Avaliação de Desempenho nadando em Peixes

Resumo

A vida da maioria dos peixes são baseados na natação. Este protocolo descreve técnicas para a captura de uma gama de modos disponíveis de natação para os peixes individuais e escolaridade, e inclui métricas associadas com a fisiologia eo comportamento de natação.

Resumo

Testes de desempenho natação de peixes têm sido parte integrante de estudos de energética muscular, mecânica de natação, as trocas gasosas, fisiologia cardíaca, doença, poluição, hipóxia e temperatura. Este documento descreve um protocolo flexível para avaliar o desempenho dos peixes nadando com equipamentos em que a velocidade da água pode ser controlada. O protocolo envolve um a vários aumentos pisou na velocidade de fluxo que se destinam a causar peixe à fadiga. Velocidades passo e sua duração pode ser configurado para capturar as habilidades de natação de relevância fisiológica e ecológica diferente. Mais freqüentemente tamanho do passo é definido para determinar velocidade de nado crítica _(crit U), que se destina a captar a capacidade máxima de natação sustentada. Tradicionalmente este teste consistiu em cerca de dez passos cada duração de 20 min. No entanto, as medidas de duração mais curta (por exemplo, 1 min) estão cada vez mais sendo utilizados para captar a capacidade de aceleração ou o desempenho de natação estourar. Independentemente do tamanho do passo, os testes de natação pode ser repetido ao longo do tempo para avaliar a variação individual e capacidade de recuperação. Desfechos relacionados à natação, como medidas de taxa metabólica, use fin, a taxa de ventilação e de comportamento, tais como a distância entre os peixes escolaridade, muitas vezes são incluídos antes, durante e após os testes de natação. Dada a diversidade de espécies de peixes, o número de questões de investigação inexplorado, ea importância de muitas espécies para a ecologia global e saúde econômica, estudos de desempenho peixes nadando permanecerá populares e de valor inestimável para o futuro previsível.

Protocolo

1. Capturar e Aclimatação

1. Usando uma rede sem nós, recolher os peixes individuais das suas tanque. Minimizar capturar o tempo, evitar a coleta de peixes múltiplas e não mantenha os peixes por mais de alguns segundos na rede como esses fatores podem aumentar o estresse. O estresse pode afetar o desempenho da natação.
2. Coloque o peixe ou em um tanque de transferência com anestesia ou diretamente para o respirômetro túnel nadar ("túnel nadar"). Se os peixes devem ser anestesiados, seja tricaina metanosulfanato (MS222) ou óleo de cravo pode ser usado. Concentrações aceitáveis ​​dependerá de muitos fatores, incluindo a sensibilidade das espécies e temperatura, mas normalmente variam entre 10-100 mg / L para ^1,2 ou anestésico. A concentração de anestésico deve induzir a anestesia estágio 3 (ou seja, que não responde a estímulos externos) e permitir a recuperação rápida (segundos, por exemplo). Ao usar MS222 em água doce, bicarbonato de sódio deve ser usado em partes iguais (em massa) como um buffer. Sem buffer, MS222 irá reduzir significativamente o pH, eo pH baixo pode prejudicar o tecido branquial. Buffer não é necessário na água do mar, uma vez que contém capacidade tampão suficiente.
3. Peixes anestesiados pode ser sexuado, medida de massa e comprimento, e dado um exame superficial externa de sua condição. Comprimento pode ser tomado como o comprimento total (TL), comprimento de dentes (FL) ou comprimento do corpo (BL). Essas métricas diferentes são tipicamente aplicados de acordo com a prática habitual, morfologia das espécies (por exemplo, não fin bifurcada) ou condição de peixe (por exemplo, nadadeira caudal desgastada).
4. Ambos os peixes anestesiados e não anestesiados devem ser introduzidos no túnel de nadar o mais rápido possível e em água corrente, pois isso vai facilitar a recuperação. A vazão é normalmente definido como peixe que será capaz de descansar no fundo enquanto pouco de natação. Uma taxa de exemplo para salmão-vermelho adulto é de 0,3 BL / s.
5. Peixes devem ser deixados no túnel de nadar para se aclimatar. Período de aclimatação pode ser configurado para períodos tradicionais (por exemplo, 12 horas), ou para aqueles usados ​​na maioria dos estudos atuais que podem ser tão curto quanto 30 min. Para determinar um período de aclimatação ideal para um peixe dado, o tempo necessário para chegar a um estável, de preferência com baixa taxa metabólica pode ser usado (próxima seção detalhada).

2. Medir as taxas metabólicas

1. Mudanças no oxigênio dentro do túnel de natação devem ser registradas ao longo da duração do teste de natação (s). Sondas de oxigênio pode ser lacrado diretamente para dentro do túnel de natação, no entanto, ele deve primeiro ser determinado se o fluxo de água sobre a sonda afeta a função da sonda. Se a sonda é afetada pela velocidade da água que podem ocorrer durante o teste, a sonda terá de ser colocado na sua própria câmara fora do túnel e abastecidos com água do túnel por uma bomba.
2. Para repor o oxigênio e diminuir o acúmulo de resíduos, o túnel nadar provavelmente precisará ser lavada periodicamente. Saturação de oxigênio não devem ser permitidas a cair abaixo de 70% para a maioria das espécies como o desempenho de natação pode ser reduzido ou pode haver uma mudança para o metabolismo anaeróbico. Lavagem com água do túnel também pode ajudar a reduzir os aumentos na temperatura da água, no entanto, a temperatura da água deve ser mantida constante pelo acoplamento do túnel nadar até um chiller. Mudanças de temperatura afetará a taxa metabólica.
3. Rotina e máxima taxas metabólicas, abreviado "RMR" e "MMR ', normalmente são determinados (Figura 1A). Essas taxas podem ser expressos em volume (V o ₂₎ ou massa (M o ₂₎ de oxigênio por unidade de massa, por unidade de tempo, por exemplo, mg O ₂ / kg / hr. A diferença entre as duas taxas podem ser tomadas para obter o 'âmbito da actividade ". Exercício seguinte o "débito de oxigênio", referido como "o consumo de oxigênio em excesso pós-exercício (EPOC), também pode ser determinado e é igual ao oxigênio necessário durante o retorno pós-exercício para RMR.

1. Nota: muitas sondas de oxigênio e sua saída fornecerá automaticamente a temperatura corrigida mudanças no oxigênio dissolvido. Aqueles que não terão de ser corrigidos. Além disso, alguns valores terão que ser corrigida se as medições foram realizadas em condições salinas.

Medição de desempenho de natação

Uma variedade de habilidades de desempenho natação pode ser avaliado em um túnel de nadar. A forma mais comum para caracterizar o desempenho natação é pela duração para o qual ele pode ser mantido ^3. Quanto mais lenta a velocidade, mais tempo pode ser mantido e vice-versa. As velocidades são geralmente referidos como 'burst', 'prolongada' ou 'sustentável', que correspondem a duração de segundos, minutos ou horas (max = 200 min), e horas e mais além (> 200 min), respectivamente. Para determinar essas velocidades, os peixes são submetidos a definida pelo usuário 'passos', que consiste em 'altura' set, água ou seja aumentar a velocidade de fluxo, e 'duração', isto é, duração passo. Maximizar a altura dos degraus e comprimento do passo minimizando irá capturar a velocidade maior onda, ao fazer o inverso irá capturar a maior velocidade sustentada. No passotestes, a maneira tradicional de indicar a velocidade máxima atingida é igual à velocidade da última etapa totalmente concluída mais a parte temporal da etapa final, inacabada (Figura 1A).

Explosão de avaliação de desempenho de natação

1. Para capturar natação estourar ou a capacidade de sprint, após aclimatação, trazer a velocidade de fluxo para um máximo estimado (por exemplo, duas vezes por _crit U; veja abaixo), e motivar os peixes a nadar. Os peixes devem estar descansando na parte traseira da câmara como a velocidade de fluxo é aumentado rapidamente. Peixes podem precisar de ser motivado para nadar. A motivação pode ser mecânico (toque, por exemplo) ou elétrica (por exemplo, uma pequena carga aplicada a uma grade de choque na parte traseira do túnel nadar).
   
   Embora não seja especificamente um teste de habilidade rajada, o peixe também pode ser dado um "teste de aceleração constante" (CAT ou U _ΔV), constituído por várias etapas de curta duração (por exemplo, 1 min) ^4,5.
2. Registrar a duração de natação. O número de explosão individual e sua distância também podem ser registrados ^6. Velocidade pode ser dada como a máxima atingida ou calculados de acordo com a equação na Figura 1A.
   
   Avaliação de desempenho prolongado e sustentado de natação
   
   A medida mais utilizada para estimar a capacidade de natação prolongada ou sustentada é referido como 'o desempenho de natação crítica _"(crit U). Comprimento do passo para _crit U tem sido tradicionalmente definido em 20 min, apesar de tempos mais curtos, como 10 min também têm sido utilizados. A regra geral é que, pelo menos, dez passos devem ser tomados antes de fadiga, que pode resultar em testes de longa, por exemplo,> 3 horas / peixe. Para encurtar o teste U _crit, a sete etapas iniciais pode ser abreviado para 5 min (o teste é então chamado de "rampa de _crit U").

1. Após aclimatação e / ou um mergulho prática, aumentar a velocidade de fluxo de acordo com tamanho do passo.
2. Para definir a altura dos degraus apropriado para _crit U, provavelmente será necessário estimar _crit U para uma amostra do peixe a ser testado. Isto pode ser conseguido usando os valores da literatura. Alternadamente, peixe pode ser dado um "mergulho prática" após a introdução ao túnel. Para isso, dar peixe a curto, definido pelo usuário etapas, até a fadiga. Use a velocidade final alcançada como uma estimativa inicial de U _crit. Ajustar o tamanho do passo (altura e comprimento) para cada peixe.
3. Para testar a capacidade de recuperação ou determinar a variação individual de desempenho, o peixe pode ser dado um teste de natação segundo após um período de recuperação ^7-9.
4. O peixe também pode ser testado em escolas, embora os peixes tendem a fadiga em diferentes momentos durante os testes que pode ser problemático para removê-los do túnel e eliminar a capacidade de medir o consumo de oxigênio.
5. Uma vez cansado de peixes, devem ser autorizados a recuperar ou removido imediatamente para amostras de tecido.
   
   Várias métricas de desempenho relacionadas à natação podem ser coletados durante os testes ou após o uso de análise de vídeo (Figura 1 C, D).
6. Para medir a taxa de ventilação e freqüência de batimento de cauda, ​​a taxa de bombeamento e opercular número de batidas da cauda deve ser recolhida durante períodos de alguns segundos (Figura 1B) ^10,11.
7. Para medir a amplitude bater cauda, ​​a deflexão máxima da nadadeira caudal pode ser medido (Figura 1B) ^12.
8. Teste seguinte, os peixes podem ser sacrificado, dado um exame post-mortem e tecidos coletados para determinar o hematócrito (volume globular vermelha), as concentrações de hormônio do estresse, armazena energia muscular (por exemplo, fosfocreatina glicogênio), atividades de enzimas (por exemplo, lactato desidrogenase, esterase acetilcolina ) ou outros parâmetros fisiológicos.

3. Resultados representante

Figura 1. A) Um exemplo de teste _crit rampa U-dado a um salmonídeos juvenil, uma incubadora levantou truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss), 6,3 cm de comprimento do corpo (BL) e 3,5 g de massa. O teste foi realizado em uma L 12 modificado Brett tipo respirômetro (Loligo Systems, Dinamarca; www.loligosystems.com ). Rotina e máxima taxas metabólicas foram calculadas como a inclinação (mg / h) x volume (L) / peixe em massa (kg), e foram 198 e 961 mg O ₂ / kg / h, respectivamente (âmbito de atividade = 4,84). Estas taxas são de acordo com os relatados por Brett para juvenis sockeye salmão (O. nerka) ^13. Nota: para cálculos de consumo de oxigênio, o volume de água é igual ao volume respirômetro menos volume de peixes. A cruz indica o ponto onde os peixes se recusou a nadar mais e onde _crit U foi calculado. B) Os valores de freqüência de batimento da cauda foram registrados mais de 10 s seis vezes; valores de amplitude cauda bateu foram registrados três vezes; valores apresentadossão média ± SEM. C) Uma vista lateral alargada e D) vista de cima do peixe nadando dentro da câmara de nadar. D) Mostra o peixe rastreado por EthoVision software (Noldus, Países Baixos; www.noldus.com ). Abreviaturas: _crit U = velocidade de nado crítica; U _f = velocidade da última etapa totalmente concluída, U _s = velocidade de passo, t _f = tempo gasto na última etapa, o tempo t = _s passo.

Discussão

Em um ambiente natural, comportamentos como predador de fuga e migração dependem sendo capaz de nadar em intensidades específicas para diferentes ocasiões. Em um ambiente de laboratório, nadar respirômetros túnel e aumenta pisou na velocidade pode ser usada para estimar a capacidade dos peixes para executar numerosos comportamentos. Medidas da taxa metabólica e outros tecidos em nível de avaliação (como a produção de lactato) podem ser incluídos com os testes de natação para ajudar a determinar os mecanismos fisiológicos subjacentes modos diferentes de natação.

Projeto de túnel de natação pode influenciar fortemente o desempenho da natação. Existem vários tipos de túneis nadar utilizado para determinar o desempenho de natação, a maioria são caracterizados como quer Brett ¹³ - ou Blazka ^{de 14} tipos. Para qualquer projeto, considerações importantes são o "uniformidade" do fluxo de água (como é retilíneo), a velocidade do fluxo máximo eo comprimento da câmara de nadar. Uniformidade é importante porque os peixes nadam instintivamente encontrar e em áreas de baixo fluxo para minimizar o esforço. Taxa de fluxo elevado potencial pode ser necessário testar a capacidade de natação estourar ou espécies nadar rápido (atum, por exemplo). Swim comprimento da câmara pode ser muito significativa como em câmaras de pequeno comprimento, o comprimento de peixes ou seja,> 10% do comprimento da câmara, o peixe pode ser incapaz de utilizar todos os modos de natação. Especificamente, pequenos tubos podem restringir a capacidade dos peixes para a transição de um equilíbrio instável portão para nadar, isto é, à natação estourar e litoral. Portanto, o peixe pode parar de nadar em aproximadamente a mesma velocidade, independentemente do comprimento do passo e _crit U pode ser análoga a "velocidade de transição gate ^'15.

Todos os túneis nadar precisam ser calibrados usando dispositivos como sensores de fluxo ou velocimetria de partículas de imagens (PIV) do equipamento. O ideal é nadar túneis terá fluxo retilíneo, mas se os peixes são encontrados para favorecer uma área, sua velocidade de mergulho pode ser ajustado com base em diferenças locais no fluxo.

Materiais

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