魚類の遊泳性能評価

要約

魚の大部分の生活は、水泳を前提としている。このプロトコルは、個人や学校教育の魚に利用できるモードを水泳の範囲をキャプチャするためのテクニックを説明し、そして水泳生理と行動に関連するメトリックが含まれます。

要約

魚の遊泳性能試験では、水泳力学、ガス交換、心臓生理学、病気、汚染、低酸素状態と温度を筋肉のエネルギー論の研究に不可欠でした。本論文では、水の流速を制御できる装置を使って泳ぐ魚のパフォーマンスを評価するために柔軟なプロトコルを記述します。プロトコルは、疲労に魚を引き起こすことを意図している流れの速度でいくつかの階段状の増加への1つが含まれます。ステップ速度とその持続時間は異なる生理的および生態学的関連の水泳能力をキャプチャするように設定することができます。最も頻繁にステップサイズは、最大持続遊泳能力をキャプチャするために意図されている重要な水泳の速度（U crit _を ）、決定するために設定されています。伝統的にこのテストは、20分の持続時間の約10ステップごとに構成されていました。しかし、短い期間（例えば1分）の手順は、ますます加速能力やバーストの水泳のパフォーマンスをキャプチャするために活用されている。に関係なく、ステップサイズの、水泳のテストは、個々の変動と回復能力を測定するために時間をかけて繰り返すことができます。このような代謝率、フィンの使用、換気率、およびそのような学校教育の魚との距離などの行動、のの対策として、水泳に関連するエンドポイントは、多くの場合、水泳のテスト作業中および作業後は、前に含まれています。魚種の多様性、未踏の研究の質問の数、および世界的なエコロジーと経済の健康に多くの種の重要性を考えると、魚の遊泳性能の研究は、予見可能な将来のために人気があり、かけがえのないままになります。

プロトコル

1。キャプチャと馴化

1. 無結節網を使用して、それらの貯蔵タンクから個々の魚を集める。時間をキャプチャ最小限に、複数の魚を集めて回避し、これらの要因は、ストレスを増加させることができるようにネットで数秒以上の魚を保持していない。ストレスは、水泳パフォーマンスに影響を与える可能性があります。
2. 麻酔または直接泳ぐトンネルの呼吸（"水泳のトンネル"）へと転送タンクのいずれかの場所の魚。もし魚が麻酔される、どちらかtricaineメタン（MS222）やクローブオイルを使用することができます。許容濃度は、種の感受性と温度が、どちらか麻酔の^1,2のための10から100 mg / Lのより一般的に範囲を含む多くの因子に依存する。麻酔薬の濃度は、ステージ3麻酔を誘発する（外部刺激に対するすなわち反応しない）と迅速なリカバリを（すなわち秒）許可する必要があります。淡水でMS222を使用する場合は、重炭酸ナトリウムは、バッファーとしての等しい部分（質量）で使用してください。バッファがなければ、MS222は大幅にpHを減らし、低pHは、鰓の組織に損害を与える可能性があります。それは十分な緩衝能が含まれているようにバッファリングは、海水では必要ありません。
3. 麻酔魚は、性別の質量と長さを測定し、それらの条件の大まかな外部受験を与えることができます。長さは全長（TL）、叉長（FL）またはボディの長さ（BL）として撮影することができます。これらの異なるメトリックは通常、標準的な方法、種の形態（ないフォークフィンを例えばない）や魚の状態（例えば、尾鰭が磨耗）に従って適用されます。
4. 麻酔と非麻酔の両方の魚、可能な限り、これは回復を促進するように流れる水に急速に泳ぐトンネルに導入されるべきである。流量は、通常、その魚はほとんど水泳しながら底に休息できるようになる設定されています。大人紅鮭の例率は0.3 BL / sです。
5. 魚は順応に泳ぐトンネルに残さする必要があります。順化期間は、伝統的な期間（例えば12時間）に設定、または30分だけ短くすることができる最新の研究で使用されているものにすることができます。特定の魚のための理想的な順応期間を決定するために、安定した、理想的に低い、代謝率に達するまでの時間は（詳細は次のセクション）を使用することができる。

2。代謝率の測定

1. 泳ぐトンネル内の酸素の変化は、水泳試験（s）の期間にわたって記録されるべきである。酸素プローブは、水泳のトンネルに直接封止することができますが、それは最初のプローブ上の水の流れは、プローブの機能に影響を与えるかどうかを決定しなければならない。プローブは、テスト中に発生する水の速度によって影響されている場合、プローブは、トンネルの外に独自のチャンバー内に設置し、ポンプでトンネルの水を供給する必要があります。
2. 酸素を補給し、廃棄物の蓄積を軽減するために、水泳のトンネルは、おそらく定期的にフラッシュする必要があります。酸素飽和度は、水泳のパフォーマンスが低下することができるまたは嫌気性代謝へのシフトが存在する可能性があるとして、ほとんどの種のためのより低い70％下落することは許可されるべきではない。トンネルの水をフラッシュすると、また水の温度の上昇を軽減する可能性がありますが、水の温度は、チラーに泳ぐトンネルを結合することによって一定に保持する必要があります。温度の変化は、代謝率に影響を与えます。
3. ルーチンと最大代謝率、略称"RMR"と"MMR"は、一般的に（図1A）が決定されています。これらのレートは、単位時間当たり、単位質量あたりの酸素の体積（V O _2）または質量（M O _2）で、例えばMG O ₂ / kg / hrのを表現することができます。 2つのレートの違いは、"活動の範囲を"得るために撮影することができます。 "過剰な運動後の酸素消費量"（EPOC）と呼ばれる"酸素負債"次の演習は、、また決定し、RMRのエクササイズ後の復帰時に必要な酸素と同じですできます。

1. 注：多くの酸素プローブとその出力は自動的に溶存酸素の温度補正の変更を提供します。そうでないものは訂正する必要があります。さらに、一部の値は、測定が生理食塩水条件下で実施された場合に修正する必要があります。

水泳パフォーマンスの測定

水泳パフォーマンス能力の様々な水泳のトンネルで評価することができる。水泳の性能を評価する最も一般的な方法は、それが^3を維持できるために持続することです。速度が遅く、長くそれを維持し、その逆もできます。速度は、一般的に、それぞれ、秒の期間、時間（最大= 200分）に分、時間とを超えて（> 200分）に対応する、"長期"や"持続"、"バースト"と呼ばれます。これらの速度を決定するために、魚はセット"高さ"、すなわち水の流れの速度の増加、および"長さ"、すなわちステップの期間で構成されるユーザー定義の"ステップ"、に供される。ステップの高さを最大化し、逆をしながら最小限のステップの長さは、最大バースト速度をキャプチャすると、最大の持続的な速度をキャプチャします。ステップでテストは、達成される最大速度を報告する従来の方法は、最後の完全に完了したステップの速度に加えて最後の、未完成の段階の時間的な部分（図1A）に等しくなります。

バースト水泳の性能評価

1. 順化以下、バースト水泳やスプリント能力をキャプチャするには、推定最大に流速をもたらす（例えば、二度Uの _{クリティカル率} 、下記参照）、と泳ぐ魚を動機づけます。流れの速度が急激に増加するにつれ、魚はチャンバーの後部に休む必要があります。魚は泳ぐために動機づけが必要になることがあります。動機は、機械的な（例えばタッチ）または電気的（例えば水泳のトンネルの背面に衝撃のグリッドに適用される小型のチャージ）することができます。
   
   バースト能力の試験、特にではないものの、魚はまた^4,5（例えば1分）短期間のいくつかのステップから構成される"定加速度試験"（CATまたは_UΔV）を与えることができます。
2. 水泳の持続時間を記録します。個々のバーストとの距離の数も^6を記録することができます。最大は図1Aの方程式にしたがって獲得するか、または計算された速度を挙げることができる。
   
   長期的かつ持続的な水泳の性能評価
   
   長期または継続的な水泳の能力を推定するために使用される最も頻繁な措置は"重大な水泳のパフォーマンス"（Uの _{クリティカル} ）と呼ばれます。このような10分のような短い時間も使用されているが、Uの _{クリティカル}のためのステップの長さは伝統的に、20分に設定されています。一般的なルールは、少なくとも10のステップが長いテストでは、例えば、> 3時間/魚をもたらすことができる疲労、前に取られるべきであるということです。 Uの _{クリティカル}テストを短縮するために、最初の7つのステップは5分（テストはし"ランプ- Uの _{クリティカル} "と呼ばれる）に省略できます。

1. 順化および/または練習の水泳に続いて、サイズをステップにしたがって流速を増加させる。
2. Uの _{クリティカル}のための適切なステップの高さを設定するには、それは可能性がテストされる魚のサンプルのためU crit _を推定するために必要となります。これは、文献値を使用して行うことができます。交互に、魚はトンネルへの導入後に"練習の泳ぎ"を与えることができます。このため、疲労まで、魚の短い、ユーザ定義の手順を与える。 Uの _{クリティカル}の初期推定値として到達した最終的な速度を使用してください。それぞれの魚のためにステップサイズ（高さと長さ）を調整します。
3. 回復能力をテストまたは性能の個人差を決定するために、魚が回復期間^7月9日に次ぐ水泳のテストを与えることができます。
4. 魚がトンネルからそれらを除去するために問題になると酸素摂取量を測定する能力をなくすことができるテスト中に異なる時点で疲労する傾向があるものの、魚はまた、学校でテストすることができます。
5. 一度疲労、魚が回復させたり、組織のサンプリングのためにすぐに削除する必要があります。
   
   水泳に関連するいくつかのパフォーマンスメトリックは、テスト中またはビデオの分析（図1 C、D）を使用して後に回収することができる。
6. 換気率と尾部のビート周波数を測定するために、尾のビートのふたのようなポンピング速度と数は、数秒の周期（図^1B）10,11を介してサンプリングする必要があります。
7. テールビートの振幅を測定するために、尾びれの最大たわみは、（図^1B）12を測定することができます。
8. 以下のテストは、魚は事後試験およびヘマトクリット（パックされた赤血球容積）、ストレスホルモンの濃度は、筋肉のエネルギー貯蔵（例えばクレアチンリン酸、グリコーゲン）、酵素の活性（例えば、乳酸脱水素酵素、アセチルコリンエステラーゼを決定するために収集された組織を与え、安楽死することができます）、またはその他の生理学的パラメータ。

3。代表的な結果

若年性サケ科魚類に与えられる図1。）例えばランプ- Uの _{クリティカル}テスト、孵化場ではニジマス（Oncorhynchus mykiss）、ボディの長さ（BL）と質量の3.5グラムは6.3センチメートルを調達。テストは、12 L修正ブレット型の呼吸（;ヤリイカ属システムズ、デンマークで実施されたwww.loligosystems.com ）。ルーチンと最大代謝率は、スロープ（MG /時）×体積（L）/魚の質量（kg）として算出し、それぞれ198および961 mgのO ₂ / kg / hrのを、（活動の範囲が= 4.84）であった。これらの料金は、幼若紅鮭（O.ベニマス ^）13でブレットが報告されているものと調和しています。注：酸素摂取量の計算のために、水の量は呼吸量の少ない魚の量と等しくなります。クロスは、魚がさらに泳ぐことを拒否し、Uの _{クリティカルが}計算されたポイントを示している。 B）テールのビート周波数の値は10秒に6回にわたって記録された、テールのビートの振幅値は3回を記録した、値が示され平均値± SEMである。 C）拡大側面図と水泳室内の魚の水泳のD）は上面図。 ; D）EthoVisionソフトウェア（Noldus、オランダによって追跡された魚を表示www.noldus.com ）。略語：Uの _{クリティカル率} =クリティカルスイミング速度、最後に完全に完了したステップの_U、F =速度_、U S =ステップの速度は、t _F = _時間 t s =ステップ時間、最後のステップに費やした。

ディスカッション

自然の中で、このような捕食者の脱出やマイグレーションなどの動作は、異なる時間の特定の強度で泳ぐことができることに依存する。ラボ設定では、トンネルの呼吸計を泳ぐとスピードで段差の増加は、数多くの動作を実行するために魚の能力を推定するために使用することができます。代謝率と他の組織レベルの評価（そのような乳酸生産など）の対策が異なる水泳モードの基礎となる生理学的メカニズムを決定するための水泳のテストに含めることができます。

スイムのトンネルの設計は大幅に水泳のパフォーマンスに影響を与えることができます。またはBlazka ¹⁴種類-水泳の性能を決定するために使用される水泳のトンネルのいくつかの種類がありますが、ほとんどがブレット^13のどちらとして特徴づけられる。どちらの設計では、主要な考慮事項は、水の流れの"均一性"（それがどのように直線的な）、最大流速と泳ぐ室の長さが含まれています。魚は本能的に見つけると労力を最小限に抑えるために低流量域で泳ぐなるため、均一性は重要です。高い潜在的な流量は、バースト水泳能力や高速水泳の種（例えばマグロ）をテストする必要があるかもしれません。チャンバーの長さが小さく長さ、すなわち魚の長さ>チャンバーの長さの10％のチャンバーのように、非常に有意義なことができる泳ぐ、魚はすべて水泳モードを利用することができない場合があります。特に、小さなチューブはバーストと沿岸の水泳に、水泳のゲートを非定常に安定したIEからの移行への魚の能力が制限されることがあります。そのため、魚は"ゲートの遷移速度^'15に類似してかもしれない関係なく、ステップ長とUの _{クリティカル}のほぼ同じ速度で泳いで停止することがあります。

すべての泳ぐトンネルは、このようなフロープローブや粒子画像流速測定（PIV）機器などのデバイスを使用してキャリブレーションする必要があります。理想的にトンネルは直線的な流れを持って泳ぐが、魚がエリアを優先するように検出された場合は、それらの泳ぐ速度は、フロー内の地域差に基づいて調整することができます。

資料

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