이 연구에 사용된 균주를 제공한 Caenorhabditis Genetics Center에 감사드립니다. 이 간행물은 JSPS KAKENHI Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (보조금 번호 JP21H02532), JSPS KAKENHI Grant-in-Aid on the Innovative Areas "Science of Soft Robot" 프로젝트(보조금 번호 JP18H05474), JSPS KAKENHI Grant-in-Aid for Transformative Research Areas B(보조금 번호 JP23H03845), 일본 의료연구개발기구의 PRIME(보조금 번호 JP22gm6110022h9904), JST-Mirai 프로그램(보조금 번호 JPMJMI22G3)의 지원을 받았습니다. 및 JST-FOREST 프로그램(보조금 번호 JPMJFR214R).

1. 웜의 준비
참고: 집단 행동 및 광유전학 실험의 관찰을 위해 야생형 N2 브리스톨 균주12 및 ZX899 균주(lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP])13 을 각각 준비합니다. 어두운 조건에서 ZX899 변형을 유지하십시오.
<ol><li>14mL의 선충 성장 배지(NGM)가 포함된 60mm 플레이트에 잘 먹은 성충 4마리를 한천과 함께 넣고 대장균 OP5012를 뿌립니다.</li>
	<li>F1 웜을 23°C의 NGM 플레이트에서 7일 동안 굶어 죽입니다. 이 시점에서 F1 웜의 수율은 약 100개의 웜/플레이트입니다. 벌레의 단계는 다우어와 굶주린 L1 유충의 혼합 개체군으로 구성됩니다.</li>
</ol>2. 개 사료 한천(DFA) 미디엄 플레이트 준비
<ol><li>분말 개 사료 2g과 1% 한천 배지 5mL가 들어 있는 유리병을 고압멸균하고 실온으로 냉각합니다(그림 1A). 알림: 이 실험에는 다른 제조업체의 다른 개 사료를 사용할 수 있습니다.</li>
</ol>3. DFA 중간 판에 벌레 접종
<ol><li>소량(약 0.5g)의 DFA 배지를 대장균 OP50으로 파종한 NGM 플레이트의 중앙으로 옮깁니다(그림 1B). 광유전학 실험의 경우 웜을 접종하기 전에 채널 로돕신 2의 보조 인자인 50μM all-trans-retinal 40μL를 DFA에 붓습니다.</li>
	<li>고압멸균수를 사용하여 4개의 NGM 플레이트에서 굶주린 벌레를 수집합니다.</li>
	<li>접시 뚜껑에서 약 0.5mm 떨어진 DFA 매체에 작은 개 사료 조각(약 2g)을 놓습니다.</li>
	<li>오염을 방지하기 위해 깨끗한 벤치 내부에서 15분 동안 자외선으로 NGM 플레이트를 비춥니다.</li>
	<li>수집된 웜(약 400마리)을 NGM 플레이트의 DFA 배지에 접종합니다. 페트리 플레이트 내부의 습도가 증가하고 뚜껑에 벌레를 가두는 물방울이 생성되는 것을 방지하기 위해 파라필름으로 플레이트를 밀봉하지 마십시오.</li>
	<li>23 °C에서 웜을 번식시키고 약 10-14 일 동안 접시 뚜껑까지 올라갈 수 있도록합니다. 알림: 뚜껑에 있는 벌레의 수는 10-14일 후에도 거의 증가하지 않았기 때문에 벌레의 먹이가 떨어졌을 가능성이 있는 것으로 추정되었습니다.</li>
</ol>4. 집단 행동의 관찰
<ol><li>실험 당일, 대장균 과 개 사료 한천 배지를 포함하지 않은 새 NGM 플레이트를 매크로 줌 현미경 스테이지의 알루미늄 플레이트에 놓습니다(그림 2A). Peltier 온도 조절기 장치를 사용하여 이 새로운 NGM 플레이트의 바닥을 23°C에서 최소 5분 동안 유지합니다(그림 2B). 그런 다음 이 새 NGM 플레이트의 뚜껑을 웜이 올라간 플레이트의 뚜껑으로 교체합니다. 대물 렌즈(x2, NA = 0.5)를 저배율 대물렌즈로 사용합니다(그림 2A).</li>
	<li>Petri 플레이트 바닥의 온도를 23°C에서 26°C로 높여 플레이트 내부의 습도를 변경합니다(그림 2).</li>
	<li>카메라를 사용하여 20 프레임 s−1 (보충 비디오 S1)에서 플레이트 덮개 내부 표면의 이미지를 획득합니다.</li>
	<li>획득한 이미지를 태그가 지정된 이미지 파일 형식으로 저장합니다.</li>
</ol>5. 광유전학 실험
<ol><li>100W 수은 램프를 사용하여 필터 세트로 필터링된 청색광을 전달합니다. 전자기 셔터 시스템을 사용하여 조명 시간을 정밀하게 제어합니다(그림 2B).</li>
	<li>청색광 조명 전에 이러한 조건에서 ZX899를 DFA에서 5분 동안 유지하십시오.</li>
	<li>현미경 s에서 페트리 플레이트의 뚜껑에 부착된 ZX899 웜을 비춥니다.tage 23°C로 유지됩니다.</li>
	<li>20 프레임 s−1 에서 카메라로 플레이트 뚜껑 내부 표면의 이미지를 획득합니다(보충 비디오 S2).</li>
</ol>

Investigating Collective Behaviors in Nematodes Using Dog Food Agar Medium(개 사료 한천 배지를 사용한 선충의 집단 행동 조사)

<ol>
	<li>Vicsek, T., Czir&#243;k, A., Ben-Jacob, E., Cohen, I., Shochet, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+type+of+phase+transition+in+a+system+of+self-driven+particles.">Novel type of phase transition in a system of self-driven particles.</a> Physical Review Letters. 75 (6), 1226-1229 (1995).</li><li>Nishiguchi, D., Nagai, K. H., Chat&#233;, H., Sano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+nematic+order+and+anomalous+fluctuations+in+suspensions+of+swimming+filamentous+bacteria.">Long-range nematic order and anomalous fluctuations in suspensions of swimming filamentous bacteria.</a> Physical Review E. 95 (2), 020601-020606 (2017).</li><li>Saw, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topological+defects+in+epithelia+govern+cell+death+and+extrusion.">Topological defects in epithelia govern cell death and extrusion.</a> Nature. 544 (7649), 212-216 (2017).</li><li>Kawaguchi, K., Kageyama, R., Sano, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topological+defects+control+collective+dynamics+in+neural+progenitor+cell+cultures.">Topological defects control collective dynamics in neural progenitor cell cultures.</a> Nature. 545 (7654), 327-331 (2017).</li><li>Chen, C., Liu, S., Shi, X., Chat&#233;, H., Wu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weak+synchronization+and+large-scale+collective+oscillation+in+dense+bacterial+suspensions.">Weak synchronization and large-scale collective oscillation in dense bacterial suspensions.</a> Nature. 542 (7640), 210-214 (2017).</li><li>Bricard, A., Caussin, J. -. B., Desreumaux, N., Dauchot, O., Bartolo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergence+of+macroscopic+directed+motion+in+populations+of+motile+colloids.">Emergence of macroscopic directed motion in populations of motile colloids.</a> Nature. 503 (7474), 95-98 (2013).</li><li>Sumino, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+vortex+lattice+emerging+from+collectively+moving+microtubules.">Large-scale vortex lattice emerging from collectively moving microtubules.</a> Nature. 483 (7390), 448-452 (2012).</li><li>Schaller, V., Weber, C., Semmrich, C., Frey, E., Bausch, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polar+patterns+of+driven+filaments.">Polar patterns of driven filaments.</a> Nature. 467 (7311), 73-77 (2010).</li><li>Lin, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+whole-brain+activity+to+understand+behaviour.">Imaging whole-brain activity to understand behaviour.</a> Nature Reviews Physics. 4 (5), 292-305 (2022).</li><li>Sugi, T., Ito, H., Nishimura, M., Nagai, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=C.+elegans+collectively+forms+dynamical+networks.">C. elegans collectively forms dynamical networks.</a> Nature Communications. 10 (1), 1-9 (2019).</li><li>Corsi, A. K., Wightman, B., Chalfie, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+transparent+window+into+biology:+a+primer+on+Caenorhabditis+elegans.">A transparent window into biology: a primer on Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 200 (2), 387-407 (2015).</li><li>Brenner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genetics+of+Caenorhabditis+elegans.">The genetics of Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 77 (1), 71-94 (1974).</li><li>Stirman, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+multimodal+optical+control+of+neurons+and+muscles+in+freely+behaving+Caenorhabditis+elegans.">Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans.</a> Nature Methods. 8 (2), 153-158 (2011).</li><li>Tanaka, R., Okumura, E., Yoshiga, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+to+collect+phoretically+active+dauer+larvae+of+Caenorhabditis+japonica.">A simple method to collect phoretically active dauer larvae of Caenorhabditis japonica.</a> Nematological Research. 40 (1), 7-12 (2010).</li><li>Hara, A. H., Lindegren, J. E., Kaya, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monoxenic+mass+production+of+the+entomogenous+nematode+Neoaplectana+carpocapsae.">Monoxenic mass production of the entomogenous nematode Neoaplectana carpocapsae.</a> Weiser on dog food/agar medium. 16, 1-8 (1981).</li><li>de Bono, M., Bargmann, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Natural+variation+in+a+neuropeptide+Y+receptor+homolog+modifies+social+behavior+and+food+response+in+C.">Natural variation in a neuropeptide Y receptor homolog modifies social behavior and food response in C.</a> elegans. Cell. 94 (5), 679-689 (1998).</li><li>Artyukhin, A. B., Yim, J. J., Cheong, M. C., Avery, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Starvation-induced+collective+behavior+in+C.">Starvation-induced collective behavior in C.</a> elegans. Scientific Reports. 5, 10647 (2015).</li><li>Ding, S. S., Schumacher, L. J., Javer, A. E., Endres, R. G., Brown, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shared+behavioral+mechanisms+underlie+C.+elegans+aggregation+and+swarming.">Shared behavioral mechanisms underlie C. elegans aggregation and swarming.</a> eLife. 8, 1181 (2019).</li><li>Chen, Y., Ferrell, J. E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=elegans+colony+formation+as+a+condensation+phenomenon.">elegans colony formation as a condensation phenomenon.</a> Nature Communications. 12 (1), 4947 (2021).</li><li>Chiba, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Caenorhabditis+elegans+transfers+across+a+gap+under+an+electric+field+as+dispersal+behavior.">Caenorhabditis elegans transfers across a gap under an electric field as dispersal behavior.</a> Current Biology. 33 (13), 2668-2677 (2023).</li><li>Ioannou, C. C., Guttal, V., Couzin, I. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predatory+fish+select+for+coordinated+collective+motion+in+virtual+prey.">Predatory fish select for coordinated collective motion in virtual prey.</a> Science. 337 (6099), 1212-1215 (2012).</li><li>Couzin, I. D., Krause, J., Franks, N. R., Levin, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+leadership+and+decision-making+in+animal+groups+on+the+move.">Effective leadership and decision-making in animal groups on the move.</a> Nature. 433 (7025), 513-516 (2005).</li><li>Sumpter, D. J. T., Krause, J., James, R., Couzin, I. D., Ward, A. J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consensus+decision+making+by+fish.">Consensus decision making by fish.</a> Current Biology: CB. 18 (22), 1773-1777 (2008).</li><li>Sugi, T., Nishida, Y., Mori, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+behavioral+plasticity+by+systemic+temperature+signaling+in+Caenorhabditis+elegans.">Regulation of behavioral plasticity by systemic temperature signaling in Caenorhabditis elegans.</a> Nature Neuroscience. 14 (8), 984-992 (2011).</li><li>Russell, J., Vidal-Gadea, A. G., Makay, A., Lanam, C., Pierce-Shimomura, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Humidity+sensation+requires+both+mechanosensory+and+thermosensory+pathways+in+Caenorhabditis+elegans.">Humidity sensation requires both mechanosensory and thermosensory pathways in Caenorhabditis elegans.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (22), 8269-8274 (2014).</li></ol>

저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

이 연구에서는 실험실에서 예쁜꼬마선충(C. elegans)의 대규모 집단 행동을 위한 시스템을 준비하기 위한 프로토콜을 보여줍니다. DFA 기반 방법은 원래 Caenorhabditis japonica14 및 Neoaplectana carpocapsae Weiser15로 확립되었으며, 둘 다 비모델 동물입니다. 그러나 이 방법은 집단 행동을 조사하는 데 적용되지 않았습니다. 예쁜꼬마선충(C. elegans)은 ...

비과학자와 과학자 모두 새 떼와 물고기 떼와 같은 동물의 집단 행동에 매료되어 있습니다. 집단 행동은 물리학, 생물학, 수학 및 로봇 공학을 포함한 광범위한 분야에서 분석되었습니다. 특히, 활성물질 물리학은 조류 떼, 물고기 떼, 운동성 박테리아의 생물막, 활성 분자로 구성된 세포골격, 자체 추진 콜로이드 그룹과 같은 자체 추진 원소로 구성된 시스템, 즉 소산 시스템에 중점을 둔 연구 분야입니다. 활성 물질 물리학 이론은 개인의 행동이 아무리 복잡하더라도 엄청난 수의 생물의 집단 운동은 소수의 간단한 규칙에 의해 지배된다고 주장합니다. 예를 들어, 자체 추진 입자의 집단 운동에 대한 통일된 설명의 후보인 Vicsek 모델은 동물 무리에서와 같이 2D에서 편심 변동이 있는 장거리 정렬 위상을 형성하기 위해 움직이는 물체의 단거리 정렬 상호 작용이 필요하다고 예측합니다1. 활성 물질의 물리학과 관련된 하향식 실험적 접근 방식이 빠르게 발전하고 있습니다. 이전 실험에서는 대장균2에서 장거리 주문상의 형성을 확인했습니다. 최근의 다른 연구에서는 세포 3,4, 박테리아5, 운동성 콜로이드6 또는 움직이는 단백질 7,8을 사용했다. Vicsek 모델과 같은 간단한 최소 모델은 이러한 실제 현상을 성공적으로 설명했습니다. 이러한 단세포 실험 시스템과는 대조적으로, 동물의 집단 행동은 일반적으로 야생에서 관찰되는데, 아무도 10,000마리의 실제 새나 물고기를 대상으로 통제된 실험을 수행하기를 바랄 수 없기 때문입니다.
생물학자들은 물리학자들과 같은 관심사를 가지고 있습니다: 개인이 어떻게 서로 상호 작용하고 기능적으로 그룹으로서 행동하는지. 개인의 행동을 분석하기 위한 전통적인 연구 분야 중 하나는 신경 과학으로, 행동의 기저에 있는 메커니즘을 신경 및 분자 수준에서 조사했습니다. 지금까지 많은 신경과학적 상향식 접근법이 개발되었다. 물리학의 하향식 접근법과 생물학의 상향식 접근법은 초파리, 예 쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans) 및 생쥐(mouse)와 같은 모델 동물을 사용하여 촉진될 수 있다9. 그러나, 실험실에서 이들 모델 동물의 대규모 집단 행동에 대한 발견은 거의 없었다10; 실험실에서 유전적으로 다루기 쉬운 모델 동물을 대규모로 준비하는 것은 여전히 어렵습니다. 따라서 현재 생물학과 물리학의 집단행동에 대한 연구에서 일반적으로 실험실에서 연구를 수행하는 과학자들은 동물의 집단행동을 연구하는 것이 어려웠다.
이 연구에서는 선충의 집단 행동을 연구하기 위해 선충을 대규모로 배양하는 방법을 확립했습니다. 이 시스템을 통해 우리는 환경 조건을 변화시키고 돌연변이10을 사용하여 집단 행동에 대한 개인 수준의 운동이 미치는 영향을 조사할 수 있습니다. 활성 물질 물리학에서 수학적 모델의 매개변수는 실험과 시뮬레이션 모두에서 제어할 수 있으며, 이를 통해 통일된 설명을 식별하기 위해 해당 모델을 검증할 수 있습니다. 유전학은 집단 행동의 기저에 있는 신경 회로 메커니즘을 이해하는 데 사용된다11.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Escherichia coli and C. elegans strains</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E. coli OP50</td>
			<td>Caenorhabditis Genetics Center</td>
			<td>OP50</td>
			<td>Food for C. elegans. Uracil auxotroph. E. coli B.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP]</td>
			<td>author</td>
			<td>ZX899</td>
			<td>lite-1(ce314) mutant carrying the genes expressing ChR2 and RFP under the control of the mec-4 and unc-122 promoter, respectively</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 Bristrol</td>
			<td>Caenorhabditis Genetics Center</td>
			<td></td>
			<td>Wild-type C. elegans strain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>For worm cultivation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar purified, powder</td>
			<td>Nakarai tesque</td>
			<td>01162-15</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>All-trans retinal</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>R2500</td>
			<td>For optogenetics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacto pepton</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>211677</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride</td>
			<td>Wako</td>
			<td>036-00485</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cholesterol</td>
			<td>Wako</td>
			<td>034-03002</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>di-Photassium hydrogenphosphate</td>
			<td>Nakarai tesque</td>
			<td>28727-95</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dog food</td>
			<td>Nihon Pet Food</td>
			<td>VITA-ONE</td>
			<td>For preparation of dog food agar medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB broth, Lennox</td>
			<td>Nakarai tesque</td>
			<td>20066-95</td>
			<td>For culture of E. coli OP50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate anhydrous</td>
			<td>TGI</td>
			<td>M1890</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dishes (60 mm)</td>
			<td>Nunc</td>
			<td>150270</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Dihydrogenphosphate</td>
			<td>Nakarai tesque</td>
			<td>28720-65</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Nakarai tesque</td>
			<td>31320-05</td>
			<td>For preparation of NGM plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Observation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td>CT solution</td>
			<td>CS6229</td>
			<td>Windows10 Pro with Intel Xeon Gold 6238R CPU and 768 GB of RAM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CMOS Camera</td>
			<td>Hamamatsu photonics&#160;</td>
			<td>ORCA-Lightning C14120-20P</td>
			<td>For data acquisition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CMOS Camera</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>DP74</td>
			<td>For data acquisition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope with SZX-MGFP set</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>MVX10</td>
			<td>For data acquisition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>x2 Objective lens</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>MV PLAPO 2XC</td>
			<td>Working distance 20 mm and numerical aperture 0.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shutter control</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shutter</td>
			<td>OptoSigma</td>
			<td>BSH2-RIX</td>
			<td>For controlling temporal pattern of&#160; light illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shutter controller</td>
			<td>OptoSigma</td>
			<td>SSH-C2B-A</td>
			<td>For controlling temporal pattern of&#160; light illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature control</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peltier temperature controller unit</td>
			<td>VICS</td>
			<td>WLVPU-30</td>
			<td>For controlling humidity inside a Petri plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UNI-THEMO CONTROLLER</td>
			<td>Ampere</td>
			<td>UTC-100</td>
			<td>For controlling humidity inside a Petri plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCImage</td>
			<td>Hamamatsu photonics</td>
			<td></td>
			<td>For data acquisition</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the large-scale cultivation of nematodes to study their collective behaviors

동물은 새 떼, 물고기 떼, 인간 무리에서 관찰되는 것처럼 역동적인 집단 행동을 나타냅니다. 동물의 집단 행동은 생물학과 물리학 분야에서 조사되었습니다. 실험실에서 연구자들은 약 100년 동안 초파리와 제브라피시와 같은 다양한 모델 동물을 사용해 왔지만, 유전적으로 다루기 쉬운 모델 동물에 의해 조정된 대규모의 복잡한 집단 행동을 연구하는 것은 여전히 주요 과제로 남아 있습니다. 이 논문은 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)의 집단 행동에 대한 실험적 시스템을 만들기 위한 프로토콜을 제시합니다. 번식된 벌레는 페트리 판의 뚜껑에 올라가 집단 떼 행동을 보입니다. 이 시스템은 또한 습도와 빛 자극을 변경하여 벌레의 상호 작용과 행동을 제어합니다. 이 시스템을 통해 우리는 환경 조건을 변화시키고 돌연변이를 사용하여 집단 행동에 대한 개인 수준의 운동이 집단 행동에 미치는 영향을 조사함으로써 집단 행동의 기저에 있는 메커니즘을 조사할 수 있습니다. 따라서 이 시스템은 물리학과 생물학 모두에서 향후 연구에 유용합니다.

Both nonscientists and scientists are fascinated with animals&#39; collective behaviors, as in flocks of birds and schools of fish. Collective behaviors have been analyzed in a broad range of fields, including physics, biology, mathematics, and robotics. In particular, active matter physics is a growing research field that focuses on systems composed of self-propelled elements, that is, dissipative systems, such as flocks of birds, schools of fish, biofilms of motile bacteria, cytoskeletons composed of active molecules, and groups of self-propelled colloids. The theory of active matter physics maintains that however complex the behaviors of individuals are, the collective motions of enormous numbers of living things are governed by a small number of simple rules. For example, the Vicsek model, a candidate for a unified description of the collective motion of self-propelled particles, predicts that short-range alignment interaction of moving objects is required to form a long-range ordered phase with eccentric fluctuation in 2D, as in herds of animals1. Top-down experimental approaches pertaining to the physics of active matter are developing rapidly. Previous experiments confirmed the formation of a long-range ordered phase in Escherichia coli2. Other recent works&#160;employed cells3,4, bacteria5, motile colloids6, or moving proteins7,8. Simple minimal models such as the Vicsek model successfully described these real phenomena. In contrast with these unicellular experimental systems, collective behaviors by animals are usually observed in the wild, as no one could hope to perform controlled experiments with 10,000 real birds or fish.
Biologists share the same interest as physicists: how individuals interact with each other and functionally behave as a group. One of the traditional research fields for analyzing individual behavior is neuroscience, in which the mechanisms underlying behavior have been examined at the neuronal and molecular levels. Many neuroscientific bottom-up approaches have been developed thus far. Top-down approaches in physics and bottom-up approaches in biology can be facilitated using model animals such as the fruit fly, the worm Caenorhabditis elegans, and the mouse9. However, there have been few findings on the large-scale collective behavior of these model animals in the laboratory10; it is still difficult to prepare genetically tractable model animals on a large scale in the laboratory. Therefore, in current research on collective behaviors in biology and physics, it has been difficult for scientists who usually do research in the laboratory to study animals&#39; collective behaviors.
In this study, we established a method for the large-scale cultivation of nematodes to study their collective behaviors. This system allows us to change environmental conditions and examine the effect of individual-level locomotion on collective behaviors using mutants10. In active matter physics, the parameters of the mathematical model can be controlled in both experiments and simulations, which enables verification of that model for identifying unified descriptions. Genetics is used to understand the neural circuit mechanism underlying collective behavior11.

저자 스포트라이트: 예쁜꼬마선충, Caenorhabditis elegans의 집단 행동 분석

선충의 집단 행동을 연구하기 위한 대규모 재배

We are studying the mechanism underlying collective behavior from the perspective of active metaphysics and neuroscience. In the research field of collective behavior, experimental system has been established using non-living things and at the cellular level. However, it remains still challenging to design the animal-level experimental system to study the collective behavior in the laboratory.We successfully reconstructed the collective behavior with traditionally used model animal, nematode C.elegans. This system make it possible to control the parameter with mathematical model proposed for animals'collective behavior, and studies the neuromechanism underlying collective behavior using molecular genetics.

여기에서 야생형 다우어 웜은 집단 행동 관찰에 사용되었습니다. 웜을 23°C에서 약 10-14일 동안 배양하고 DFA 배지 플레이트의 뚜껑 내부 표면까지 올라갔습니다. 실험 당일에는 뚜껑만 대장균 및 DFA 배지가 없는 새로운 NGM 플레이트로 옮겼습니다. 이 페트리 플레이트의 바닥은 처음에 펠티에 시스템을 사용하여 23°C로 유지한 다음 온도를 26°C로 높였습니다. 현미경으로 동영상을 찍었습니?...

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여기에서는 개 사료 한천 배지를 사용하여 선충을 대량으로 배양하여 선충의 집단 행동을 연구하는 시스템이보고되었습니다. 이 시스템을 통해 연구자들은 많은 수의 다우어 웜을 번식시킬 수 있으며 Caenorhabditis elegans 및 기타 관련 종에 적용할 수 있습니다.

Animals exhibit dynamic collective behaviors, as observed in flocks of birds, schools of fish, and crowds of humans. The collective behaviors of animals ...

우리는 능동적 형이상학과 신경 과학의 관점에서 집단 행동의 기저에 있는 메커니즘을 연구하고 있습니다. 집단행동학 연구분야에서는 무생물을 이용한 실험체계와 세포 단위의 실험체계가 확립되어 있다. 그러나 실험실에서 집단 행동을 연구하기 위해 동물 수준의 실험 시스템을 설계하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.우리는 전통적으로 사용되던 모델 동물인 예쁜꼬마선충(nematode C.elegans)으로 집단 행동을 성공적으로 재구성했습니다. 이 시스템은 동물의 집단 행동에 대해 제안된 수학적 모델로 매개변수를 제어할 수 있도록 하고, 분자유전학을 이용하여 집단 행동의 기저에 있는 신경기전을 연구합니다.

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Biology

The Large-Scale Cultivation of Nematodes to Study Their Collective Behaviors

426 조회수.  Hiroshima University. 우리는 능동적 형이상학과 신경 과학의 관점에서 집단 행동의 기저에 있는 메커니즘을 연구하고 있습니다. 집단행동학 연구분야에서는 무생물을 이용한 실험체계와 세포 단위의 실험체계가 확립되어 있다. 그러나 실험실에서 집단 행동을 연구하기 위해 동물 수준의 실험 시스템을 설계하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.우리는 전통적으로 사용되던 모델 ...

비디오: 저자 스포트라이트: 예쁜꼬마선충, Caenorhabditis elegans의 집단 행동 분석

Animals exhibit dynamic collective behaviors, as observed in flocks of birds, schools of fish, and crowds of humans. The collective behaviors of animals have been investigated in the fields of both biology and physics. In the laboratory, researchers have used various model animals such as the fruit fly and zebrafish for approximately a century, but it has remained a major challenge to study large-scale complex collective behavior orchestrated by these genetically tractable model animals. This paper presents a protocol to create an experimental system of collective behaviors in Caenorhabditis elegans. The propagated worms climb on the lid of the Petri plate and show collective swarming behavior. The system also controls worm interactions and behaviors by changing the humidity and light stimulation. This system allows us to examine the mechanisms underlying collective behaviors by changing environmental conditions and examining the effects of individual-level locomotion on collective behaviors using mutants. Thus, the system is useful for future research in both physics and biology.

Here, a system is reported for studying the collective behaviors of nematodes by culturing them in bulk using dog food agar medium. This system allows researchers to propagate large numbers of dauer worms and can be applied to Caenorhabditis elegans and other related species.

연구

생물학

Nematode Worm Culture in Dog Food Agar Plates for Behavioral Analysis

Begin by placing four adult worms on an nematode growth medium or NGM agar plate seeded with E.coli OP50. Grow the first generation worms to starvation on the NGM plate at a temperature of 23 degrees Celsius for seven days. Next, transfer small amounts of dog food agar or DFA medium to the center of a new NGM plate seeded with E.coli OP50.For optogenetic experiments, pour 40 microliters of all-trans-retinal onto the DFA prior to worm inoculation. Next place, 0.5 milligrams of dog food on the DFA medium, about two millimeters away from the plate lid. Avoid contamination by irradiating the NGM plate with ultraviolet light for 15 minutes.Gather the starved worms from the NGM plates using sterilized water. Then inoculate the gathered worms onto the DFA medium located on the NGM. Propagate the worms at 23 degrees Celsius, enabling them to climb towards the plate lid over 10 to 14 days.Increased humidity exhibited larger compartment sizes of the worm network patterns before ultimately collapsing, leaving dormant worm clusters on the inner surface of the lid.

행동 분석을 위한 개 사료 한천 플레이트의 선충 배양

Observation of the Collective Behavior and Optogenetic Experimentation of Nematode Dauer Worms

Begin by placing a new NGM plate devoid of E.coli and DFA onto an aluminum plate On the stage of a macro zoom microscope. Use a Peltier temperature controller unit to maintain the plate bottom at 23 degrees Celsius temperature for at least five minutes. Next, replace the plate with the lid of a plate that the nematode worms have climbed up onto.Increase the temperature of the plate bottom to 26 degrees Celsius to change the interior humidity. Now, capture images of the inner surface of the plate lid at 20 frames per second using the microscope camera, keep the ZX899 worms on DFA, maintaining this condition for five minutes before illumination. Now illuminate the ZX899 worms attached to a Petri plate lid, maintained at 23 degrees Celsius.Capture the images of the inner plate surface at 20 frames per second. Increased humidity exhibited larger compartment sizes of the worm network patterns before ultimately collapsing, leaving dormant worm clusters on the inner surface of the lid.