Name: Author Spotlight: Collective Behavioral Analysis of the Nematode, Caenorhabditis elegans
Uploaded: 2023-08-25T14:00:00
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Agradecemos al Centro de Genética de Caenorhabditis por proporcionar las cepas utilizadas en este estudio. Esta publicación ha contado con el apoyo de JSPS KAKENHI Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (subvención número JP21H02532), JSPS KAKENHI Grant-in-Aid on the Innovative Areas "Science of Soft Robot" (subvención número JP18H05474), JSPS KAKENHI Grant-in-Aid for Transformative Research Areas B (subvención número JP23H03845), PRIME de la Agencia Japonesa de Investigación y Desarrollo Médico (subvención número JP22gm6110022h9904), JST-Mirai Program (subvención número JPMJMI22G3), y el Programa JST-FOREST (subvención número JPMJFR214R).

1. Preparación de lombrices
NOTA: Prepare la cepa12 y la cepa ZX899 de Bristol N2 de tipo salvaje (lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP])13 para la observación de comportamientos colectivos y experimentos optogenéticos, respectivamente. Mantenga la cepa ZX899 en condiciones de oscuridad.
<ol><li>Depositar cuatro gusanos adultos bien alimentados en una placa de 60 mm que contenga 14 mL de medio de creci...

Investigating Collective Behaviors in Nematodes Using Dog Food Agar Medium

<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>

En este estudio, mostramos un protocolo para preparar un sistema para el comportamiento colectivo a gran escala de C. elegans en el laboratorio. El método basado en DFA se estableció originalmente con Caenorhabditis japonica14 y Neoaplectana carpocapsae Weiser15, ambos animales no modelo. Sin embargo, este método no se aplicó para investigar comportamientos colectivos. El C. elegans es un animal modelo genéticamente tratable<sup clas...

Tanto los no científicos como los científicos están fascinados con los comportamientos colectivos de los animales, como en las bandadas de pájaros y los bancos de peces. Los comportamientos colectivos se han analizado en una amplia gama de campos, como la física, la biología, las matemáticas y la robótica. En particular, la física de la materia activa es un campo de investigación en crecimiento que se centra en sistemas compuestos por elementos autopropulsados, es decir, sistemas disipativos, como bandadas de aves, bancos de peces, biopelículas de bacterias móviles, citoesqueletos compuestos por moléculas activas y grupos de coloides autopropulsados. La teoría de la física de la materia activa sostiene que, por muy complejos que sean los comportamientos de los individuos, los movimientos colectivos de un gran número de seres vivos se rigen por un pequeño número de reglas simples. Por ejemplo, el modelo de Vicsek, candidato para una descripción unificada del movimiento colectivo de partículas autopropulsadas, predice que se requiere una interacción de alineación de corto alcance de objetos en movimiento para formar una fase ordenada de largo alcance con fluctuación excéntrica en 2D, como en las manadas de animales1. Los enfoques experimentales de arriba hacia abajo relacionados con la física de la materia activa se están desarrollando rápidamente. Experimentos previos confirmaron la formación de una fase ordenada de largo alcance en Escherichiacoli 2. Otros trabajos recientes emplearon células 3,4, bacterias5, coloides móviles6 o proteínas en movimiento 7,8. Modelos minimalistas simples, como el modelo de Vicsek, describieron con éxito estos fenómenos reales. A diferencia de estos sistemas experimentales unicelulares, los comportamientos colectivos de los animales suelen observarse en la naturaleza, ya que nadie podría esperar realizar experimentos controlados con 10.000 aves o peces reales.
Los biólogos comparten el mismo interés que los físicos: cómo los individuos interactúan entre sí y se comportan funcionalmente como grupo. Uno de los campos de investigación tradicionales para analizar el comportamiento individual es la neurociencia, en la que se han examinado los mecanismos subyacentes al comportamiento a nivel neuronal y molecular. Hasta ahora se han desarrollado muchos enfoques neurocientíficos de abajo hacia arriba. Los enfoques de arriba hacia abajo en física y los enfoques de abajo hacia arriba en biología pueden facilitarse utilizando animales modelo como la mosca de la fruta, el gusano Caenorhabditis elegans y el ratón9. Sin embargo, ha habido pocos hallazgos sobre el comportamiento colectivo a gran escala de estos animales modelo en el laboratorio10; Todavía es difícil preparar animales modelo genéticamente tratables a gran escala en el laboratorio. Por lo tanto, en la investigación actual sobre comportamientos colectivos en biología y física, ha sido difícil para los científicos que suelen investigar en el laboratorio estudiar los comportamientos colectivos de los animales.
En este estudio, establecimos un método para el cultivo a gran escala de nematodos para estudiar sus comportamientos colectivos. Este sistema nos permite cambiar las condiciones ambientales y examinar el efecto de la locomoción a nivel individual en los comportamientos colectivos utilizando mutantes10. En física de la materia activa, los parámetros del modelo matemático se pueden controlar tanto en experimentos como en simulaciones, lo que permite verificar ese modelo para identificar descripciones unificadas. La genética se utiliza para comprender el mecanismo del circuito neuronal que subyace al comportamiento colectivo11.

<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

Los animales exhiben comportamientos colectivos dinámicos, como se observa en bandadas de aves, bancos de peces y multitudes de humanos. Los comportamientos colectivos de los animales han sido investigados tanto en los campos de la biología como de la física. En el laboratorio, los investigadores han utilizado varios animales modelo, como la mosca de la fruta y el pez cebra, durante aproximadamente un siglo, pero sigue siendo un gran desafío estudiar el comportamiento colectivo complejo a gran escala orquestado por estos animales modelo genéticamente manejables. En este trabajo se presenta un protocolo para crear un sistema experimental de comportamientos colectivos en Caenorhabditis elegans. Los gusanos propagados trepan por la tapa de la placa de Petri y muestran un comportamiento de enjambre colectivo. El sistema también controla las interacciones y comportamientos de los gusanos cambiando la humedad y la estimulación de la luz. Este sistema nos permite examinar los mecanismos subyacentes a los comportamientos colectivos mediante el cambio de las condiciones ambientales y el examen de los efectos de la locomoción a nivel individual en los comportamientos colectivos utilizando mutantes. Por lo tanto, el sistema es útil para futuras investigaciones tanto en física como en biología.

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.

Author Spotlight: Collective Behavioral Analysis of the Nematode, Caenorhabditis elegans

El cultivo a gran escala de nematodos para estudiar sus comportamientos colectivos

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.

Aquí, se utilizaron gusanos dauer de tipo salvaje para observaciones colectivas del comportamiento. Los gusanos se cultivaron a 23 °C durante aproximadamente 10-14 días y subieron hasta la superficie interna de la tapa de una placa mediana DFA. En el día experimental, solo la tapa se transfirió a una nueva placa NGM sin E. coli y medio DFA. La parte inferior de esta placa de Petri se mantuvo inicialmente a 23 °C utilizando el sistema Peltier, y luego se aumentó su temperatura a 26 °C. Se tomó una pelí...

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Aquí, se reporta un sistema para estudiar los comportamientos colectivos de los nematodos mediante su cultivo a granel utilizando medio agar alimento para perros. Este sistema permite a los investigadores propagar un gran número de gusanos dauer y se puede aplicar a Caenorhabditis elegans y otras especies relacionadas.

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

Estamos estudiando el mecanismo que subyace al comportamiento colectivo desde la perspectiva de la metafísica activa y la neurociencia. En el campo de la investigación del comportamiento colectivo, se ha establecido un sistema experimental utilizando seres no vivos y a nivel celular. Sin embargo, sigue siendo un reto diseñar el sistema experimental a nivel animal para estudiar el comportamiento colectivo en el laboratorio.Reconstruimos con éxito el comportamiento colectivo con el animal modelo utilizado tradicionalmente, el nematodo C.elegans. Este sistema permite controlar el parámetro con modelo matemático propuesto para el comportamiento colectivo de los animales, y estudia el neuromecanismo subyacente al comportamiento colectivo mediante genética molecular.