הפרוטוקול שבחרת (1.3 ס"מ/s במחקר זה; איור 4).
   הערה: עבור פרוטוקול זה, השתמשנו באפשרות המחירים זרם נמוך אשר, עבור דג זברה, בטווח שבין 0 ל 2.8 BL (הגוף אורכים) / s. מהירויות זרימה אלה הן בטווח התחתון של תעריפים זרימה זירוז רציפה אוריינטציה שוחים דג זברה (3% – 15% מהירות שחייה קריטי [U._{הסימנים החיוניים}])²⁴. השימוש של זרם נמוך המחירים (פרוטוקול של ירדן הבאים²⁵) קשורה specific ובמאפיינים התנהגותיים של מין זה בנוכחות זרמי המים. דג זברה נוטים לשחות לאורך הציר רס ן של התא, הופך לעתים קרובות, אפילו בנוכחות מים flow, נוטים לשחות נגד הזרם והן במורד הזרם^24,26. אופן פעולה זה מושפע הקצב flow המים נעלמים במהירויות גבוהות יחסית (> BL 8/s)²⁶, כאשר בעלי החיים ללא הרף לשחות מול נגד הזרם (מלא rheotactic תגובה חיובית). חציה ואנכיים displacements הם נדירים מאוד.
6. מבצע morphometry של החיות (אורך סקס וסיכום [TL], מזלג אורך [פל] או BL) תמונות של דגים בתוך תא morphometric.
   1. בחר את התמונה המתאימה.
   2. לפתוח את התמונה ב- ImageJ.
   3. שימו לב המין של החיה (דג זברה זכר הן, נוטים להיות צהבהב, בעוד הנקבות מעוגלים יותר, נוטים להיות בעלי צבעי כחול ולבן).
   4. לחץ על בצע ניתוח > ' קבע קנה מידה ' , קבע קנה המידה של התמונה בסנטימטרים, באמצעות אורך המנהרה אופקי כל התייחסות.
   5. לחץ על בצע ניתוח >, מדידת שיא אורך ליניארי של החיה.
   6. לחשב את משקל הגוף שלו (BW).
      הערה: BW מחושבת סקס-FL-BW קשרים שנבנו בעבר במעבדה או מטה-נתונים. כל התהליך מונע סטרס מניפולציה על בעלי החיים.

6. מעקב וידאו

1. פתח את קובץ הווידאו עם גשש 4.84 ניתוח וידאו ו כלי מידול.
   הערה: אם יש צורך, לתקן עיוות וידאו באמצעות פרספקטיבה עיוות רדיאלי filters.
2. לחץ על מערכת קואורדינטות בתפריט העליון, להגדיר את יחידות אורך ס מ, את יחידות הזמן שניות.
3. לחץ על קובץ > ייבוא > וידאו , אחת פתוחה של קטעי וידאו ב- Tracker 4.84.
4. לחץ על "קואורדינטות צירים" ולהגדיר את מערכת הפניה לאתר את המיקום של הדג לאורך זמן, עם ציר ה-x לאורך המנהרה. להגדיר את המקור בפינה נמוכה של במורד הזרם המסתיימת בקיר (ב מים עודפים).
5. לחץ על המסלול > ניו > נקודת המסה , ולהתחיל לעקוב אחר דג אחד בכל פעם. מעקב אחר את 5 דקות האחרונות של כל שלב שבילתה הדג על כל קצב הזרימה.
6. לקדם הוידאו ידני במרווחים של חמש-מסגרת (0.5 s) ולסמן את הזמן והמיקום של החיה כל פנייה במעלה הזרם (UDt; נקודות אדומות באיור5) ועל כל תור במורד הזרם במעלה הזרם (קוואן דוט; נקודות כחולות באיור 5).
   הערה: השתמש את מיקום העין fish כנקודת התייחסות לתפקיד של fish. לעקוב אחר המיקום של החיה באמצעות מסה בנקודה. אל תכלול המעקב אחר כל פרק שחייה שאינו מונחה (קרי, תמרון זמן).
7. בסוף כל מפגש מעקב, בחר ערכי x וזמן ערכים מהטבלה בפינה הימנית התחתונה של חלון התוכנה. לחץ לחיצה ימנית על הנתונים, לחץ על העתקת נתונים > דיוק מלאה.
8. להציל את ערכי הזמן ואת ערכי-x של כל העמדות מפנה על קובץ תבנית גיליון אלקטרוני לחישוב הזמן במעלה הזרם הכולל (סכום כל המרווחים בין UDts ו DUts) הזמן במורד הזרם הכולל (סכום של המרווחים בין DUts לבין UDt), כמו גם את הערכים מדד rheotactic באחוזים (RI %) עבור כל תזרים צעד (ראה איור 5).
   הערה: ההתנהגות rheotactic הוא לכמת על ידי שיעור הזמן מונחה הכולל הדגים מבלים מול במעלה הזרם (שחייה או קופא לעיתים נדירות [קרי, הם נשארים עדיין בחלק התחתון של ה-tunnel]²⁷). שיעור זה מוגדר של % רי (איור 5).
   

תוצאות

כנתונים לדוגמה אנו מציגים את התוצאות המתקבלות שליטה השדה המגנטי לאורך כיוון זרימת מים על מרכיבי shoaling דג זברה¹⁶ באמצעות הגדרת שמוצג באיור 2 א (ראו סעיף 3 לפרוטוקול). תוצאות אלו מראות איך הפרוטוקול המתואר ניתן לסמן הבדלים התגובות השדה המגנטי דגי?...

Discussion

פרוטוקול המתוארים במחקר זה מאפשר למדענים לכמת התמצאות מורכבים תגובות של מינים ימיים הנובע השילוב בין שני רמזים חיצוניים (המים הנוכחי, גאומגנטית שדה) גורם פנימי אחד של החיה, כגון האישיות. הרעיון הכללי הוא ליצור עיצוב ניסיוני המאפשר מדענים להפריד בין אנשים שונים באישיות ולחקור את התנהגותם ?...

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