La valutazione delle prestazioni nuoto in Pesci

Riepilogo

La vita della maggior parte dei pesci si basano sul nuoto. Questo protocollo descrive le tecniche per la cattura di una gamma di nuoto modalità disponibili per singoli pesci e la scolarizzazione, e comprende le metriche associate nuoto con la fisiologia e del comportamento.

Abstract

Test di performance nuoto dei pesci sono state parte integrante degli studi di energetica muscolare, meccanica nuoto, scambi gassosi, fisiologia cardiaca, le malattie, l'inquinamento, l'ipossia e la temperatura. Questo documento descrive un protocollo flessibile per valutare le prestazioni di nuoto pesce con apparecchiature in cui la velocità dell'acqua può essere controllato. Il protocollo prevede da uno a molti un passo aumenta la velocità di flusso che hanno lo scopo di causare pesce alla fatica. Velocità di passo e la loro durata può essere impostato per l'acquisizione di diverse abilità di nuoto rilevanza fisiologica ed ecologica. Il più delle volte passo è impostato per determinare la velocità critica di nuoto _(crit U), che ha lo scopo di catturare la massima capacità sostenuta nuoto. Tradizionalmente questo test si compone di circa dieci passi ognuno di durata 20 min. Tuttavia, passi di durata più breve (es. 1 min) sono sempre più utilizzati per catturare la capacità di accelerazione o raffiche di nuoto. Indipendentemente dalla dimensione del passo, le prove di nuoto possono essere ripetute nel tempo per misurare variazioni individuali e la capacità di recupero. Gli endpoint relativi al nuoto come le misure di tasso metabolico, l'uso delle pinne, tasso di ventilazione e di comportamento, come la distanza tra i banchi di pesci, spesso sono inclusi prima, durante e dopo il test di nuoto. Data la diversità delle specie di pesci, il numero delle domande di ricerca inesplorate, e l'importanza di molte specie di ecologia globale e la salute economica, gli studi di performance pesci che nuotano rimarrà popolare e prezioso per il prossimo futuro.

Protocollo

1. Cattura e acclimatazione

1. Utilizzando una rete senza nodi, raccolgono i pesci dal loro serbatoio di acque usate. Ridurre al minimo la cattura del tempo, evitare di raccogliere i pesci più e non tenere i pesci per più di pochi secondi in rete come questi fattori possono aumentare lo stress. Lo stress può influire sulle prestazioni di nuoto.
2. Luogo pescare in una vasca di trasferimento con l'anestesia o direttamente al respirometro tunnel nuoto ('tunnel nuoto'). Se i pesci devono essere anestetizzati, sia tricaine metanosolfonato (MS222) o di olio uno spicchio può essere utilizzato. Le concentrazioni accettabili dipenderà da molti fattori, compresa la sensibilità delle specie e la temperatura, ma in genere varia da 10-100 mg / L per entrambi ^1,2 anestetico. La concentrazione di anestetico deve indurre la fase 3 l'anestesia (cioè non risponde agli stimoli esterni) e consentono un rapido recupero (secondo esempio). Quando si utilizza MS222 in acqua dolce, bicarbonato di sodio deve essere utilizzato in parti uguali (in massa) come buffer. Senza buffer, MS222 ridurrà di molto il pH, basso pH e possono danneggiare i tessuti branchia. Buffer non è necessario in acqua di mare in quanto contiene una sufficiente capacità di buffering.
3. Pesce anestetizzato può essere sessuato, misurato per la massa e la lunghezza, e dato un esame superficiale esterno della loro condizione. Lunghezza può essere preso come lunghezza totale (TL), lunghezza delle forche (FL) o la lunghezza del corpo (BL). Queste metriche differenti vengono generalmente applicate secondo la pratica standard, morfologia specie (ad esempio non pinna biforcuta) o condizione di pesce (per esempio, pinna caudale portati via).
4. Sia i pesci anestetizzati e non anestetizzati dovrebbero essere introdotti nel tunnel nuotare più rapidamente possibile e in acqua corrente in quanto ciò faciliterà il recupero. La portata è solitamente impostato in modo che i pesci saranno in grado di riposare sul fondo mentre appena il nuoto. Un tasso di esempio per gli adulti salmone rosso è di 0,3 BL / s.
5. I pesci devono essere lasciati nel tunnel nuoto si adatti. Periodo di acclimatazione può essere impostata per periodi tradizionali (ad esempio 12 ore), oppure a quelli utilizzati nella maggior parte degli studi in corso, che può essere il più breve 30 min. Per determinare un periodo di acclimatazione ideale per un pesce dato, il tempo necessario per raggiungere una stalla, idealmente basso, il ritmo metabolico può essere utilizzato (dettagliato sezione successiva).

2. Misura tassi metabolici

1. Variazioni di ossigeno all'interno del tunnel nuoto devono essere registrate per tutta la durata del test di nuoto (s). Sonde di ossigeno può essere sigillata direttamente nel tunnel nuoto, tuttavia, deve prima verificare se il flusso d'acqua sopra la sonda influenza la funzione della sonda. Se la sonda è affetto da una velocità dell'acqua che possono verificarsi durante la prova, la sonda dovrà essere collocato nella sua camera al di fuori del tunnel e alimentate con acqua galleria da una pompa.
2. Per rifornire di ossigeno e limitare l'accumulo dei rifiuti, il tunnel nuoto sarà probabilmente bisogno di essere lavati periodicamente. Saturazione di ossigeno non dovrebbe essere consentito di caduta inferiore al 70% per la maggior parte delle specie, come le prestazioni di nuoto può essere ridotto o ci può essere un cambiamento di metabolismo anaerobico. Vampate di calore acqua tunnel può anche contribuire a ridurre eventuali aumenti di temperatura dell'acqua, tuttavia, la temperatura dell'acqua deve essere mantenuta costante, associando la galleria nuotare ad un refrigeratore. Cambiamenti nella temperatura influenzano il tasso metabolico.
3. Tassi metabolici di routine e massime, abbreviato 'RMR' e 'MMR', sono tipicamente determinato (Figura 1A). Questi tassi possono essere espressi in volume (V o ₂₎ o di massa (M o ₂₎ di ossigeno per unità di massa, per unità di tempo, ad esempio O ₂ mg / kg / ora. La differenza tra i due tassi possono essere intraprese per ottenere il 'margine per l'attività'. Nell'esercizio seguente il 'debito di ossigeno', denominato 'eccesso di post-esercizio del consumo di ossigeno' (EPOC), può anche essere determinata ed è uguale a l'ossigeno necessario durante il post-esercizio ritorno RMR.

1. Nota: le sonde di ossigeno molti e la loro produzione fornirà automaticamente la temperatura corretta con variazioni di ossigeno disciolto. Quelli che non avrà bisogno di essere corretto. Inoltre, alcuni valori dovranno essere corretti se le misurazioni sono state condotte in condizioni saline.

Misurazione della performance di nuoto

Una varietà di abilità prestazioni di nuoto possono essere valutate in un tunnel nuotare. Il modo più comune per caratterizzare le prestazioni nuoto è dalla durata per i quali può essere mantenuta ^3. Più lenta è la velocità, il più a lungo può essere mantenuta e viceversa. Le velocità sono generalmente indicate come 'scoppiare', 'prolungato' o 'sostenuta', che corrispondono a durate di secondi, minuti a ore (max = 200 min), e ore e oltre (> 200 min), rispettivamente. Per determinare queste velocità, i pesci sono sottoposti a definiti dall'utente 'passi', composto di 'height' impostata, cioè aumentare la velocità del flusso d'acqua, e 'lunghezza', cioè la durata passo. Massimizzare l'altezza e la lunghezza del passo passo minimizzando catturerà la velocità massima raffica, mentre si fa il contrario di catturare la massima velocità sostenuta. Nel passotest, il tradizionale modo di riportare la velocità massima raggiunta è pari alla velocità della ultimo passo completato oltre alla parte temporale della finale, passo incompiuto (Figura 1A).

Burst nuoto di valutazione delle prestazioni

1. Per catturare il nuoto scoppiare o capacità sprint, a seguito di acclimatazione, portare la velocità del flusso ad un massimo stimato (ad esempio due volte _crit U; vedi sotto), e motivare il pesce a nuotare. I pesci devono essere appoggiata sul retro della camera, come la velocità del flusso è rapidamente aumentato. Pesce può avere bisogno di essere motivati ​​a fare il bagno. La motivazione può essere meccanica (touch ad esempio) o elettrica (ad esempio una piccola carica applicata ad una griglia d'urto nella parte posteriore del tunnel nuoto).
   
   Per quanto non espressamente una prova di abilità scoppio, i pesci possono anche essere dato un 'test di accelerazione costante' (CAT o U _ΔV) costituito da diverse fasi di breve durata (es. 1 min) ^4,5.
2. Registrare la durata del nuoto. Il numero di scoppiare individuali e la loro distanza può anche essere registrati ^6. La velocità può essere dato come massima raggiunta o calcolata secondo l'equazione nella Figura 1A.
   
   Prolungata e sostenuta nuoto di valutazione delle prestazioni
   
   La misura più frequentemente utilizzata per stimare la capacità di nuoto prolungato o prolungato è indicato come 'prestazioni nuoto critica' _(crit U). Lunghezza del passo per _crit U è tradizionalmente stato fissato a 20 minuti, anche se più brevi i tempi come 10 minuti sono stati utilizzati. Una regola generale è che almeno dieci passi dovrebbero essere presi prima di stanchezza, che può portare a lunghi test, ad esempio> 3 ore / pesce. Per abbreviare il test _crit U, i primi sette passi può essere abbreviato a 5 min (il test viene poi definito 'rampa di _U-critico').

1. A seguito di acclimatazione e / o una nuotata pratica, aumentare la velocità del flusso secondo la fase dimensioni.
2. Per impostare l'altezza appropriata passo per _crit U, sarà probabilmente necessario stimare _critico U per un campione del pesce da testare. Questo può essere ottenuto utilizzando i valori della letteratura. In alternativa, il pesce può essere attribuito un 'nuotare pratica' dopo l'introduzione al tunnel. Per questo, dare pesce brevi, definiti dall'utente passi, finché la stanchezza. Utilizzare la velocità finale raggiunta come una stima iniziale di _crit U. Regola la dimensione del passo (altezza e lunghezza) per ogni pesce.
3. Per testare la capacità di recupero o determinare variazioni individuali nelle prestazioni, il pesce può essere dato un secondo test di nuoto dopo un periodo di recupero ^7-9.
4. I pesci possono anche essere testate in scuole, anche se i pesci tendono a fatica in tempi diversi durante le prove cui può essere problematico per rimuoverli dal tunnel ed eliminare la capacità di misurare l'assorbimento di ossigeno.
5. Una volta affaticato, il pesce dovrebbe essere consentito di recuperare o rimosso immediatamente per il prelievo dei tessuti.
   
   Metriche di performance diverse legate al nuoto possono essere raccolti durante le prove o dopo l'utilizzo di analisi video (Figura 1 C, D).
6. Per misurare la velocità di ventilazione e battere la frequenza coda, il tasso di opercolare di pompaggio e il numero di battiti coda deve essere campionato per periodi di alcuni secondi (Figura 1B) ^10,11.
7. Per misurare l'ampiezza battere la coda, la deformazione massima della pinna caudale può essere misurata (Figura 1B) ^12.
8. Dopo test, i pesci possono essere eutanasia, dato un esame post-mortem e tessuti raccolti per determinare ematocrito (imballato il volume dei globuli rossi), le concentrazioni di ormone dello stress, immagazzina energia muscolare (per esempio fosfocreatina, glicogeno), attività enzimatica (ad es lattato deidrogenasi, esterasi acetilcolina ), o altri parametri fisiologici.

3. Rappresentante Risultati

Figura 1. A) Un esempio rampa test U _crit dato a un salmonidi giovanile, un vivaio sollevato trota iridea (Oncorhynchus mykiss), g 6,3 centimetri in lunghezza del corpo (BL) e 3,5 in massa. Il test è stato effettuato in un L 12 modificato Brett tipo respirometro (Loligo Systems, Danimarca; www.loligosystems.com ). Tassi metabolici di routine e massimi sono stati calcolati come pendenza (mg / ora) x volume (L) / pesce massa (kg), e sono stati 198 e 961 mg O ₂ / kg / ora, rispettivamente, (spazio per attività = 4,84). Questi tassi sono in linea con quelli riportati da Brett giovanile per sockeye salmone (O. nerka) ^13. Nota: per i calcoli di consumo di ossigeno, il volume d'acqua pari al volume respirometro meno volume di pesce. La croce indica il punto dove il pesce si rifiutò di fare il bagno e dove più _crit U è stata calcolata. B) Coda valori di frequenza di battimento sono stati registrati oltre 10 s sei volte; coda valori di ampiezza battere sono stati registrati tre volte; valori indicatisono media ± SEM. C) Una vista laterale ampliata e D) vista dall'alto dei pesci che nuotano all'interno della camera di nuotare. D) Mostra i pesci monitorati da EthoVision software (Noldus, Paesi Bassi; www.noldus.com ). Abbreviazioni: _crit U = velocità critica di nuoto; U _f = velocità l'ultimo passaggio completato, U _s = velocità del passo, t _f = tempo trascorso in ultimo passo, t _s = tempo di passo.

Discussione

In un ambiente naturale, i comportamenti di fuga come predatore e la migrazione dipende dalla capacità di nuotare ad intensità specifiche per tempi diversi. In un ambiente di laboratorio, nuotare respirometri tunnel e aumenta intervenuto velocità può essere usato per valutare la capacità dei pesci di eseguire numerosi comportamenti. Misure di tasso metabolico e altri tessuti a livello valutazioni (come la produzione di lattato) possono essere inclusi con prove di nuoto per aiutare a determinare i meccanismi fisiologici alla base diversi modi di nuoto.

Galleria di design nuotare può notevolmente influenzare le prestazioni di nuoto. Ci sono diversi tipi di tunnel nuoto utilizzato per determinare le prestazioni di nuoto, la maggior parte sono caratterizzati sia come Brett ¹³ - o ^14-Blazka tipi. Sia per la progettazione, considerazioni importanti sono la 'regolarità' del flusso d'acqua (come rettilineo è), la velocità massima portata e la lunghezza della camera di nuotare. Uniformità è importante perché i pesci si trovano istintivamente e nuotare in zone a basso flusso per ridurre al minimo sforzo. Alta velocità di flusso potenziale può essere necessario verificare la capacità di nuoto scoppio o specie nuoto veloce (ad esempio tonni). Nuotare lunghezza della camera può essere molto significativo come in sezioni di lunghezza piccola, lunghezza pesce cioè> 10% della lunghezza della camera, i pesci possono non essere in grado di utilizzare tutte le modalità di nuoto. In particolare, piccoli tubi possono limitare la capacità dei pesci di transizione da una costante di instabilità cancello nuoto, cioè al nuoto scoppiare e la costa. Pertanto, il pesce potrebbe smettere di nuotare approssimativamente alla stessa velocità indipendentemente dalla lunghezza del passo e _crit U può essere analogo a 'velocità di transizione cancello' ^15.

Tutte le gallerie nuotare bisogno di essere calibrato usando dispositivi come le sonde di flusso o di imaging velocimetria delle particelle (PIV) attrezzature. Idealmente nuotare tunnel avrà flusso rettilineo, ma se i pesci si trovano a favorire una zona, la loro velocità di nuoto può essere regolata in base alle differenze locali nel flusso.

Materiali

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