Summary

使用封闭的 Y 迷宫来评估爬行动物中的化学感官行为

Published: April 07, 2021
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Summary

Y-mazes使研究人员能够确定驱动动物行为的特定刺激的相关性,特别是来自各种来源的孤立化学线索。仔细的设计和规划可以产生可靠的数据(例如,歧视、探索程度、许多行为)。这种实验仪器可以为人们提供对行为和生态问题的有力洞察。

Abstract

爬行动物利用各种环境线索来告知和驱动动物行为,如食物或特定物种产生的化学气味痕迹。解密脊椎动物,特别是入侵物种的气味跟踪行为,能够发现诱导探索行为的线索,并有助于开发有价值的基础和应用生物工具。然而,精确定位主要由化学线索驱动的行为与其他相互竞争的环境线索可能具有挑战性。Y迷宫是动物行为研究中常用的工具,允许在一系列分类中量化脊椎动物的化疗行为。通过减少外部刺激,Y-maze 可以消除混淆因素,并让焦点动物选择二元。在我们的Y-maze研究中,香味动物被限制在迷宫的一只手臂上留下气味痕迹,一旦达到气味放置参数,就会被移除。然后,根据试验类型,要么允许焦点动物进入迷宫,要么创建相互竞争的气味轨迹。结果记录了焦点动物的选择和行为,同时区分了所呈现的化学线索。在这里,两个Y-maze仪器量身定做不同的入侵爬行动物物种:阿根廷黑白特古蜥蜴(救世主梅里亚纳)和缅甸巨蛇(Python bivittatus),概述了这些Y-maze的操作和清洁。此外,还总结了所生成的数据种类、实验缺陷和解决方案以及建议的数据分析框架。

Introduction

Y迷宫是研究动物行为的常见、简单的工具,可以解决各种问题。除了在实验室研究中广泛使用外,Y-mazes 在功能上还与各种野外环境兼容,以便在相对偏远的环境中研究野生动物。研究人员在各种不同领域的应用(如灯笼1:青鱼2:毒蛙3:懒蜥蜴4:吊带蛇5)中,研究了使用Y-maze的野生脊椎动物的行为。

许多研究人员专注于化学线索如何以及在多大程度上驱动动物在生殖、空间和觅食生态学中的行为各种化学刺激可以在Y-mazes和精细尺度上进行测试,例如两个在浓度7上只有轻微差异的化学痕迹,或根据目标物种8的生殖状态进行检测能力。化学轨迹——Y-maze测试中使用的主要刺激物——可以由特定的特异性自然产生,也可以由研究人员使用定义的化学源1,5专门放置在环境中。刺激也可以在独特的组合中测试,以确定线索的多式联运影响,如改变线索呈现的上下文(空气与基板轨迹9:视觉加化学线索10)。虽然在爬行动物中评估化学感官反应的方法有很多其他方法(见讨论部分),但Y-mazes允许对搜索行为进行评估,并以多个时间和空间尺度进行评估,这可能导致行为推断的程度更高。

爬行动物在生殖和觅食生态学中对化学线索的依赖已经得到广泛的测试,研究人员经常在这些研究中使用Y-mazes。爬行动物的化学生态学继续被利用Y-mazes来解决各种对野生动物管理者有价值的进化和行为问题的研究所破译。例如,最近对入侵蛇和蜥蜴物种的测试表明,单单化学线索就可能影响Y-maze13、14、15等新环境中的选择和时间分配。

大型Y迷宫用于中等大小的焦动物(例如大型爬行动物)通常仅限于实验室设置,长期可方便地安置重点动物,可以控制实验因素(如气候、光线、外部刺激),获得基础设施(如电力、自来水)是无限的。然而,由于各种原因(如后勤、许可),对野生动物的研究往往仅限于特定地点。因此,必须通过创造性的解决问题和方法调整来应对挑战,以保持一致和可比的结果。

在这里,描述了使用Y迷宫和远程监测工具来评估入侵鳞状爬行动物的生殖化学生态学的两个实验设置(即, 蛇和蜥蜴)在不同的领域场景:野生捕获,圈养阿根廷黑白特古蜥蜴(救世主梅里亚纳)在盖恩斯维尔,佛罗里达州,野生捕获缅甸巨蛇(Python双鱼)在大沼泽地国家公园,佛罗里达州。Y-maze装置的名字所暗示,它创造了一个实验环境,使动物进入主通道(Y的基座:”基地”),然后导致两个发散的通道(Y的手臂:”武器”)。在这些实验中,两种类型的动物用于单一试验:散发气味的动物(在迷宫的禁区提供刺激气味)和焦点动物(在探索气味踪迹时收集有关该动物的数据)。

作为化学研究的实验仪器,任何Y-maze的构造方式必须允许轻松地将动物移走,并可以拆解以进行彻底清洁和重置。还讨论了这些不同的测试环境固有的约束(例如,夜间动物与夜间动物、基础设施差异),这些限制促使方法调整。虽然重点是特古蜥蜴和缅甸巨蛇,但这些设计可以应用于广泛的爬行动物物种。在这项关于入侵爬行动物的研究中,Y-mazes 有利于受孕的速度和规模,因为它们能够快速收集数据,为管理目标提供信息,从而与特定物种造成的入侵威胁同步变化。特别是,研究入侵物种的化学生态学对于开发有效的化学控制工具至关重要。

歧视是使用Y-mazes进行实证测试的关键观察,即焦点动物在两种刺激之间做出选择,并评估决策过程。在审判本身(直播)或审判后(视频)的Y-maze试验中,也可以对大量行为进行评分,以扩大推论能力。特定研究的优先目标的复杂性决定了实时观察或存档录音是否最适合设计。在这里,Y-maze方法已经详细描述了解决化学问题,为对类似爬行动物行为问题感兴趣的研究人员的未来研究提供参考,特别是在化学生态学方面。

Protocol

所有涉及使用活脊椎动物的程序都得到了美国农业部和美国地质调查局机构动物护理和使用委员会的批准。 注:由于这些研究侧重于侵入性脊椎动物,因此还必须遵守遏制标准,这对实验的设计和执行施加了具体限制。虽然许多方法在两个研究地点和夜间研究时间之间相似,但以下两个部分中的每一个都描述了不同的方法。 1.美国农业部(USDA)动物植物健康检查局(APHIS)野生动物服务国家野生动物研究中心佛罗里达实地站的Y-maze设置和日间协议:野生捕获、圈养特古斯现场测试 注:Y迷宫和密封结构的所有组成部分的计划都提供补充文件1。 Y 迷宫尺寸和设计 使用底部片(1.22 米 x 2.44 米纤维水泥壁板)锚定 Y 迷宫。在顶层钻孔,让马车螺栓向上传递,以连接迷宫片。有关特定方向,请参阅补充文件 1。 用白色PVC装饰板建造迷宫的墙壁:底座的内部尺寸为 120 厘米 L(侧壁) x 42 厘米 W x 14 厘米 H。注:通道宽度设计为可容纳2倍焦动物宽度。额外的宽度允许灵活创建两个动物沉积的气味小径。 确保手臂的内部尺寸为 120 厘米 L(侧壁) x 40 厘米 W x 14 厘米 H。 在运行试用之前,使用单独的底部、侧面和顶部组件组装迷宫。使顶部的透明丙烯酸,使迷宫内的动物可视化。有关特定方向,请参阅补充文件 1。 创建单个气味轨迹时,使用底座中的内部分区来限制散发出气味的特古的空间访问。有关特定方向,请参阅补充文件 1。 当两个气味小径被不同的动物按顺序沉积时,使用分区系统来阻挡迷宫的交替手臂,并排除每种动物的基底交替的一半。有关特定方向,请参阅补充文件 1。 使用盒子,允许运输和收集用于Y迷宫试验的动物。确保所有盒子不透明,并配有易于固定的可拆卸盖子和丙烯酸门。 确保基盒(109 厘米 L x 56 厘米 W x 46 厘米 H)位于 Y 迷宫底座的开口处。使用它将香味或焦点动物转移到迷宫中,并在打开门并允许动物自愿进入迷宫之前进行适应。 确保臂箱(83 厘米 L x 50 厘米 W x 44 厘米 H)位于 Y-maze 手臂的末端,以便于捕捉嗅闻动物或焦点动物。 有关构建和组装的具体说明,请参阅补充文件 1。 用于日间视频采集的摄像机设置 相机规格:确保项目摄像机可以在可变光线条件下录制连续视频,并适合在当前温度和湿度条件下进行户外使用。 将摄像机安装在研究外壳的底面,确保整个 Y 迷宫都能在相机的视野中拍摄。调整镜头或相机的高度,以增加或减少视野。设置视场时,确保捕获足够的行为细节(如舌尖)。注:如果研究外壳的高度是固定的(例如,180 厘米 H),从而限制对视场的调整,则可以使用多个摄像头获得 Y-maze 内部的完全覆盖。确保摄像机在户外应用中使用时能够实现”宽动态范围”。 电源规格:确保每个摄像机都有足够的电源,以便在计划试用期间录制连续视频(例如,使用带内置备用电池的不间断电源 (UPS)以确保连续供电)。注意:如果没有交流电源可用,POE(以太网供电)摄像机可以通过连接到数字录像机 (DVR) 或使用网络录像机 (NVR) 的 POE 开关的网络电缆供电。 录制规格:在选择 DVR 或 NVR 时,请确保它符合项目要求,包括足够的存储容量和足够的 POE 连接器 (DVR) 或摄像机通道 (NVR),以适应使用的摄像机数量。选择适合所需视频质量的录制参数,牢记数据文件的大小(例如,H264 压缩速率和每秒 10 帧的图像速率 [FPS])。 获取和处理视频的协议: 从动物开始进入迷宫的那一刻开始录制视频,到捕捉或预设时间框架(1.3.3.4)。 使用可安装在一台或多台计算机上的软件,并允许观看实时或录制的视频,使用选择的视频格式导出文件。 请务必为用于允许同时查看多个源的摄像机导出相同的时间窗口和视频持续时间。 请务必定期导出数据,因为如果 DVR/NVR 文件存储容量有限,许多系统将用新数据覆盖旧数据。 运行散香动物的协议偏见评估 在进行实验试验之前,通过组装迷宫来评估Y迷宫的偏差,如下所述,但没有在纸上呈现气味。适应焦点动物,并开始试验。注:根据研究的设计(例如,每次使用相同的焦点动物与对新型焦点动物的测试进行反复测量),偏置试验将确定迷宫本身在设计上不会偏向焦点动物的选择。许多因素导致偏差,如高程、阳光和视觉标记。 如果重新定向或调整迷宫的其他物理方面不能消除侧偏差,则随机随机调整指定在给定试验中接收实验气味的手臂。注:在一定数量的试验中,不偏不倚的迷宫导致任何一只手臂的选择概率为 0.5,并进行了二元测试(图 2)。 试制和Y迷宫组装 在处理动物可以探索的任何表面以避免气味污染时,始终佩戴亚硝酸盐手套。如果创建多个气味痕迹,在试验之间和在试验设置中更换手套。 在干净的表面上准备新的、干净的香味纸(白屠夫纸,至少61厘米宽)。切成适当的长度,使每个部分的纸张可以在 Y 的交界处重叠,并延伸到基地和手臂的末端,以安装在盒子下。 扫过迷宫底部,然后直接用纸或纸和底部之间的边界层(如塑料布)覆盖,以便于清理,如果动物在迷宫中排便或粘液。 通过在底部用马车螺栓穿孔,从一端到另一端工作,以保持表面光滑,从而将纸张固定在原位。重叠在交界处的文件,使基础纸是在上面。 将迷宫的两侧放置在马车螺栓上,但不要将其固定在底部。 插入并固定要测试的试用类型所需的分区(参见单香味 1.3.3 与双香味试验 1.3.4)。 将丙烯酸顶部件滑入槽中,用扁平的头钉固定。 通过将机翼螺母拧紧到车厢螺栓上,确保车底两侧安全。 将干净的手臂盒固定到位,用拇指螺丝固定。使用电缆带固定箱盖。确保门已拆下。 单香味试验注:这些试验的目的是在Y-maze中呈现一条从基地穿过一只手臂的气味痕迹。 在安装丙烯酸顶部之前,固定隔板以阻挡未经处理的手臂。随机选择有香味的手臂(例如,掷硬币,随机数生成器)。 将散香动物放入干净干燥的底箱中。固定底箱盖(如电缆带、螺栓)和门(例如拇指螺丝)。将托持有箱运送到学习外壳,用拇指螺丝将其固定到 Y 迷宫底部的末端。注意:在装载动物之前,确保底箱的门就位。 将动物放在盒子里一组,持续一段时间(例如,60分钟)。取下底箱门,让动物自由进入迷宫。 使用视频源远程监控动物活动(见下文)。动物从底箱到手臂盒后,随着气味的散发,将动物从迷宫中取出。 如果动物在任何盒子内,插入并固定可移动的门,取出盒子,并将动物送回其外壳。 如果动物回到迷宫中,请在迷宫附近等待,直到看到动物返回到盒子,然后取出盒子。注意:蹲下排便防御,并产生报警线索,污染正在测试的气味,所以避免吓到动物。 如果动物没有回到盒子里,慢慢接近迷宫,使用视觉提示(例如,慢手挥舞)鼓励动物进入盒子,然后移开盒子。 清洁和干燥底箱 (1.5.5)。 如果发生排便,用纸巾收集和吸收尽可能多的水分,但不要擦拭以防止传播。 部分拆卸迷宫,以允许拆除内部分区,然后重新组装。清洁隔板(1.5.5)。 继续到第 1.4 节,用于运行焦点动物的协议。 双香味试验注:这些试验的目的是在Y-maze中同时呈现两条不同的气味轨迹,两条气味轨迹都通过各自随机选择的手臂从基地跑开。 在安装丙烯酸顶部之前,固定隔板以阻挡未选定为第一气味的手臂和与被阻塞的手臂相对的底座的一半。 遵循上述程序进行单一气味试验(1.3.3 至 1.3.3.8),但有一个例外。当丙烯酸门被移除(1.3.3.3)时,将半尺寸的门插入侧面的开口,保持阻塞状态,以确保香味动物只能在迷宫的开放部分移动。 部分拆解迷宫,拆除隔板,清洁(1.5.5)。用干净的毛巾晾干。 重新安装隔板,但翻转它们以阻挡迷宫中现在香味的区域。重新安装丙烯酸顶部。 重复步骤 1.3.4.2 为第二个气味铺设动物。 部分拆解迷宫并拆除隔板。重新组装迷宫。 继续到第 1.4 节,用于运行焦点动物的协议。 在白天运行焦点动物的协议 按照步骤 1.3.3.2 到 1.3.3.3 与重点动物计划进行该试验。 使用视频远程监控动物活动。如果在设定的探索时间窗口上观察,则当动物完全从基箱中浮现时启动定时器。 试验结束后,移除动物(1.3.3.4)。 细分和清理 将剩余的箱子从迷宫中分离并拆解所有箱子。在整个拆卸和清洁过程中佩戴新鲜的氮化物手套。 取出丙烯酸顶部件,放在安全位置进行清洁,以避免刮伤或开裂。删除时一定要避免刮伤(必须保持视频监控行为的清晰视场)。拆开迷宫的两侧,放在一边清洗。注意:通过始终保持 Y 迷宫材料的阴影,最大限度地减少划痕和紫外线退化。 以一致的运动移除纸张(和塑料),将其向上滚动以避免底部污染并丢弃。 使用无味的实验室级肥皂和软磨砂刷或微纤维布清洁 Y 迷宫件和所有盒子的所有表面。用同样的肥皂清洁丙烯酸上衣和可拆卸门,但用柔软的海绵或微纤维布防止刮伤。注:鳞状爬行动物中已知的化学信号是脂溶性化合物,用洗涤剂清洗是陆地脊椎动物研究11、12、21中清除聚合物仪器脂质线索和其他气味的标准协议。注:在实地应用中,可能需要卫生规程。如果是这样,用适当的卫生解决方案喷洒迷宫的所有内部表面(地板、墙壁、隔板、丙烯酸片、盒子),让它坐10分钟,然后用微纤维布擦拭。 用干净、潮湿的微纤维毛巾擦拭表面,用水冲洗清洁的部件,避免在冲洗前让肥皂残留物干燥:不要把水倒进迷宫里。 让碎片晾干或用新鲜的微纤维布拍干。 干燥后,如果立即进行另一次试验,则重新组装迷宫片。 2.美国地质调查局(USGS)与国家公园管理局合作进行的Y-maze设置和裂隙定时协议:相对远程的野生捕获缅甸巨蛇测试 注:Y迷宫和密封结构的所有组成部分的计划都提供补充文件2。 Y 迷宫组件和改变美国农业部设计的理由注:描述的Y-迷宫被显著改变,以扩大潜在的研究物种和孤立的条件。垂直深度增加,以适应各种物种,并使用不同的材料和施工方法,以提高户外耐久性和清洁。有关已完成迷宫的可视化,请参阅图 1。有关构建和组装的具体说明,请参阅补充文件 2。 从白色聚丙烯中切割 Y 迷宫组件,并加热焊接所有要永久固定的切割部件(例如迷宫底部和侧壁)。 锚定Y-maze的底部(244厘米L x 122厘米W),由胶合板与甲板螺丝固定在一起,通过铝角支架连接沿迷宫的外侧墙壁底部铆接。 确保 Y-maze 的基座为 120 厘米 L x 42 厘米 W x 23 厘米 H,并且每个外臂侧壁为 120 厘米 L,内臂侧壁为 108 厘米 L(具体方向,参见补充文件 2)。 使用固定在侧壁上的铝角将丙烯酸顶部插入到位,每 30 厘米使用螺丝(有关特定方向,请参阅补充文件 2)。注:在分析试验视频中的视频并提供比例时,定期放置在 Y-maze 侧壁顶端的螺丝也充当静态视觉标记。 确保 Y-maze(基地、手臂)的每个开口在附着在盒子的侧壁末端有一个额外的基板(42 厘米 W x 30 厘米 H),以便基板框架一个中央开口(34 厘米 W x 16 厘米 H;有关特定方向,请参阅补充文件 2)。 使用分区件来限制气味动物的访问(有关特定方向,请参阅补充文件 2)。使用紧固件胶带固定固定板(46 厘米 W x 22 厘米 H)到位。使用简易、易于清洁的重量锚定隔板和板材(例如,装满水的塑料壶;2.3.6:图1)。 确保丙烯酸片构成迷宫的顶部(0.6厘米厚,清晰)。有关特定方向,请参阅补充文件 2。 使用装有滑动门和盖子的不透明盒子,这些盒子很容易固定,以便在Y-maze试验中运输和收集动物(图1)。 修改底部有排水孔的箱子(21.6 厘米 L x 27.9 厘米 W),用小螺丝和螺母安装盖子,并为入口/入口(门)提供单一开口。有关特定方向,请参阅补充文件 2。 使用螺栓、翼螺或锁将盒子面板连接到 Y 迷宫面板上,将盒子固定在 Y 迷宫的末端。注意:当到位时,盒子也会将丙烯酸顶部固定到位。 用于拍摄视频采集的相机设置:请参阅图 1了解摄像机视场的快照。 相机规格:确保项目摄像机可以在可变的光线和温度条件下录制连续视频,以适应皱褶和夜间研究物种。 项目相机安装在外壳的天花板横梁上,确保整个 Y-maze 都能在摄像机的视野内拍摄。提高或降低帐篷的高度,以增加或减少视野(项目摄像机安装在约3米的高度)。确保从相机发射的丙烯酸顶部的红外光反射不会遮挡隔夜镜头中帧的关键部分。 电源规格:确保每个项目摄像机都有足够的电源来录制夜间拍摄的连续视频(约 20 h)。注意:如果没有交流电源,可以使用深循环密封铅酸 12 伏电池(例如,两个 12-V 20-Ah 凝胶电池并行连接)供电。 录制规格:为了最大限度地减少文件存储量,录制质量最低的视频,这些视频仍然足以计数 Y-maze 中的舌笔。注意:高分辨率素材需要大量的存储量,降低分辨率是确保文件大小可控的一种非常有效的方法。 将素材的帧速率(每秒帧,FPS)限制为检测舌弹所需的最小值(例如,记录分辨率为 800 x 450,最大帧速率为 25 FPS,每次试验的帧速率大约为 120 GB)。 获取和处理视频的协议 在每个香味事件(2.3.10)的开始时臂臂相机,并让它连续记录到焦点事件的结束(约20小时)。 每次试用完成后,关闭摄像机并检索 SD 卡 (2.4.4)。将素材传输到所需的存储位置。 由于 SD 卡经常强制录制设备在 5 分钟剪辑中录制素材,因此使用电影处理软件将这些剪辑组合在一起,便于处理。 使用允许可变播放速度和可自定义的前跳间隔的媒体文件审查程序查看素材。注意:如果在视频处理过程中不需要精细的分辨率,则将审查时间从大约 20 小时缩短到最多 1 小时。 运行散香动物的协议注意:由于野生爬行动物的适应时间更长,本节中的步骤大约需要 1.5 天才能完成。 请参阅第 1.3.1 节中的偏见前言,以确保在迷宫中不会发现偏差。 在处理任何表面或研究动物时,要始终佩戴亚硝酸盐手套,以避免气味污染。 在试用适应之前,将香味或焦化动物放入其盒子中至少 24 小时。注意:为了尽量减少压力影响,盒子被留在尽可能靠近迷宫的阴影区域,而不会受到清洁或其他活动的干扰。确保所有测试的动物(香味、焦距)都以这种方式适应。 在干净的表面和足够长度的清洁香味纸上准备新的、干净的香味纸,以在 Y 的交界处重叠,并覆盖整个底部表面(2 个臂纸 = 121.9 厘米;1 个底纸 = 152.4 厘米)。 用遮蔽胶带固定盒子附近的纸张和 Y 形结的末端。 安装隔板,用长隔板阻挡底臂的一半(左侧或右侧),用短隔板阻挡对面手臂的入口。安装障碍物时,不要撕破香味纸。对于大型香味动物,在屏障后面贴一个易于拆卸和清洁的重物,作为防止屏障失灵的支撑物(2.1.1.5)。注意:气味轨迹必须始终从底座的一侧开始,然后交叉到对面的手臂,以便焦点动物的选择清晰。 将丙烯酸顶部滑入原位,一次一节,并确保角度完全相约。使用透明塑料胶带覆盖任何缝隙。 使用翼鼻和/或挂锁连接面板,将手臂盒连接到迷宫上,并确保门被锁上。 日落前两小时,将底箱(包含有香味的动物)连接,并确保所有动作都缓慢而稳定,以尽量减少对动物的压力。 臂臂摄像头,并打开底箱的门,确保用两个桶螺栓锁锁定门到位。离开动物的视线,离开该地区。 3小时后(日落后1小时),注意动物在迷宫中的位置以及环境条件。如果动物在运输途中,请等待,直到它进入盒子。 如果动物在任何盒子里,关闭并固定盒子的门,取出盒子,然后移除动物,小心防止盒子中的防御性气味沉积。 如果动物在迷宫体内一动不动,请使用视觉提示(如长棒或手挥舞)刺激其进入盒子的运动。如果动物遗骸,取出臂箱,以便去除丙烯酸顶部,并手动收集动物并转移到袋子中。注意:在处理大型动物时,应始终佩戴适当的个人防护装备(如防穿刺手套、眼睛保护)。 部分拆解迷宫,以允许拆除内部隔板(避免干扰气味纸),然后重新组装。如果发生排便,用干净的微纤维布收集和吸收尽可能多的,但不要清洗区域。 继续到第 2.4 节,用于运行焦点动物的协议。 运行皱褶焦点动物的议定书注:本节中的步骤大约需要 2 天才能完成,并且必须与第 2.3 节的开始时间相同开始。 在迷宫中运行之前,在盒子里将预定的焦点动物放大至少 24 小时。 在焦点动物适应的最后几个小时,在移动到下一步之前运行散发气味的动物(2.3.9)。注意:时间的气味铺设步骤尽可能接近时间介绍的重点动物迷宫,以减少气味退化。 使用翼螺母和/或挂锁将底箱(包含焦动物)连接到 Y-maze 的底座上。在握住/运输盒子时,使用缓慢、稳定的运动,以尽量减少对焦点动物的压力。 确保两个臂箱门都锁上。开始焦点试验,使用桶螺栓打开和锁定底箱门。离开动物的视线,离开该地区。注:通过野生夜间爬行动物试验,中心动物可以隔夜探索迷宫。 日出后四小时,返回迷宫,按照第2.3.11.1节移除焦点动物。 收集相机 SD 卡,并在需要时为电池充电。从迷宫中丢弃废纸,然后继续清洁(第1.5节)。 图1。美国地质调查局Y迷宫的布局。 在左侧,示意图显示 Y 迷宫的组件,并带有透视比例条。在右侧,摄像机的快照演示了行为记录的视场。请单击此处查看此图的较大版本。

Representative Results

可以从 Y 迷宫试验中记录和/或评分的多种变量。研究的设计应主要由预期的结果/可交付成果驱动。此外,如果研究依赖于重复测量(例如重复使用同一焦点动物),则需要适当的测试和分析结构。例如,由于美国农业部的试验依赖于对焦特古斯的反复测试,实验试验的规划完全随机化。 选择数据: 大多数使用 Y-mazes 的研究报告简单的二元选择数据,并用参数统计(如二进制测试)分析结果。这里的主要限制是样本量,这直接影响到任何统计分析的力量。在图2中,描述了每个研究样本大小的一系列统计阈值,以证明给定二元测试需要发生多少”成功”才能产生统计学显著的结果。这些是数学衍生的,因此可以推广到任何Y迷宫测试。双体统计很容易使用在线免费软件生成。用于计算概率,如果给出优先理由,则使用单尾分布:否则,应使用双尾分布。 手臂的选择通常由焦点动物在给定手臂中移动的距离决定。设置此阈值的最简单方法是在迷宫内建立一个地标。对于大多数Y迷宫研究,地标是手臂盒的入口。由于爬行动物与头部前部区域的化学感应器官进行所有化学感官评估,头部是试验中的焦点。例如,由于缅甸巨蛇通常比整个迷宫本身长,因此选择最好、最有效地由头部经过地标的移动决定。确定选择的其他选项是花费在手臂上的时间和焦点动物完全移动到一个盒子里。失败是由一个焦点动物在特定时期内不做出选择决定的。 更精细的分辨率分析可以从 Y 迷宫中的选择数据中得出。例如,研究人员可以生成选择处罚分数16。在这里,研究人员必须跟踪焦点动物探索迷宫非目标手臂的程度。非目标可以定义为手臂,研究人员确定一个优先,焦点动物不会选择基于替代假设测试。非目标手臂的最简单示例是只有一只手臂含有目标气味时没有香味的手臂。更复杂的例子是选择两种气味从同一来源,但呈现在不同的浓度7。当实验设计是多级的和/或数据从二进制到增量时,如选择惩罚,应使用适当的统计方法,例如重复测量差异 (ANOVA) 或连续或比例数据集使用的其他方法。 行为:在整个观察焦点动物的实验过程中,可以量化各种个体行为。根据已知的16个变量,可以先验地确定这个变量数,也可以根据对数据14、15子集的初步观察后确定。研究目标及其分辨率决定了在迷宫中应该进行哪些行为评估,如果有的话(即在许多研究中,只有选择数据是量化的 17)。行为可以在整个迷宫中、部分或特定时间段进行评估;例如,仅在基地或武器交界处看到的行为可优先处理8。视频录制有助于行为评分,尽管视频的分辨率及其长度(强加数据存储限制的因素)应在实验开始前考虑。 时间变量: 与行为变量一样,在Y-maze试验中可以量化动物表现的许多时间方面。例如,研究人员可以时间延迟期(例如,从框8中浮出的延迟)。大多数时间变量都与迷宫的探索有关,例如每只手臂所花费的总尾随时间或时间。这些变量通常在多因素分析(如多向 ANOVA)中分析。 观察者偏见:任何涉及动物行为的研究,观察者偏见都对数据收集产生重大影响。因此,观察者应该对正在测试的治疗视而不见。最简单的方法是在将视频文件分配给观察者之前,对视频文件进行数字编码,然后随机排序(例如随机数生成器)。当实时数据收集是唯一的选择时,控制观察者偏差是很难实现的。在实地设置中,这需要两个合作者:一个对治疗视而不见的观察者和一个负责试验的协调员。广泛回顾总结了实验者偏向于行为和生态研究中数据收集和解释的影响。 图2。Y-maze 结果中二元测试的样本大小和 P 值。 每个给定的样本大小表示一定数量的试验,其中气味在 Y(目标臂)的一个手臂上进行测试,而另一个可能是控制(非目标)。每个条形上方的顶部数字是目标臂选择数的单尾 P 值,底部为双尾。顶部条内的数字表示仍具有传统统计学意义的非目标选择的最大数量(P < 0.05)。请单击此处查看此图的较大版本。 补充文件 1. 请单击此处下载此文件。 补充文件2. 请单击此处下载此文件。

Discussion

虽然Y-mazes是研究爬行动物化学生态学的非常强大的工具,但它们有限的设计可以排除其他研究途径。然而,有各种各样的其他选择,有11,12,20,21,22。例如,舌轻弹检测更简单,可以同时评估与控制气味23、24、25、26相关的一系列化学刺激所表现出的行为。开放场测试是另一种选择,即焦点动物自由探索外壳,直到它遇到化学线索的来源,其行为反应随后得分为27,28。这些方法的组合可以评估爬行动物在不同情况下的歧视性能力,如呈现人工和天然气味的混合以及29。Y-mazes也可以修改,使动物暴露在空气中的化学线索单独或结合基板传播的线索16,30,和后临时推论可用于重新设计数据收集,如果存档的视频数据可用31。生物分析应设计为简化数据收集和尽量减少相互冲突的刺激,特别是当评估特定线索来源时(例如化学线索21)。

动物行为的研究人员经常观察和量化新颖的人工环境中的焦点动物反应(例如,一个封闭的迷宫,具有无特征的景观),并且应该小心评估给定动物是否表现出自然的、探索性的行为与回避、激动或类似的不良行为。实验仪器中的不良动物行为主要归因于恐惧症:对新奇的恐惧一个例子是逃生行为,其中焦点动物推对关节或设备的边缘,以实现出口。另一个例子是羞怯,其中焦点动物表现出不愿进入迷宫,其程度可以通过迷宫进入的延迟来量化。设备(重新设计)可以促进焦点动物的参与,以避免这些混乱的苦恼影响。最常见的方法是在测试开始前将焦性动物反复引入仪器,以消除环境的新颖性,当代统计模型(例如,广为线性混合模型)允许测试动物用于多个试验。与行为测试中的生态考虑相关的一个重要方面是,减少新生儿恐惧症与入侵物种33的成功有关。因此,根据对有关物种的先验了解,新恐惧症作为实验性设计考虑可能具有可变的重要性。

从视频中获取行为数据会带来多种限制,成为实验时间线的主要瓶颈。例如,给定试用的长度可以成倍增加数据提取时间。一种解决方法是仅在达到阈值(例如,总时间激活)之前分析行为。阈值可以基于可用于给定试用的最长视频。或者,可以开发基于机器的观测(例如人工智能),尽管这既耗时又耗费资源,需要为质量控制付出相当大的努力。另一个问题是数据管理:视频必须具有足够的质量,以便进行行为评分和评估,从而导致数据存储限制。虽然云存储现在可访问,但上传/下载率通常存在问题,尤其是在远程字段位置发生数据采集时。影响行为观察完整性的记录工具的局限性也表现了其他挑战。清晰观察焦点动物的行为总是必要的,但能见度往往受到无法控制的因素(如水分、昆虫、风向运动)的阻碍。此外,当录音来自单一视角(例如鸟瞰图)时,垂直平面上发生的行为(例如,头部抬起14)很难评估。解决方案是每次试用提供多个摄像机角度。最后,一天中的时间会显著影响行为记录。夜间行为分析需要具有夜间模式和最小光投影的摄像头,以避免 Y-maze 表面的阻塞眩光或可能中断相机馈送的昆虫的吸引力。考虑到上述情况,研究地点或物种生物学的预知可以告知哪些限制因素可能以什么频率发生,从而告知理想的样本量。

行为与生理学紧密结合,Y迷宫对各种物种行为内分泌学评价的效用已经显现出来。然而,本文强调,根据目标物种、研究问题和可用资源,这些实验的执行存在一些差异。因此,应仔细考虑每个测试设置的材料和尺寸的选择,以进行后续研究扩展。第 2 节描述了对第 1 节中概述的材料的修改,这些材料被纳入,以适应未来更复杂的使用 tegus 的行为试验。大沼泽地迷宫垂直深度的增加,将使野生捕获的特格斯的化学生态学新问题得到解答,而不会过度延长项目设计和设置,进一步证明该实验装置的可翻译性。

在相对偏远的环境中使用上述技术时(见第 2 节),必须考虑几个限制因素,项目规划至关重要。根据规定治疗实验所需的统计力和目标物种的生物时间(如季节性),所需的资源和劳动力将受到影响。此外,如果需要单一或重复使用焦动物,则必须小心减少潜在的压力源。这些因素中的每一个都可能延长项目时间表,或者需要增加劳动力、空间和材料。例如,第2节介绍使用野生捕获的雄性巨蛇作为焦点动物尾随另一组野生捕获和荷尔蒙操纵的雄性,所有这些都需要大约24小时的安静适应时间在持有箱,以尽量减少压力的影响。虽然这些适应期延长试验时间超过两天,但由于圈养和处理的压力影响野生动物的行为,必须尽量减少产生干净的数据集34,35。

总之,Y-mazes是强大、适应性强的工具,只要有一事先的规划,就可以用来研究各种野生动物在广泛多变条件下的化学生态学。必须慎重考虑选择适当的问题,并根据特定的分类和条件正确设计实验设置。研究人员和管理者可以显著受益于使用Y-mazes更好地了解动物化学感官生物学,因为这些工具支持灵活的实验设计,提供大量的精细行为数据,特别是当与远程监测工具相结合。

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

詹姆斯麦迪逊大学(JMU)与美国农业部动植物健康检查局之间的合作协议(15-7412-1155-CA、16-7412-1269-CA和17-7412-1318-CA)支持了第一个Y-maze的发展。大沼泽地国家公园的Y迷宫开发由JMU与国家公园管理局签订的合作协议(P18AC00760)资助。我们感谢T.迪恩和B.福尔克为大沼泽地NP的这个项目提供便利,并在许可和资金方面提供援助。我们感谢W.凯洛在建造美国地质调查局Y迷宫方面给予的帮助。C. 罗曼戈萨、L.博内韦尔和里德提供行政和后勤支助。我们感谢提供有益反馈的两位匿名评论者。美国地质调查局 (USGS) 大沼泽地优先生态系统科学计划、国家公园管理局 (P18PG00352) 和美国地质调查局入侵物种计划为大沼泽地的工作和实物支持提供资金。任何使用贸易、公司或产品名称都仅用于描述性目的,并不意味着美国政府的认可。本出版物的调查结果和结论尚未由美国农业部正式发布,不应解释为代表美国农业部的决心或政策。

Materials

1" Steel zinc-plated corner brace Everbilt, The Home Depot 13619 See Supplemental File 1, Step 2.1 "90 degree 2.5 cm steel corner brace"
121.92cm W x 304.8cm  L x 1.27cm H white polypropylene Extended Range High-Heat UHMW Sheet TIVAR UHMNV SH See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "white polpropylene")
182.88 cm L x 81.28 cm W x 0.64 cm Thick Clear Acrylic Sheet Plexiglass 32032550912090 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.6. "Acrylic pieces")
2.54 cm W x 2.54 cm H x 243.84 cm L Mill-Finished Aluminum Solid Angle Steelworks 11354 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.1. "aluminum angle bracket")
4.5 kg spool of 5 mm Round Polypropylene Welding Rods HotAirTools AS-PP5N10 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld")
5 mm Plain Aluminum Rivets Arrow RLA3/16IP See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.1. "rivet")
Aluminum angle, 1.9 cm Everbilt, The Home Depot 802527 See Supplemental File 1, Step 1.2 "aluminum angle (1.9 cm x 1.9 cm x 0.16 cm thick)"
Aluminum angle, 2.5 cm Everbilt, The Home Depot 800057 See Supplemental File 1, Steps 1.2 and 2.2.2 "aluminum angle (2.5 cm x 2.5 cm x 0.16 cm thick)"
Aluminum angle, 3.2 cm Everbilt, The Home Depot 800037 See Supplemental File 1, Step 1.2 "aluminum angle (3.2 cm x 3.2 cm x 0.16 cm thick)"
Aluminum flat bar 1" x 1/8" thick Everbilt, The Home Depot 801927 See Supplemental File 1, Step 3.2.1 "aluminum strap"
Avigilon 2.0 MP camera Avigilon, a Motorola Solutions Company 2.0C-H4SL-BO1-IR See "1.5 Camera set-up and video acquisition" (step 1.5.1 "Avigilon 2.0 MP")
Avigilon NVR Avigilon, a Motorola Solutions Company HD-NVR3-VAL-6TB-NA See "1.5 Camera set-up and video acquisition" (step 1.5.3 "NVR")
Clear acrylic sheet (5.6 mm thick) United States Plastic Corp. 44363 See Supplemental File 1, Step 1.3 "clear acrylic sheet" and step 3.2.1 "clear acrylic door"
Fillet Weld Nozzle 3/16" x 15/32" / 4.5 x 12 mm TRIAC 107.139 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld")
Hanging File Folder Box Sterilite 18689004 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.1. "Boxes")
HardiePanel HZ10 James Hardie Building Products 9000525 See Supplemental File 1, Step 1.1 "fiber cement siding"
Heat Welding Gun TRIAC 141.227 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld")
Kraft Butcher Paper Roll, 24" Bryco Goods 24 inch x 175 FT See "1.2 Protocol for running scent-laying tegus" (step 1.2.1.2 "butcher paper")
Kraft Butcher Paper Roll, 46 cm wide Bryco Goods BGKW2100 See "2.3. Protocol for running scent-laying pythons" (step 2.3.4. "scenting paper")
Micro-90 Concentrated Cleaning Solution  International Products Corporation M-9050-12 See "1.4 Breakdown and clean-up" (step 1.4.4 "laboratory-grade soap")
MKV ToolNix – Matroska tools for linux/Unix and Windows Moritz Bunkus v.48.0.0 See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.4.2. "movie processing software")
Network Camera Axis Communications M3104-LVE See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.1. "Project camera")
Palight ProjectPVC 1/4" Palram 159841 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.3. "faceplate")
Palight ProjectPVC 1/8" Palram 156249 See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.1. "door")
Privacy windscreen (green) MacGregor Size to fit See Supplemental File 1, Step 4.2 "green heavy duty shade cloth"
Protective Glove, Full-Finger ArmOR Hand HS1010-RGXL See "2.3. Protocol for running scent-laying pythons" (step 2.3.11.2. NOTE: "puncture-resistant glove")
REScue Disinfectant Virox Animal Health 44176 See "1.5. Breakdown and clean-up." (step 1.5.4. NOTE "sanitation solution")
Reversable PVC trim, 1/2" x 24" UFP Industries, Veranda products H120XWS17 See Supplemental File 1, Step 2.1 "PVC board partition", and step 3.2.1 "thinner PVC trim boards"
S4S / Veranda HP TRIM UFP Industries, Veranda products H190OWS4 See Supplemental File 1, Steps 1.2, 2.2.2, and 2.2.3 "PVC board"
S4S / Veranda HP TRIM (1" x 8" Nominal) UFP Industries, Veranda products 827000005 See Supplemental File 1, Steps 3.2.1 "PVC trim board"
ScotchBlue 24 in. Pre-taped Painter’s Plastic 3M PTD2093EL-24-S See "1.2 Protocol for running scent-laying tegus" (step 1.2.1.3 "plastic sheeting")
Sterilite 114 L tote box Sterilite Company 1919, Steel See Supplemental File 1, Step 3.2 "arm box"
Sterilite 189 L tote box Sterilite Company 1849, Titanium See Supplemental File 1, Step 3.2 "Base box"
Super Max Canopy ShelterLogic 25773 See Supplemental File 1, Step 4.3 "white canopy"
VLC Media Player  VideoLAN v.3.0.11 See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.4.3. "media file reviewing program")
White Pavilion Tent King Canopy BJ2PC See Supplimental File 2 "3. Enclosure materials and consideratons" (step 3. "pavilion tent")

References

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Parker, M. R., Currylow, A. F., Tillman, E. A., Robinson, C. J., Josimovich, J. M., Bukovich, I. M. G., Nazarian, L. A., Nafus, M. G., Kluever, B. M., Adams, A. A. Y. Using Enclosed Y-Mazes to Assess Chemosensory Behavior in Reptiles. J. Vis. Exp. (170), e61858, doi:10.3791/61858 (2021).

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