Bu çalışmada kullanılan suşları sağladığı için Caenorhabditis Genetik Merkezi'ne teşekkür ederiz. Bu yayın, JSPS KAKENHI Bilimsel Araştırma Hibesi (B) (hibe numarası JP21H02532), JSPS KAKENHI Yenilikçi Alanlar Yardım Hibesi "Yumuşak Robot Bilimi" projesi (hibe numarası JP18H05474), JSPS KAKENHI Dönüştürücü Araştırma Alanları için Yardım Hibesi B (hibe numarası JP23H03845), Japonya Tıbbi Araştırma ve Geliştirme Ajansı'ndan PRIME (hibe numarası JP22gm6110022h9904), JST-Mirai Programı (hibe numarası JPMJMI22G3), ve JST-FOREST Programı (hibe numarası JPMJFR214R).

1. Solucanların hazırlanması
NOT: Vahşi tip N2 Bristol suşu12 ve ZX899 suşunu hazırlayın (lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP])13 sırasıyla kolektif davranışların ve optogenetik deneylerin gözlemlenmesi için. ZX899 gerginliğini karanlık koşullarda koruyun.
<ol><li>Agar ile 14 mL nematod büyüme ortamı (NGM) içeren ve E. coli OP5012 ile tohumlanmış 60 mm'lik bir plaka üzerine dört iyi beslenmiş yetişkin solucan biriktirin.</li>
	<li>F1 solucanlarını NGM plakasında 7 gün boyunca 23 °C'de açlıktan ölün. F1 solucanlarının verimi bu noktada yaklaşık 100 solucan/plakadır. Solucanların aşamaları, karışık bir dauer ve aç L1 larvası popülasyonu içerir.</li>
</ol>2. Köpek maması agar (DFA) orta boy plakalarının hazırlanması
<ol><li>2 g toz köpek maması ve 5 mL %1 agar ortamı içeren bir cam şişeyi otoklavlayın ve oda sıcaklığına soğutun (Şekil 1A). NOT: Bu deneyde farklı üreticilerin diğer köpek mamaları kullanılabilir.</li>
</ol>3. Solucanların DFA orta plakalarına aşılanması
<ol><li>E. coli OP50 ile tohumlanmış bir NGM plakasının merkezine küçük miktarlarda (yaklaşık 0.5 g) DFA ortamı aktarın (Şekil 1B). Optogenetik deneyler için, solucanların aşılanmasından önce kanal rodopsin 2'nin kofaktörü olan 40 μL 50 μM all-trans-retinal dökün.</li>
	<li>Açlıktan ölen solucanları otoklavlanmış su kullanarak dört NGM plakasından toplayın.</li>
	<li>DFA ortamına, tabağın kapağından yaklaşık 0.5 mm uzağa küçük bir köpek maması parçası (yaklaşık 2 g) yerleştirin.</li>
	<li>Kontaminasyonu önlemek için NGM plakasını temiz bir tezgah içinde 15 dakika boyunca ultraviyole ışıkla aydınlatın.</li>
	<li>Toplanan solucanları (yaklaşık 400 solucan) NGM plakaları üzerindeki DFA ortamına aşılayın. Petri plakasının içindeki nemin artmasını ve solucanları bir kapakta hapseden su damlacıkları oluşturmasını önlemek için plakayı parafilm ile kapatmayın.</li>
	<li>Solucanları 23 °C'de çoğaltın ve yaklaşık 10-14 gün boyunca plakanın kapağına kadar tırmanmalarına izin verin. NOT: Kapaklardaki solucanların sayısı 10-14 gün sonra neredeyse hiç artmadığından, solucanların muhtemelen yiyeceklerinin bittiği varsayılmıştır.</li>
</ol>4. Kolektif davranışın gözlemlenmesi
<ol><li>Deney gününde, E. coli ve köpek maması agar ortamı içermeyen yeni bir NGM plakasını, bir makro zoom mikroskobu sahnesinde bir alüminyum plaka üzerine yerleştirin (Şekil 2A). Bu yeni NGM plakasının altını bir Peltier sıcaklık kontrol ünitesi kullanarak en az 23 dakika boyunca 5 °C'de tutun (Şekil 2B). Ardından, bu yeni NGM plakasının kapağını, solucanların tırmandığı plakanın kapağıyla değiştirin. Düşük büyütmeli objektif olarak objektif lensi (x2, NA = 0.5) kullanın (Şekil 2A).</li>
	<li>Petri plakasının içindeki nemi değiştirmek için Petri plakasının tabanının sıcaklığını 23 °C'den 26 °C'ye yükseltin (Şekil 2).</li>
	<li>Kamera ile plaka kapağının iç yüzeyinin görüntülerini 20 kare s−1'de alın (Ek Video S1).</li>
	<li>Alınan görüntüleri Etiketli Görüntü Dosyası biçiminde kaydedin.</li>
</ol>5. Optogenetik deney
<ol><li>Mavi ışık vermek için bir filtre seti ile filtrelenmiş 100 W cıvalı bir lamba kullanın. Elektromanyetik bir deklanşör sistemi kullanarak aydınlatma süresini hassas bir şekilde kontrol edin (Şekil 2B).</li>
	<li>ZX899'u bu koşullar altında DFA'da mavi ışık aydınlatmasından önce 5 dakika koruyun.</li>
	<li>23 °C'de tutulan mikroskop aşamasında bir Petri plakasının kapağına takılan ZX899 solucanlarını aydınlatın.</li>
	<li>20 kare s−1'de bir kamera ile plaka kapağının iç yüzeyinin görüntülerini alın (Ek Video S2).</li>
</ol>

Nematodlarda Kolektif Davranışların Köpek Maması Agar Besiyeri Kullanılarak İncelenmesi

<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>

Yazarların beyan edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Bu çalışmada, C. elegans'ın laboratuvardaki büyük ölçekli kolektif davranışı için bir sistem hazırlamak için bir protokol gösteriyoruz. DFA tabanlı yöntem ilk olarak, her ikisi de model olmayan hayvanlar olan Caenorhabditis japonica14 ve Neoaplectana carpocapsae Weiser15 ile kurulmuştur. Ancak bu yöntem kolektif davranışların araştırılmasında uygulanmamıştır. C. elegans, genetik olarak izlenebilir bir model ha...

Hem bilim adamı olmayanlar hem de bilim adamları, kuş sürülerinde ve balık sürülerinde olduğu gibi hayvanların kolektif davranışlarından etkilenirler. Kolektif davranışlar fizik, biyoloji, matematik ve robotik dahil olmak üzere çok çeşitli alanlarda analiz edilmiştir. Özellikle, aktif madde fiziği, kendinden tahrikli elemanlardan oluşan sistemlere, yani kuş sürüleri, balık sürüleri, hareketli bakterilerin biyofilmleri, aktif moleküllerden oluşan hücre iskeletleri ve kendinden tahrikli kolloid grupları gibi enerji tüketen sistemlere odaklanan büyüyen bir araştırma alanıdır. Aktif madde fiziği teorisi, bireylerin davranışları ne kadar karmaşık olursa olsun, çok sayıda canlının kolektif hareketlerinin az sayıda basit kural tarafından yönetildiğini savunur. Örneğin, kendinden tahrikli parçacıkların kolektif hareketinin birleşik bir tanımı için bir aday olan Vicsek modeli, hayvan sürülerinde olduğu gibi, 2B'de eksantrik dalgalanma ile uzun menzilli sıralı bir faz oluşturmak için hareketli nesnelerin kısa menzilli hizalama etkileşiminin gerekli olduğunu öngörmektedir1. Aktif madde fiziği ile ilgili yukarıdan aşağıya deneysel yaklaşımlar hızla gelişmektedir. Önceki deneyler, Escherichia coli2'de uzun menzilli sıralı bir fazın oluşumunu doğruladı. Diğer son çalışmalarda hücreler 3,4, bakteriler5, hareketli kolloidler6 veya hareketli proteinler 7,8 kullanılmıştır. Vicsek modeli gibi basit minimal modeller bu gerçek fenomenleri başarıyla tanımladı. Bu tek hücreli deney sistemlerinin aksine, hiç kimse 10.000 gerçek kuş veya balıkla kontrollü deneyler yapmayı umamayacağından, hayvanların kolektif davranışları genellikle vahşi doğada gözlemlenir.
Biyologlar fizikçilerle aynı ilgiyi paylaşırlar: bireylerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdikleri ve işlevsel olarak bir grup olarak nasıl davrandıkları. Bireysel davranışı analiz etmek için kullanılan geleneksel araştırma alanlarından biri, davranışın altında yatan mekanizmaların nöronal ve moleküler düzeyde incelendiği sinirbilimdir. Şimdiye kadar birçok nörobilimsel aşağıdan yukarıya yaklaşım geliştirilmiştir. Fizikte yukarıdan aşağıya yaklaşımlar ve biyolojide aşağıdan yukarıya yaklaşımlar, meyve sineği, solucan Caenorhabditis elegans ve fare gibi model hayvanlar kullanılarak kolaylaştırılabilir9. Bununla birlikte, bu model hayvanların laboratuvardaki büyük ölçekli kolektif davranışları hakkında çok az bulgu vardır10; Genetik olarak izlenebilir model hayvanları laboratuvarda büyük ölçekte hazırlamak hala zordur. Bu nedenle, biyoloji ve fizikteki kolektif davranışlar üzerine yapılan güncel araştırmalarda, genellikle laboratuvarda araştırma yapan bilim adamlarının hayvanların kolektif davranışlarını incelemesi zor olmuştur.
Bu çalışmada, nematodların kolektif davranışlarını incelemek için büyük ölçekli yetiştiriciliği için bir yöntem oluşturduk. Bu sistem, çevresel koşulları değiştirmemize ve mutantları kullanarak bireysel düzeydeki hareketin kolektif davranışlar üzerindeki etkisini incelememizeolanak tanır 10. Aktif madde fiziğinde, matematiksel modelin parametreleri hem deneylerde hem de simülasyonlarda kontrol edilebilir, bu da birleşik açıklamaları tanımlamak için bu modelin doğrulanmasını sağlar. Genetik, kolektif davranışın altında yatan nöral devre mekanizmasını anlamak için kullanılır11.

<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

Hayvanlar, kuş sürülerinde, balık sürülerinde ve insan kalabalığında gözlemlendiği gibi dinamik kolektif davranışlar sergilerler. Hayvanların kolektif davranışları hem biyoloji hem de fizik alanlarında araştırılmıştır. Laboratuvarda, araştırmacılar yaklaşık bir yüzyıl boyunca meyve sineği ve zebra balığı gibi çeşitli model hayvanları kullandılar, ancak bu genetik olarak izlenebilir model hayvanlar tarafından düzenlenen büyük ölçekli karmaşık kolektif davranışları incelemek büyük bir zorluk olmaya devam etti. Bu makale, Caenorhabditis elegans'ta deneysel bir kolektif davranış sistemi oluşturmak için bir protokol sunmaktadır. Yayılan solucanlar Petri plakasının kapağına tırmanır ve toplu sürü davranışı gösterir. Sistem ayrıca nemi ve ışık stimülasyonunu değiştirerek solucan etkileşimlerini ve davranışlarını kontrol eder. Bu sistem, çevresel koşulları değiştirerek kolektif davranışların altında yatan mekanizmaları incelememizi ve mutantları kullanarak bireysel düzeydeki hareketin kolektif davranışlar üzerindeki etkilerini incelememizi sağlar. Bu nedenle, sistem hem fizik hem de biyolojide gelecekteki araştırmalar için yararlıdır.

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.

Yazar Spotlight: Nematodun Kolektif Davranış Analizi, Caenorhabditis elegans

Kolektif davranışlarını incelemek için nematodların büyük ölçekli ekimi

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.

Burada, kolektif davranış gözlemleri için vahşi tip dauer solucanları kullanılmıştır. Solucanlar yaklaşık 10-14 gün boyunca 23 ° C'de yetiştirildi ve bir DFA orta plakasının kapağının iç yüzeyine tırmandı. Deney gününde, sadece kapak E. coli ve DFA besiyeri olmayan yeni bir NGM plakasına aktarıldı. Bu Petri plakasının tabanı başlangıçta Peltier sistemi kullanılarak 23 °C'de tutuldu ve daha sonra sıcaklığı 26 °C'ye çıkarıldı. Mikroskop altında bir film çekildi. <st...

Watch this Scientific Journal Video about The Large-Scale Cultivation of Nematodes to Study Their Collective Behaviors at JoVE.com

Burada, nematodların toplu davranışlarını, köpek maması agar ortamı kullanılarak toplu olarak kültürlenerek incelemek için bir sistem rapor edilmiştir. Bu sistem, araştırmacıların çok sayıda dauer solucanını çoğaltmasına izin verir ve Caenorhabditis elegans ve diğer ilgili türlere uygulanabilir.

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

Kolektif davranışın altında yatan mekanizmayı aktif metafizik ve sinirbilim perspektifinden inceliyoruz. Kolektif davranış araştırma alanında, cansız varlıklar kullanılarak ve hücresel düzeyde deneysel bir sistem kurulmuştur. Bununla birlikte, laboratuvardaki kolektif davranışı incelemek için hayvan düzeyinde deney sistemini tasarlamak hala zor.Geleneksel olarak kullanılan model hayvan nematod C.elegans ile kolektif davranışı başarılı bir şekilde yeniden yapılandırdık. Bu sistem, hayvanların kolektif davranışları için önerilen matematiksel model ile parametrenin kontrol edilmesini mümkün kılmakta ve moleküler genetik kullanarak kolektif davranışın altında yatan nöromekanizmayı incelemektedir.

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

Research

JoVE Journal

Biology

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

427 Görüntüleme.  Hiroshima University. Kolektif davranışın altında yatan mekanizmayı aktif metafizik ve sinirbilim perspektifinden inceliyoruz. Kolektif davranış araştırma alanında, cansız varlıklar kullanılarak ve hücresel düzeyde deneysel bir sistem kurulmuştur. Bununla birlikte, laboratuvardaki kolektif davranışı incelemek için hayvan düzeyinde deney sistemini tasarlamak hala zor.Geleneksel olarak kullanılan model hayvan nematod C.elegans ile kolektif davranışı başarılı bir şekilde yeniden ya...

Video: Yazar Spotlight: Nematodun Kolektif Davranış Analizi, Caenorhabditis elegans

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.

Biyoloji

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.

Davranış Analizi için Köpek Maması Agar Tabaklarında Nematod Solucan Kültürü

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.