Name: establishing an octopus ecosystem for biomedical and bioengineering research
Uploaded: 2021-09-22T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research at JoVE.com

Diese Arbeit wurde von NIH UF1NS115817 (G.P.) unterstützt. G.P. wird teilweise durch die NIH-Zuschüsse R01NS072171 und R01NS098231 unterstützt. Wir danken Patrick Zakrzewki und Mohammed Farhoud von Emit Imaging für die Hilfe und Unterstützung bei der Erfassung und Visualisierung der Daten auf der Xerra Imaging Platform. Die MSU hat eine Forschungsvereinbarung mit Bruker Biospin.

Alle Tierversuche wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) der Michigan State University genehmigt.
1. Einrichtung der Octopus-Tankausrüstung
<ol><li>Erhalten Sie zunächst alle nicht-biologischen Materialien für ein Aquarium, die in das Meeresumweltsystem integriert werden, wie in der Materialtabelle gezeigt. Die Größen sind in Zoll angegeben.</li>
	<li>Waschen Sie alle Teile des Schlauch-, Rohrleitungs- und Filtersystems vor der Installation mit 7...

System-Setup: Das Aquarienökosystem wurde so entwickelt, dass sowohl mechanische als auch biologische Methoden zur Filterung und Sauerstoffversorgung des Wassers eingesetzt werden. Die Filterelemente des Systems verwenden Sockenfilter, Proteinskimmer und regelmäßige Reinigung, um den Stickstoff- und Sauerstoffgehalt aufrechtzuerhalten. Noch wichtiger ist, dass wir uns auch auf marine Mikroorganismen verlassen, um die gefährlichen stickstoffhaltigen Verbindungen und andere biologische Abfälle zu v...

Neue Konzepte in der biomedizinischen Forschung und der biomedizinischen Technik werden oft durch die Identifizierung spezifischer Strategien inspiriert, die biologische Arten besitzen, um umweltbedingte und physiologische Bedingungen und Herausforderungen anzugehen. Zum Beispiel hat das Verständnis der Fluoreszenzeigenschaften in Glühwürmchen zur Entwicklung neuer Fluoreszenzsensoren geführt, die die zelluläre Aktivität in anderen Modellorganismen melden können1; Die Identifizierung von Ionenkanälen, die durch Licht in Algen aktiviert werden, hat zur Entwicklung einer zellulären und zeitspezifischen lichtbasierten Neuromodulation geführt2,3,4,5; Die Entdeckung von Proteinen in Glaswelsen, die entsprechend dem Erdmagnetfeld navigieren, hat zur Entwicklung der magnetbasierten Neuromodulation geführt6,7,8,9,10,11; Das Verständnis des Siphonreflexes in Aplysia war entscheidend für das Verständnis der zellulären Grundlage des Verhaltens12,13,14.
Die Forscher erweitern weiterhin die aktuelle biotechnische und phylogenetische Toolbox, indem sie die einzigartigen Stärken und neuen Perspektiven auf physiologische Funktionen nutzen, die nicht-konventionelle Laborspezies haben. Bundesbehörden beginnen, diese Studienlinien zu unterstützen, indem sie neuartige Arbeiten an verschiedenen Arten finanzieren.
Eine Tiergattung mit einzigartigen Anatomie- und Regenerationsfähigkeiten sowie der adaptiven Kontrolle jedes ihrer Arme, faszinierenden Biologen und Ingenieuren und einem faszinierenden Publikum aus allen Teilen der Gesellschaft ist der Octopus17. Tatsächlich wurden in den letzten Jahrzehnten viele Aspekte der Physiologie und des Verhaltens des Oktopus untersucht15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 . Jüngste Entwicklungen in den Bereichen Molekular- und Evolutionsbiologie, Robotik, Bewegungsaufzeichnung, Bildgebung, maschinelles Lernen und Elektrophysiologie beschleunigen jedoch Entdeckungen im Zusammenhang mit der Physiologie und dem Verhalten von Tintenfischen und übersetzen sie in innovative biotechnologische Strategien27,28,29,30,31,32,33,34,35 ,36,37,38,39.
Hier beschreiben wir, wie die Oktopushaltung eingerichtet und gepflegt wird, die für Wissenschaftler und Ingenieure mit unterschiedlichen Hintergründen, wissenschaftlichen Interessen und Zielen von Interesse und Relevanz ist. Nichtsdestotrotz konzentrieren sich unsere Ergebnisse auf die Anwendung von Kraken in den Neurowissenschaften und der neuroengineering Forschung. Der Oktopus hat ein hoch entwickeltes Nervensystem mit 45 Millionen Neuronen im zentralen Gehirn, 180 Millionen Neuronen in den Optischen Lappen und zusätzlichen 350 Millionen Neuronen in den acht axialen Schnüren und peripheren Ganglien; Im Vergleich dazu hat ein Hund eine ähnliche Anzahl von Neuronen und eine Katze nur die Hälfte davon40. Im Gegensatz zum Nervensystem der Wirbeltiere gibt es nur 32K efferente und 140K afferente Fasern, die die Millionen von Neuronen im Gehirn des Oktopus mit den Millionen von Neuronen in jedem der axialen Schnüre ihres Arms verbinden40,41,42. Diese relativ wenigen miteinander verbundenen Fasern deuten darauf hin, dass die meisten Details für die Ausführung der motorischen Programme in der axialen Schnur selbst ausgeführt werden, was die einzigartig verteilte neuronale Kontrolle der Kraken betont. Die Arme des Oktopus verfügen über eine außergewöhnliche feinmotorische Kontrolle, die es ihnen ermöglicht, Manipulationsfähigkeiten wie das Öffnen von Glasdeckeln zu erlernen, selbst wenn sie sich im Behälter befinden. Diese hochentwickelte Greifmotorik ist einzigartig in der Klasse der Kopffüßer (Oktopus, Tintenfisch und Tintenfisch)43.
Tatsächlich hat der Oktopus in Hunderten von Millionen Jahren der Evolution ein bemerkenswertes und ausgeklügeltes Genom und physiologisches System entwickelt43,44, das neue Entwicklungen und Fortschritte in wissenschaftlichen und technischen Bereichen inspiriert hat. Beispielsweise kann ein wasserabweisendes Klebepflaster, das auf der anatomischen Struktur der Saugnäpfe des Oktopus basiert, an nassen und trockenen Oberflächen haften bleiben45; Ein synthetisches Tarnmaterial, das von der Tarnhaut des Oktopus inspiriert ist, kann eine flache 2D-Oberfläche in eine dreidimensionale oberfläche mit Unebenheiten und Gruben verwandeln46. Miniatur-Soft- und autonome Roboter (z. B. Octobots), die in Zukunft als chirurgische Werkzeuge im Inneren des Körpers dienen könnten47; und ein Arm (z.B. OctoArm), der an einem panzerartigen Roboter48 befestigt ist, wurden ebenfalls entwickelt. Viele Arten von Kraken werden in der biomedizinischen Forschung verwendet, z. B. Octopus vulgaris, Octopus sinensis, Octopus variabilis und Octopus bimaculoides (O. bimaculoides); die O. vulgaris und O. bimaculoides sind die häufigsten34,49,50. Die jüngste Sequenzierung verschiedener Oktopus-Genome macht diese Gattung von besonderem Interesse und eröffnet neue Grenzen in der Tintenfischforschung34,43,51,52.
O. bimaculoides, das in unserem Setup verwendet wird, ist eine mittelgroße Tintenfischart, die erstmals 1949 entdeckt wurde und in flachen Gewässern vor der Nordostpazifikküste von Zentralkalifornien bis südlich der Halbinsel Baja California gefunden werden kann17. Es kann an den falschen Augenflecken auf seinem Mantel unter seinen Augen erkannt werden. Im Vergleich zu Giant Pacific Octopus (Enteroctopus dofleini) und Common Octopus (O. vulgaris) ist der California Two-Spot Octopus (O. bimaculoides) relativ klein, beginnt kleiner als ein paar Zentimeter und wächst schnell als Jungtier. Wenn sie in einem Labor aufgezogen wird, kann die größe des erwachsenen Mantels auf eine durchschnittliche Größe von 100 cm anwachsen und bis zu 800 g wiegen53,54. Kraken haben eine schnelle Wachstumsphase innerhalb ihrer ersten 200 Tage; Bis dahin gelten sie als Erwachsene und wachsen für den Rest ihres Lebens weiter55,56,57. Kraken können kannibalistisch sein, besonders wenn beide Geschlechter zusammen in einem Tank untergebracht sind; Daher müssen sie einzeln in separaten Tanks untergebracht werden58.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>1-3/4 in. Drill Bit</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>204074205</td>
			<td>Glass cutting tool 
			Part number:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; flow sensors</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Pipe with sensor to measure water flow 
			Part number:2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; Slip Bulkhead Strainer</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>207113</td>
			<td>Strainer for water leaving tank 
			Part number:3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 gallon tank</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Fiddler crab holding tank 
			Part number:4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 inch X 12 inch 200 Micron Nylon Monofiliment Mesh Filter Sock w/ Plastic Ring</td>
			<td>AQUAMAXX</td>
			<td>UJ41171</td>
			<td>Filter for large organic matter in sump 
			Part number:5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40 gallon aquarium</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>4 Food aquarium tanks 
			Part number:6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60g poly tanks - rectangle</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>2 Water Storage (salt and freshwater) 
			Part number:7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Active Aqua 1/10th HP Hydroponic or Aquarium Chiller 2018 Model</td>
			<td>WayWe</td>
			<td>719574198463</td>
			<td>For cooling water continuously 
			Part number:8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ALAZCO 2 Soft-Grip Handle Heavy-Duty Tile Grout Brush</td>
			<td>ALAZCO</td>
			<td>B06W2FT5V5</td>
			<td>Tank Cleaning 
			Part number:9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonia Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>33D</td>
			<td>For water testing 
			Part number:10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Apex system WiFi</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>System connection for off site monitoring 
			Part number:11</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>API Aquarium Test Kit</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B001EUE808</td>
			<td>For water testing 
			Part number:12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>API Copper Test Kit</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B0006JDWH8</td>
			<td>For water testing 
			Part number:13</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aqua Ultraviolet Classic UV 25 Watt Series Units</td>
			<td>Aqua Ultraviolet</td>
			<td>A00028</td>
			<td>For removing bacteria leaving sump system 
			Part number:14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AquaClear 50 Foam Filter Inserts, 3 pack</td>
			<td>Aquaclear</td>
			<td>A1394</td>
			<td>Food Tank Carbon Filter Inserts 
			Part number:15</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aqueon QuietFlow LED PRO Aquarium Power Filter 30</td>
			<td>Aqueon</td>
			<td>100106082</td>
			<td>Food tank filtering units 
			Part number:16</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto Top Off Kit (ATK) (Each includes 1 FMM module, 2 optical sensors and 1 float)</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>For freshwater tank 
			Part number:17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automatic top off from RODI (LLC)</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>From water storage to octopus tanks 
			Part number:18</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banded Trochus Snail</td>
			<td>LiveAquaria</td>
			<td>CN-112080</td>
			<td>For algae bin 
			Part number:19</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chaetomorpha Algae, Aquacultured</td>
			<td>LiveAquaria</td>
			<td>BVJ-76354</td>
			<td>For algae bin 
			Part number:20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clams - Live, Hard Shell, Cherrystone, Wild, USA Dozen</td>
			<td>Fulton Fish Market</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Live food 
			Part number:21</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Classic Sea Salt Mix - Tropic Marin</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>211813</td>
			<td>Salt for tank water 
			Part number:22</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear Masterkleer Soft PVC Plastic Tubing, for Air and Water, 3/4&#34; ID,&#160;1&#34; OD</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>5233K71</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:23</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Continuum Aquablade-P Acrylic Safe Algae Scraper W/ Plastic Blade - 15 Inch</td>
			<td>Marine Depot</td>
			<td>4C31001</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:24</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>65L</td>
			<td>For water testing 
			Part number:25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curve Refugium CREE LED Aquarium Light</td>
			<td>Eshopps</td>
			<td>6500K</td>
			<td>Algae bin light 
			Part number:26</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eheim 1262 return pumps</td>
			<td>EHEIM</td>
			<td>1250219</td>
			<td>Pump for storage tanks 
			Part number:27</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eshopps R-100 Refugium Sump GEN 3</td>
			<td>Eshopps</td>
			<td>15000</td>
			<td>Sump system 
			Part number:28</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Alcohol, 200 Proof</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td>Anesthesia 
			Part number:29</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extech DO600 ExStik II Dissolved Oxygen Meter</td>
			<td>Extech</td>
			<td>DO600</td>
			<td>Oxygen measurment 
			Part number:30</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiddler Crabs; live; dozen</td>
			<td>NORTHEAST BRINE SHRIMP</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Live food 
			Part number:31</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Cartrages</td>
			<td>Aqueon</td>
			<td>100106087</td>
			<td>Food tank filters 
			Part number:32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Florida Crushed Coral Dry Sand - CaribSea</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>212959</td>
			<td>Sedimate for bottom of tank 
			Part number:33</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FMM module</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Controller for apex system 
			Part number:34</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fritz-Zyme TurboStart 900 - Fritz</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>213036</td>
			<td>Bacteria start 
			Part number:35</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand Operated Drum Pump, Siphon, Basic Pump with Spout, For Container Type Bucket, Pail</td>
			<td>Granger</td>
			<td>38Y789</td>
			<td>Water Hand Pump 
			Part number:36</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High pH Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>27</td>
			<td>For water testing 
			Part number:37</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imagitarium Fine Mesh Net for Shrimp</td>
			<td>Petco</td>
			<td>2580993</td>
			<td>Shrimp and fish transfer net 
			Part number:38</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leak Detection Kit (LDK) - Includes FMM module plus 2 ALD sensors</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Placed on floor to detect water 
			Part number:39</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lee`S Algae Scrubber Pad Jumbo - Glass</td>
			<td>Marine Depot</td>
			<td>LE12007</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:40</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Live rocks</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Habitat for octopus 
			Part number:41</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Long Bottle Cleaning Brush 17&#34; Extra Long</td>
			<td>Haomaomao</td>
			<td>B07FS7J7PN</td>
			<td>Tank Cleaning 
			Part number:42</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M1028-100ML</td>
			<td>Euthanasia 
			Part number:43</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic Probe Rack</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>For holding apex sensor probes 
			Part number:44</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marine Ghost Shrimp</td>
			<td>NORTHEAST BRINE SHRIMP</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Live food 
			Part number:45</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marineland C-Series Canister Carbon Bags Filter Media, 2 count</td>
			<td>Chewy</td>
			<td>98331</td>
			<td>For elevated copper levels 
			Part number:46</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitra-Zorb Bag</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>AP2213</td>
			<td>Absorbes nirtogen compounds 
			Part number:47</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrate Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>LR1800</td>
			<td>For water testing 
			Part number:48</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrite Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>26</td>
			<td>For water testing 
			Part number:49</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pawfly 2 Inch Air Stones Cylinder 6 PCS Bubble Diffuser Airstones for Aquarium Fish Tank Pump Blue</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B076S56XWX</td>
			<td>Aierating water 
			Part number:50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penn Plax Airline Tubing for Aquariums &#8211;Clear and Flexible Resists Kinking, 8 Feet Standard</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B0002563MM</td>
			<td>Tubing for connecting air pump to air stone 
			Part number:51</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plumbing with unions/valves plus 3/4&#34; flex hose</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Water transport 
			Part number:52</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PM1 module</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Power control module for apex 
			Part number:53</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protein skimmer</td>
			<td>Reef Octopus</td>
			<td>AC20284</td>
			<td>Removes biowaste from system 
			Part number:54</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC Apex Mounting board, grommets, wire mounts</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Helps ensure organization for wires and tubing within system 
			Part number:55</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC Regular Cement and 4-Ounce NSF Purple Primer</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Oatey - 30246</td>
			<td>For connecting PVC pipes 
			Part number:56</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RODI unit</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>RO Water 
			Part number:57</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salinity Probes</td>
			<td>HANNA probes</td>
			<td>HI98319</td>
			<td>Measures salinity of water 
			Part number:58</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seachem Pristine Aquarium Treatment</td>
			<td>Sea Chem</td>
			<td>1438</td>
			<td>Provides bacteria that break down excess food, waste and detritus 
			Part number:59</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seachem Stability Fish Tank Stabilizer</td>
			<td>Sea Chem</td>
			<td>116012607</td>
			<td>Seachem Stability will rapidly and safely establish the aquarium biofilter in freshwater and marine systems 
			Part number:60</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Set of lexan tops</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Aquarium tank lids 
			Part number:61</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Set of Various extended length aquabus cables</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Cables for Apex system 
			Part number:62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SLSON Aquarium Algae Scraper Double Sided Sponge Brush Cleaner Long Handle Fish Tank Scrubber for Glass Aquariums</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B07DC2TZCJ</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:63</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, 45 Degree Elbow Adapter, 3/4 Socket Female x 3/4 Socket Male</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K189</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:64</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, 90 Degree&#160;Elbow&#160;Adapter,&#160;1 Socket Female x 1 Socket Male</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K773</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:65</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, Adapter,&#160;1&#160;Socket-Connect&#160;Female x 1 Barbed Male</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K415</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:66</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, Straight&#160;Reducer,&#160;2 Socket Female x&#160;3/4&#160;Socket Female</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K008</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:67</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, Tee Connector,&#160;White,&#160;1 Size&#160;Socket-Connect&#160;Female</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K43</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:68</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 1 Pipe Size, 10 Feet Long</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>48925K13</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:69</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 3/4 Pipe Size, 5 Feet Long</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>48925K92</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:70</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Structural FRP Fiberglass Sheet, 48&#34; Wide x 96&#34; Long, 1/4&#34; Thick</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>8537K15</td>
			<td>Table top material 
			Part number:71</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Structural FRP Fiberglass Square Tube, 10 Feet Long, 2&#34; Wide x 2&#34; High Outside, 1/8&#34; Wall Thickness</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>8548K33</td>
			<td>Structural table materal 
			Part number:72</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tank Sediment</td>
			<td>TopDawg Pet Supply</td>
			<td>8479001207</td>
			<td>Sediment for bottom of fiddler crab tank 
			Part number:73</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature probe</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Temperature probe for tanks 
			Part number:74</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetra TetraMarine Large Saltwater Flakes for all Marine Fish</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B00025K0US</td>
			<td>Fish, shrimp, and crab food 
			Part number:75</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetra Whisper Aquarium Air Pump for 10 gallon Aquariums</td>
			<td>Petco</td>
			<td>2335234</td>
			<td>Air pump for smaller tanks 
			Part number:76</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thick-Wall Through-Wall Pipe Fitting, for Water, PVC Connector, 1 Socket-Connect Female</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>36895K843</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:77</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vectra s2 pump</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>212141</td>
			<td>Aquarium Pump 
			Part number:78</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water Pump</td>
			<td>TACKLIFE</td>
			<td>GHWP1A</td>
			<td>Pump for cleaning tanks 
			Part number:79</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wyze Cam v2 1080p HD Indoor WiFi Smart Home Camera with Night Vision</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B076H3SRXG</td>
			<td>DeepLabCut Recording 
			Part number:80</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

establishing an octopus ecosystem for biomedical and bioengineering research

Viele Entwicklungen in der biomedizinischen Forschung wurden durch die Entdeckung anatomischer und zellulärer Mechanismen inspiriert, die bestimmte Funktionen bei verschiedenen Arten unterstützen. Der Oktopus ist eines dieser außergewöhnlichen Tiere, das Wissenschaftlern neue Einblicke in die Bereiche Neurowissenschaften, Robotik, regenerative Medizin und Prothetik gegeben hat. Die Forschung mit dieser Kopffüßerart erfordert die Einrichtung komplexer Einrichtungen und eine intensive Pflege sowohl für den Oktopus als auch für sein Ökosystem, die für den Erfolg des Projekts entscheidend ist. Dieses System erfordert mehrere mechanische und biologische Filtersysteme, um dem Tier eine sichere und saubere Umgebung zu bieten. Zusammen mit dem Steuerungssystem sind spezielle routinemäßige Wartungs- und Reinigungsarbeiten erforderlich, um die Anlage langfristig effektiv in Betrieb zu halten. Es wird empfohlen, diesen intelligenten Tieren eine bereicherte Umgebung zu bieten, indem die Landschaft des Tanks verändert, eine Vielzahl von Beutetieren einbezogen und herausfordernde Aufgaben für sie eingeführt werden. Unsere Ergebnisse umfassen MRT und eine Ganzkörper-Autofluoreszenz-Bildgebung sowie Verhaltensstudien, um ihr Nervensystem besser zu verstehen. Kraken besitzen eine einzigartige Physiologie, die viele Bereiche der biomedizinischen Forschung beeinflussen kann. Ihnen ein nachhaltiges Ökosystem zur Verfügung zu stellen, ist der erste entscheidende Schritt, um ihre unterschiedlichen Fähigkeiten aufzudecken.

Alle Tiere in unseren Studien wurden aus der Wildnis gewonnen, und daher konnte ihr genaues Alter nicht bestimmt werden und ihr Aufenthalt im Labor war variabel. Der Oktopuszustand wurde täglich beobachtet. Wir haben keine Parasiten, Bakterien, Hautschäden oder abnormales Verhalten gesehen. Das Durchschnittsgewicht der Tiere betrug 170,38 +/- 77,25 g. Jedes Tier bewohnte seinen eigenen 40-Gallonen-Tank. Die mittlere ± Standardabweichung für die Parameter, die für einen Tank über eine Woche aufgezeichnet wurden, war...

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Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research

Das Verständnis der einzigartigen physiologischen und anatomischen Strukturen von Kraken kann die biomedizinische Forschung stark beeinflussen. Dieser Leitfaden zeigt, wie eine Meeresumwelt eingerichtet und erhalten werden kann, um diese Art unterzubringen, und enthält modernste Bildgebungs- und Analyseansätze, um die Anatomie und Funktion des Nervensystems des Oktopus zu visualisieren.

Etablierung eines Octopus-Ökosystems für die biomedizinische und biotechnologische Forschung

Many developments in biomedical research have been inspired by discovering anatomical and cellular mechanisms that support specific functions in different ...

Unser Protokoll ist wichtig, weil es Die Forscher bei der Aufrechterhaltung einer Oktopus-Umgebung anleitet und erklärt, wie man das Aquarium einrichtet und sich täglich um Oktopusse kümmert. Diese Technik führt neue Forscher ohne Erfahrung in der Oktopuspflege dazu, eine Aquarienumgebung für Oktopusse in einem Labor einzurichten und gesunde Kraken für die Forschung zu erhalten. Für neue Forscher mit Kraken ist es wichtig zu erkennen, dass diese Tiere ein starkes Engagement erfordern.Sie benötigen tägliche Pflege und die Wasserqualität muss kontinuierlich in einem stabilen Zustand überwacht werden, bevor die Tiere überhaupt ankommen. Eine Woche, nachdem die Oktopustanks gereift sind, richten Sie einen separaten Garnelentank ein, indem Sie acht Gallonen gereiftes Salzwasser in den Tank geben und dann 15 Kilogramm zerkleinerte Korallen auf den Boden des Tanks geben. Fügen Sie auch ein paar lebende Felsen hinzu, um Verstecke für die Häutung zu schaffen.Als nächstes befestigen Sie einen Kanisterfilter am Rand des Tanks und richten Sie ihn gemäß den Anweisungen des Herstellers ein. Fügen Sie eine Luftpumpe neben dem Tank hinzu, der mit einem Rohr verbunden ist, in dem ein angebrachter Luftstein in den Tank eingelegt ist. Sobald sich das zerkleinerte Korallensediment aufgelöst hat, können die Garnelen in den Tank gegeben werden, Um die Garnelen bei der Ankunft hinzuzufügen, bewegen Sie die Garnelen zuerst für fünf Minuten aus dem Versandwasser in den kleinen intermedialen Salzwassertank, um Bioabfälle zu entfernen, dann können die Garnelen direkt in den Tank gegeben werden.Moskitofische können bei der Ankunft direkt in das Garnelenbecken gegeben werden. Füttern Sie die Garnelen und Fische mit Fischflocken, toter Vegetation oder Algen. Reinigen Sie jede Woche den Filter, wechseln Sie die Filterpads und wechseln Sie 25% des Wassers.Überprüfen Sie mithilfe von Wassertestkits täglich stickstoff-, pH- und Temperaturparameter in den Lebensmitteltanks. Wenn die Wasserstickstoffparameter hoch bleiben, wechseln Sie das Wasser häufiger und fügen Sie einen stickstoffabsorbierenden Beutel hinzu. Wenn die Probleme länger als einen Monat anhalten, bringen Sie die Garnelen in einen größeren Tank.Für den Krabbentank stapeln Sie 10 Kilogramm Kieselsteine auf der einen Seite, um trockenes Land zu schaffen, und füllen Sie die andere Seite mit einer Gallone Salzwasser. Fügen Sie dann Fiddler-Krabben direkt in den Tank hinzu. Krabben verbringen den größten Teil ihres Lebens an Land, können aber einige Tage am Stück unter Wasser sein, was einen Teilweise-Unterwassertank für ihr langfristiges Überleben entscheidend macht.Füttern Sie die Fiddler-Krabben einmal täglich, indem Sie Fischflocken in die Schüssel auf der Fläche des Tanks geben. Reinigen Sie die Tanks wöchentlich, indem Sie zuerst die Krabben entfernen und dann 100% des Salzwassers wechseln und die Kieselsteine reinigen. Legen Sie Meeresmuscheln wie Muscheln und Muscheln in den Oktopus-Salzwassertank.Diese Weichtiere öffnen sich und bieten einen weiteren Wasserfiltermechanismus. Bevor Sie den Oktopus in den Tank einführen, stellen Sie sicher, dass die Ammoniak-, Nitrit- und Nitratwerte unter 5, 25 bzw. 10 Teilen pro Million liegen. Halten Sie eine Wasserhandpumpe bereit, um Oktopus-Tinte aus dem Tank zu entfernen.Für dieses Verfahren sind zwei Personen erforderlich. Legen Sie bei der Ankunft die Tasche auf die Waage und notieren Sie das Gewicht der Tasche mit dem Oktopus. Fügen Sie dem Beutel einen Luftstein hinzu, um die Sauerstoffversorgung des Wassers zu erhöhen, während Sie das Tier in seinen Tank geben.Messen Sie die Temperatur und den Salzgehalt des Versandwassers und erfassen Sie Fälle von längerer Krankheit nach dem Versand. Ohne Wasser aus dem Beutel in den Tank zu leiten, hängen Sie den Transportbeutel über die Ecke des Tanks, wobei der Beutel teilweise in das Tankwasser getaucht ist, um die Temperatur des Transportbeutels zu ändern. Entfernen Sie 10% des Wassers aus dem Beutel und kippen Sie es in die Spüle, dann fügen Sie die gleiche Menge Wasser aus dem Tank in den Beutel hinzu.Wiederholen Sie dies alle 10 Minuten, bis die Wassertemperatur im Beutel nicht mehr als ein Grad von der Wassertemperatur im Tank abweicht. Tragen Sie dann Handschuhe und legen Sie beide Hände unter den Oktopus, um während des Transfers Unterstützung zu bieten. Die zweite Person muss die abgesaugten Arme vorsichtig von der Seite der Tasche ziehen.Sobald der Oktopus aus der Tasche ist, bewegen Sie ihn schnell in das Wasser seines neuen Lebensraums und übertragen Sie so wenig Wasser wie möglich aus dem Versandsack. Verwenden Sie die Handpumpe, um die Tinte zu entfernen, die der Oktopus im Tank freisetzt. Wiegen Sie nun den Beutel mit Wasser, um das ungefähre Gewicht des Tieres zu erhalten.Überwachen Sie in den ersten zwei Wochen nach der Ankunft den täglichen Verzehr des Oktopus, der etwa 4 bis 8% seines Gewichts betragen sollte. Der Oktopus sollte viermal täglich überprüft werden. Dies kann nach zwei Wochen auf zweimal täglich gesenkt werden.Wiegen Sie das Tier alle zwei Wochen und passen Sie den Futterverbrauch nach Bedarf an. Verwenden Sie ein handelsübliches Salzwasser-Testkit für pH-, Ammoniak-, Nitrit- und Nitratwerte. Fügen Sie die kit-gerichtete Menge Tankwasser zu den vier mit dem Kit gelieferten Reagenzgläsern hinzu.Wie auf dem Testkit angegeben, fügen Sie die Menge des kalorimetrischen Reaktanten in das entsprechende Röhrchen hinzu. Wenn die Ammoniak-, Nitrit- und Nitratwerte über 5, 25 bzw. 10 Teilen pro Million liegen, waschen Sie die Biomasse aus dem Sockenfilter oder wechseln Sie zu einem neuen Sockenfilter. Reinigen Sie zusätzlich Biomasse von der Oberseite des Skimmers mit einer Bürste und fügen Sie dem Tank zusätzliche denitrifizierende Bakterien hinzu.Wenn die Probleme weiterhin bestehen, ersetzen Sie 25% des Wassers durch frisches Salzwasser. Entfernen Sie mit einer Handpumpe alle toten Krabben- und Garnelenkadaver aus dem Tank sowie alle Oktopusfäkalien. Entfernen Sie alle verbleibenden lebenden Krabben aus dem Tank und bringen Sie sie zurück in den Lagertank.Als nächstes ordnen Sie große Objekte im Tank neu an. Führen Sie dann die Hälfte der Anzahl der Krabben, die der Oktopus täglich essen würde, in den Tank ein. Füttern Sie aufgetaute Garnelen oder kleine männliche Fiedlerkrabben an junge Kraken.Je nach Experiment können Krabben und Garnelen überall im Tank oder direkt in den Oktopus eingeführt werden. Bieten Sie täglich fünf Geistergarnelen an. Um dem Oktopus eine Vielzahl von Nahrung zu geben, geben Sie einmal pro Woche eine lebende Muschel oder Muschel und halten Sie immer drei Mückenfische im Tank.Schalten Sie für die wöchentliche Hygiene die Lichter des Skimmers, der Pumpe und des Algenbehälters aus, bevor Sie das Pumpensystem reinigen, und schalten Sie dann das automatische Ventil des Systems aus, bevor Sie Wasser entfernen. Schließlich entfernen Sie den Skimmer und das gesamte Wasser nur aus dem Sumpfsystem. Schrubben Sie den Algenbehälter leicht, um den größten Teil der Biomasse von den Wänden zu entfernen, und reinigen Sie den Rest des Sumpfbereichs mit einer Bürste, entfernen Sie dann den Sockenfilter, reinigen Sie ihn mit Essig und lassen Sie ihn trocknen.Drehen Sie jede Woche mit einem anderen Sockenfilter und ersetzen Sie ihn alle drei Monate durch neue. Nachdem Sie die Biomasse von der Oberseite des Skimmers entfernt haben, setzen Sie den Skimmer wieder in das System ein und beginnen Sie mit dem Nachfüllen mit Salzwasser. Wenn sich der Pumpenbereich zu füllen beginnt, schalten Sie alle Systeme wieder ein.Hören Sie auf, Wasser hinzuzufügen, wenn sich die automatische Oberseite des Schwimmerventils in der Aus-Position befindet. Das Abschrauben von Reagenzgläsern ist ein wertvoller Test, um die sensomotorische Funktion zu verstehen und die Gedächtnisfähigkeiten von Oktopussen zu erlernen. Dieser Test wurde täglich an drei Oktopussen durchgeführt, und die Oktopusse brauchten durchschnittlich vier Tage, um zu lernen, wie man das Reagenzglas öffnet.Hier sind ultrahochauflösende MRT-Bilder des Gehirns und der Arme des Oktopus zu sehen, die zusammen ein Nervensystem bilden, das über 500 Millionen Neuronen enthält. Dies ist eine koronale Ansicht des Kopfes, die das Gehirn und die Sehlappen zeigt. In der koronalen Ansicht der Arme ist die axiale Schnur in jedem der sieben Arme sichtbar, und eine sagittale Ansicht der Saugnäpfe zeigt eine komplexe periphere Nervenstruktur.Die Kryofluoreszenztomographie, die ein dreidimensionales morphologisches Bild des gesamten Tieres erzeugt, ermöglichte die Visualisierung des Gehirns und der entlang des Arms positionierten Saugnäpfe bei einer Wellenlänge von 470 Nanometern. Das Verdauungssystem wird in den Wellenlängen von 555 und 640 Nanometern visualisiert. Nachdem diese Technik entwickelt wurde, war es möglich, maschinelle Lernwerkzeuge zum Verfolgen und Klassifizieren der Oktopusbewegungen zu verwenden.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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Forschung

Biotechnik

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