Оценка влияния личности на чувствительность к магнитным полям в данио рерио

Резюме

Мы описываем поведенческих протокол, разработанный для оценки как личностей данио рерио влияние их ответ на водных течений и слабых магнитных полей. Рыбы с же личностями разделяются на их исследовательское поведение. Затем наблюдается их поведение rheotactic ориентации в плавательный туннель с низким расходом и в различных условиях магнитные.

Аннотация

Ориентироваться в окружающей их среды, животных интегрировать широкий спектр внешние сигналы, которые взаимодействуют с несколькими внутренними факторами, как личность. Здесь мы описываем поведенческих протокол, разработанный для изучения влияния данио рерио личности на ответ их ориентации на несколько внешних экологических подсказки, специально течений и магнитные поля. Этот протокол стремится понять, является ли активной или реактивной данио рерио отображать различные rheotactic порогов (то есть, скорость потока, на котором рыба начала течения) когда окружающие магнитного поля изменяет свое направление. Для выявления данио рерио с же личности, рыбы будут введены в темноте половины бака связанных с узкое отверстие ярко половину. Только активные рыбы исследовать роман, светлые среды. Реактивная рыбы не выйти из темной половины бака. Плавательный туннель с показателями низкого потока используется для определения rheotactic порог. Мы описываем двух установок для управления в туннеле, в диапазоне от напряженности магнитного поля земли магнитного поля: один, который управляет магнитного поля вдоль направления потока (одно измерение) и один, который позволяет 3 осевой контроль магнитного поля. Рыбу снимают испытывая поэтапное увеличение скорости потока в туннеле под различные магнитные поля. Данные на поведение ориентации собираются через видео отслеживание процедуры и применяется к модели логистической разрешить определение rheotactic порог. Мы доклад представителя результаты собранных от обмелению данио рерио. В частности они показывают, что только реактивной, разумно рыба Показать вариации rheotactic порога, когда магнитное поле меняется в его направлении, в то время как активную рыбу не реагировать на изменения магнитного поля. Эта методология может применяться к изучению магнитной чувствительности и rheotactic поведение многих водных видов, как отображение одиночной или обмелению плавательный стратегии.

Введение

В настоящем исследовании мы описываем поведенческих протокол на основе лаборатории, которая имеет сферу изучения роли личности рыбы на ориентацию ответ косяки рыбы для внешней ориентации подсказки, например течений и магнитные поля.

Ориентации решений животных в результате взвешивания различных сенсорной информации. Процесс принятия решений зависит от способности животного для навигации (например, способность выбрать и сохранить направление), его внутреннее состояние (например, кормления или репродуктивные потребности), его способность двигаться (например, биомеханика опорно) и несколько дополнительных внешние факторы (например, время суток, взаимодействие с сородичами)¹.

Роль внутреннего состояния или животных личности в поведение ориентации часто плохо понимают или не изучены². Дополнительные проблемы возникают в исследовании ориентации социальной водных видов, которые часто выполняют скоординированных и Поляризованные группы движение поведение³.

Вода токов играть ключевую роль в процессе ориентацию рыбы. Рыбы Ориент водных токов через unconditioned ответ называется Реотаксис⁴, который может быть положительным (то есть, вверх по течению ориентированные) или отрицательным (т.е. вниз по течению ориентированные) и используется для ряда мероприятий, начиная от нагула для минимизации энергичный расходы^5,6. Кроме того растущий объем литературы сообщает, что многие виды рыб использовать геомагнитного поля для ориентации и навигация^7,8,9.

Исследование Реотаксис и плавание производительности в рыба обычно проводится в поток камер (лотковыми), где рыбы подвергаются воздействию поэтапное увеличение скорости потока, от низкой до высокой скорости, часто до исчерпания (называется Критическая скорость)^{10, 11}. С другой стороны предыдущие исследования исследованы роль магнитного поля в ориентации через наблюдение плавательный поведения животных в аренах с негазированной воды^12,13. Здесь мы описываем лабораторная техника, которая позволяет исследователям изучить поведение рыб во время манипулирования океанских течений и магнитного поля. Этот метод был использован для в первый раз на косяки данио рерио (Danio рерио) в нашем предыдущем исследовании, приводит к выводу, что манипуляции окружающего магнитного поля определяет порог rheotactic (т.е., минимальная скорость воды в какие косяки рыбы Восток вверх по течению)¹⁴. Этот метод основан на использовании лотковыми камеры с медленным потоков, в сочетании с установки, предназначенные для управления магнитного поля в лотковая, в диапазоне от напряженности магнитного поля Земли.

Плавательный туннель используется для наблюдения за поведением данио рерио приводится на рисунке 1. Тоннель (из nonreflecting акриловый цилиндр диаметром 7 см и 15 см в длину) подключен к установки для контроля потока скорость¹⁴. С этой установкой скорости потока в туннеле варьируется между 0 и 9 см/сек.

Чтобы управлять магнитного поля в плавательный туннель, мы используем два методологических подходов: первый одномерный и второй трехмерный. Для любого приложения, эти методы манипулирования геомагнитного поля для получения конкретных магнитные условия в определенный объем воды — таким образом, все значения интенсивности магнитного поля, в этом исследовании включают геомагнитного поля.

Что касается одномерный подход¹⁵, манипулируют магнитного поля вдоль направления потока воды (определяемой как оси x) с помощью соленоида, обернутые вокруг плавательный туннель. Это подключено к блоку питания, и это порождает единообразных статические магнитные поля (рис. 2A). Аналогичным образом в случае трехмерного подхода, геомагнитного поля в томе, содержащем плавательный туннель изменяется с помощью катушек электрических проводов. Однако чтобы управлять магнитное поле в трех измерениях, катушки имеют дизайн трех ортогональных Гельмгольца пар (рис. 2B). Каждая пара Гельмгольца состоит из двух круговой катушек, ориентированный вдоль трех ортогональных космических направлениях (x, yи z) и оснащена 3 осевой магнитометр, работающих в условиях замкнутого цикла. Магнитометр работает с интенсивностью поля, сопоставимых с естественным полем Земли, и это недалеко от геометрический центр наборе катушек (где расположен плавательный туннель).

Мы реализуем методы, описанные выше, чтобы проверить гипотезу, что черты личности сочинять косяка рыб влияют на способ они реагируют на магнитные поля¹⁶. Мы проверить гипотезу, что люди с активной и реактивной личности^17,18 по-разному реагируют при воздействии магнитного поля и водных потоков. Чтобы проверить это, мы сначала отсортировать данио рерио, с использованием установленной методологии для присвоения и группы лиц, которые являются активной и реактивной^17,19,,2021. Затем мы оцениваем rheotactic поведение данио рерио, купание в стаи входят только реактивной лиц или составе только активных лиц в магнитных лотковыми танк, который мы представляем в качестве образца данных.

Метод сортировки на основе различных тенденция проактивные и реактивные лиц для изучения новых сред²¹. В частности мы используем танк разделен яркий и темная сторона^17,19,20,21 (рис. 3). Животные акклиматизировались на темную сторону. Когда доступ к яркой стороне открытой, активные люди, как правило, быстро выйти из темной половины бака для изучения новой среде, в то время как реактивный рыбы не оставляют темные танк.

протокол

Следующий протокол был одобрен институциональный уход животных и использование комитета университета Федерико II в Неаполе, Неаполь, Италия (2015).

1. животных обслуживание

1. Для размещения косяка по крайней мере 50 человек обоих полов в каждой цистерне используйте танки по крайней мере 200 л.
   Примечание: Плотность рыбы в баке должно быть одно животное на 2 Л или ниже. В этих условиях данио рерио будет отображаться нормально обмеление поведение.
2. Задать условия обслуживания как следовать: температура на 27 – 28 ° C; проводимость в < 500 МКС; pH 6,5-7,5; №₃ в < 0,25 мг/Л; и свет: темные фотопериода в 10 h:14 h.
   Примечание: Холдинг идентичные условия должны использоваться для смешанного населения и разлученных населения проактивные и реактивные.

2. личность выбора в данио рерио

1. Подготовить и место личности выбор танк в тихой комнате (рис. 3) с той же воде как в техническое обслуживание резервуаров.
2. Место видео камеры выше или на стороне бака. Подключите камеру к компьютеру с монитором расположен в районе, где нет визуального контакта с баком.
3. Выберите девять наугад рыб от бака обслуживания и передачи их на темную сторону личности выбор танка, используя безузловые сети.
   Примечание: Постарайтесь ограничить взаимодействие с танками и рыбы в наименьшее количество времени возможно. Избегайте шума и быстрыми движениями. При необходимости, перенесите животных в небольшом объеме транспортировки танк (около 2 Л) с водой из бачок. Чтобы избежать воздействия воздуха животных, использовать 250 мл стакан и аккуратно заставить животное, чтобы ввести стакан. Постарайтесь свести к минимуму время захвата, избежать сбора несколько рыб, как он может нанести физический ущерб для животных и не удержать рыбу более чем на несколько секунд в сети, как эти факторы могут увеличить стресс. Рыбы должны подаваться ad libitum до передачи экспериментального танка. Это ограничивает возможность, что различные тенденции в поисках пищи поведения будет влиять на поведение лиц во время следующих эксперимент²². Проводить репликацию эксперименты в то же время дня. Это минимизирует вариабельность в поведении экспериментальных групп, вызванных возможным циркадные ритмы²³.
4. После 1 h акклиматизации откройте откатных ворот.
   Примечание: Лица, выход из ямы, изучение яркой стороне бака в течение 10 мин, считаются Проактивная²¹.
5. После 10 минут аккуратно удалить активную лиц из бака и передавать их в бак профилактического обслуживания.
6. После 15 минут собирать рыб, которые остаются в темной коробке, которые считаются реактивной²¹и передавать их в бак реактивная обслуживания.
   Примечание: Отказаться от рыбы, которые перемещают к яркой стороне бака после 10 мин²¹. Выполните тест личности с девятью рыбы в то время, пока не собираются желаемое количество активной и реактивной рыбы, необходимых для испытаний, описанных в разделе 5. Согласованность проактивные и реактивные личности могут быть проверены регулярно используя тот же подход.

3. Настройка магнитного поля с одномерные магнитное поле манипуляции²⁷

1. Включите блок питания (рис. 2A).
2. Установите спиральный туннель в том месте, где rheotactic протокол будет выполняться (раздел 5), но он отключен от плавательный аппарат (рис. 2A). Место магнитного зонда, связанные с гаусс/тесламетром внутри туннеля и проверить, какие напряжения необходим для получения значения выбранного магнитного поля вдоль большой оси тоннеля.
   Примечание: Из-за магнитных свойств электромагнитного поля достаточно единообразен внутри туннеля; Это можно проверить, медленно перемещая зонда по горизонтали и вертикали.
3. Отключите зонда и соединиться аппарат плавательный туннель потока.
4. Начните с rheotactic протокол (раздел 5).

4. Установите вверх магнитного поля с трехмерной магнитным полем манипуляции²⁷

1. Включите процессор, КСР и катушки драйвера (рис. 2B).
2. Установите выбранный магнитного поля на каждой из трех осей (x, y и z).
3. Место туннеля в центре Гельмгольца набора пар.
4. Начните с rheotactic протокол (раздел 5).

5. тест данио рерио Реотаксис в камере потока

1. Передача одного до пяти рыб тоннель потока, используя танк 2 Л с сторонами и нижней затемняется.
2. Включите насос и установите скорость потока в туннеле 1.7 см/сек.
   Примечание: Эта вода медленно движущихся будет держать воду в туннеле кислородом и будет способствовать восстановлению животных.
3. Пусть животных акклиматизироваться в плавательный туннель для 1 h.
4. Начните запись видео поведения рыбы в туннеле.
   Примечание: Мы использовали камеру (например, действие Yi 4K) с пультом дистанционного управления (например, Bluetooth) и сохранили видео как .mpg (30 кадров/с).
5. Начать поэтапное увеличение скорости потока согласно выбранной экспериментальный протокол (1.3 cm/s в этом исследовании; Рисунок 4).
   Примечание: Для этого протокола, мы использовали низкого расхода, которые, для данио рерио, в диапазоне от 0 до 2,8 BL (длина тела) / s. Эти скорости потока в нижнем диапазоне скоростей потока, которые индуцируют непрерывной ориентированной плавание в данио рерио (3% – 15% скорости критического плавания [_{критического удара}U])²⁴. Использование низкого расхода (следующие Бретт протокол²⁵) связан с конкретные поведенческие характеристики данного вида при наличии течения воды. Данио рерио, как правило, плавают вдоль большой оси камеры, превращая часто, даже в присутствии воды поток и склонны плавать вверх и вниз по течению^24,26. Это поведение зависит от скорости поток воды, исчезают на относительно высокой скорости (> 8 BL/s)²⁶, когда животные непрерывно плавать, стоящих перед вверх по течению (полный положительных rheotactic ответ). Вертикального и поперечного перемещения крайне редки.
6. Выполните фотографии рыбы в камере морфометрические морфометрия животных (секс и общей длины [TL], длина вилки [FL] или BL).
   1. Выберите соответствующий рисунок.
   2. Откройте изображение в ImageJ.
   3. Принять к сведению пола животного (мужчины данио рерио стройные и склонны быть желтоватая, в то время как женщины более округлые и склонны иметь синий и белый красители).
   4. Нажмите кнопку анализ > Задать масштаб и установить масштаб изображения в сантиметрах, используя всей горизонтальной длина туннеля в качестве ссылки.
   5. Нажмите кнопку анализ > измерение и запись линейной длины животного.
   6. Рассчитайте вес его тела (BW).
      Примечание: BW рассчитывается от отношения секс FL-BW, ранее построенных в лаборатории или метаданных. Вся процедура позволяет избежать стресса манипуляции на животных.

6. видео отслеживания

1. Откройте видео файл Tracker 4.84 видео анализ и моделирование инструмент.
   Примечание: При необходимости, исправьте любые видео искажения, используя перспективу и радиальные искажения фильтры.
2. Нажмите на системе координат в верхнем меню и установите единицы длины в сантиметрах и единицы времени в секундах.
3. Нажмите на файл > Импорт > видео и открыть один из видео в Tracker 4.84.
4. Щелкните дальше «Координатных осей» и установите эталонной системы отслеживать положение рыбы со временем, с осью x вдоль туннеля. Установите происхождение в низкий угол вниз по течению окончание стены (на выходеводы).
5. Нажмите на трек > New > точка массы и начала отслеживания одну рыбу в то время. За последние 5 мин каждый шаг, что рыба провел на каждой скорости потока.
6. Заранее видео вручную интервалы пяти кадр (0.5 s) и Марк время и позицию животного на каждой верхних и нижних участках поворота (UDt; красные точки на рис. 5) и на каждом вниз по течению вверх по течению поворот (дут; синими точками на рис. 5).
   Примечание: Положение глаз рыбы можно используйте в качестве эталона для рыбы позиции. Отслеживайте положение животного, с использованием точки массы. Исключить из отслеживания любой период-ориентированный плавание (т.е., маневрирования время).
7. В конце каждой сессии отслеживания выберите x значения и значения из таблицы в правом нижнем углу окна программного обеспечения времени. Щелкните правой кнопкой мыши на данные и нажмите кнопку Копировать данные > полная точность.
8. Сохраните время и x значения всех позиций, переходя на файл таблицы шаблон, чтобы вычислить общее время вверх по течению (сумма всех интервалов между определяемых пользователем типов и Дуць) и общее время вниз по течению (сумма интервалов между Дуць и UDt), а также значения rheotactic индекса в процентах (РИ %) для каждого потока шаг (см. Рисунок 5).
   Примечание: Rheotactic поведение является количественно долю всего ориентированных на время рыбы проводят навстречу потоку (плавание или редко замораживания [т.е., они остаются по-прежнему в нижней части туннеля]²⁷). Эта доля определяется как ри % (Рисунок 5).
   

Результаты

Как образец данных мы представляем результаты контроля магнитного поля вдоль направления потока воды на активной и реактивной обмеление данио рерио¹⁶ с помощью программы установки, показано на рисунке 2A (см. раздел 3 протокола). Эти результ...

Обсуждение

Протокол, описанный в настоящем исследовании позволяет ученым для количественного определения сложных ориентации ответы водных видов, в результате интеграции между двух внешних сигналов (вода текущих и Геомагнитное поле) и один внутренний фактор животного, такие как личность. Общая к...

Материалы

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