Оценка влияния личности на чувствительность к магнитным полям в данио рерио
Summary
Мы описываем поведенческих протокол, разработанный для оценки как личностей данио рерио влияние их ответ на водных течений и слабых магнитных полей. Рыбы с же личностями разделяются на их исследовательское поведение. Затем наблюдается их поведение rheotactic ориентации в плавательный туннель с низким расходом и в различных условиях магнитные.
Abstract
Ориентироваться в окружающей их среды, животных интегрировать широкий спектр внешние сигналы, которые взаимодействуют с несколькими внутренними факторами, как личность. Здесь мы описываем поведенческих протокол, разработанный для изучения влияния данио рерио личности на ответ их ориентации на несколько внешних экологических подсказки, специально течений и магнитные поля. Этот протокол стремится понять, является ли активной или реактивной данио рерио отображать различные rheotactic порогов (то есть, скорость потока, на котором рыба начала течения) когда окружающие магнитного поля изменяет свое направление. Для выявления данио рерио с же личности, рыбы будут введены в темноте половины бака связанных с узкое отверстие ярко половину. Только активные рыбы исследовать роман, светлые среды. Реактивная рыбы не выйти из темной половины бака. Плавательный туннель с показателями низкого потока используется для определения rheotactic порог. Мы описываем двух установок для управления в туннеле, в диапазоне от напряженности магнитного поля земли магнитного поля: один, который управляет магнитного поля вдоль направления потока (одно измерение) и один, который позволяет 3 осевой контроль магнитного поля. Рыбу снимают испытывая поэтапное увеличение скорости потока в туннеле под различные магнитные поля. Данные на поведение ориентации собираются через видео отслеживание процедуры и применяется к модели логистической разрешить определение rheotactic порог. Мы доклад представителя результаты собранных от обмелению данио рерио. В частности они показывают, что только реактивной, разумно рыба Показать вариации rheotactic порога, когда магнитное поле меняется в его направлении, в то время как активную рыбу не реагировать на изменения магнитного поля. Эта методология может применяться к изучению магнитной чувствительности и rheotactic поведение многих водных видов, как отображение одиночной или обмелению плавательный стратегии.
Introduction
В настоящем исследовании мы описываем поведенческих протокол на основе лаборатории, которая имеет сферу изучения роли личности рыбы на ориентацию ответ косяки рыбы для внешней ориентации подсказки, например течений и магнитные поля.
Ориентации решений животных в результате взвешивания различных сенсорной информации. Процесс принятия решений зависит от способности животного для навигации (например, способность выбрать и сохранить направление), его внутреннее состояние (например, кормления или репродуктивные потребности), его способность двигаться (например, биомеханика опорно) и несколько дополнительных внешние факторы (например, время суток, взаимодействие с сородичами)1.
Роль внутреннего состояния или животных личности в поведение ориентации часто плохо понимают или не изучены2. Дополнительные проблемы возникают в исследовании ориентации социальной водных видов, которые часто выполняют скоординированных и Поляризованные группы движение поведение3.
Вода токов играть ключевую роль в процессе ориентацию рыбы. Рыбы Ориент водных токов через unconditioned ответ называется Реотаксис4, который может быть положительным (то есть, вверх по течению ориентированные) или отрицательным (т.е. вниз по течению ориентированные) и используется для ряда мероприятий, начиная от нагула для минимизации энергичный расходы5,6. Кроме того растущий объем литературы сообщает, что многие виды рыб использовать геомагнитного поля для ориентации и навигация7,8,9.
Исследование Реотаксис и плавание производительности в рыба обычно проводится в поток камер (лотковыми), где рыбы подвергаются воздействию поэтапное увеличение скорости потока, от низкой до высокой скорости, часто до исчерпания (называется Критическая скорость)10, 11. С другой стороны предыдущие исследования исследованы роль магнитного поля в ориентации через наблюдение плавательный поведения животных в аренах с негазированной воды12,13. Здесь мы описываем лабораторная техника, которая позволяет исследователям изучить поведение рыб во время манипулирования океанских течений и магнитного поля. Этот метод был использован для в первый раз на косяки данио рерио (Danio рерио) в нашем предыдущем исследовании, приводит к выводу, что манипуляции окружающего магнитного поля определяет порог rheotactic (т.е., минимальная скорость воды в какие косяки рыбы Восток вверх по течению)14. Этот метод основан на использовании лотковыми камеры с медленным потоков, в сочетании с установки, предназначенные для управления магнитного поля в лотковая, в диапазоне от напряженности магнитного поля Земли.
Плавательный туннель используется для наблюдения за поведением данио рерио приводится на рисунке 1. Тоннель (из nonreflecting акриловый цилиндр диаметром 7 см и 15 см в длину) подключен к установки для контроля потока скорость14. С этой установкой скорости потока в туннеле варьируется между 0 и 9 см/сек.
Чтобы управлять магнитного поля в плавательный туннель, мы используем два методологических подходов: первый одномерный и второй трехмерный. Для любого приложения, эти методы манипулирования геомагнитного поля для получения конкретных магнитные условия в определенный объем воды — таким образом, все значения интенсивности магнитного поля, в этом исследовании включают геомагнитного поля.
Что касается одномерный подход15, манипулируют магнитного поля вдоль направления потока воды (определяемой как оси x) с помощью соленоида, обернутые вокруг плавательный туннель. Это подключено к блоку питания, и это порождает единообразных статические магнитные поля (рис. 2A). Аналогичным образом в случае трехмерного подхода, геомагнитного поля в томе, содержащем плавательный туннель изменяется с помощью катушек электрических проводов. Однако чтобы управлять магнитное поле в трех измерениях, катушки имеют дизайн трех ортогональных Гельмгольца пар (рис. 2B). Каждая пара Гельмгольца состоит из двух круговой катушек, ориентированный вдоль трех ортогональных космических направлениях (x, yи z) и оснащена 3 осевой магнитометр, работающих в условиях замкнутого цикла. Магнитометр работает с интенсивностью поля, сопоставимых с естественным полем Земли, и это недалеко от геометрический центр наборе катушек (где расположен плавательный туннель).
Мы реализуем методы, описанные выше, чтобы проверить гипотезу, что черты личности сочинять косяка рыб влияют на способ они реагируют на магнитные поля16. Мы проверить гипотезу, что люди с активной и реактивной личности17,18 по-разному реагируют при воздействии магнитного поля и водных потоков. Чтобы проверить это, мы сначала отсортировать данио рерио, с использованием установленной методологии для присвоения и группы лиц, которые являются активной и реактивной17,19,,2021. Затем мы оцениваем rheotactic поведение данио рерио, купание в стаи входят только реактивной лиц или составе только активных лиц в магнитных лотковыми танк, который мы представляем в качестве образца данных.
Метод сортировки на основе различных тенденция проактивные и реактивные лиц для изучения новых сред21. В частности мы используем танк разделен яркий и темная сторона17,19,20,21 (рис. 3). Животные акклиматизировались на темную сторону. Когда доступ к яркой стороне открытой, активные люди, как правило, быстро выйти из темной половины бака для изучения новой среде, в то время как реактивный рыбы не оставляют темные танк.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол, описанный в настоящем исследовании позволяет ученым для количественного определения сложных ориентации ответы водных видов, в результате интеграции между двух внешних сигналов (вода текущих и Геомагнитное поле) и один внутренний фактор животного, такие как личность. Общая к…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано базовые основания исследования кафедры физики и биологический факультет университета Федерико II в Неаполе. Авторы благодарят за статистической поддержки д-р Claudia Angelini (Институт применяется исчисление, Consiglio Nazionale делле ричерке [КНП], Италия). Авторы благодарят Scanu Мартина и Сильвия Frassinet за их техническую помощь в сборе данных и ведомственных техников F. Кассезе, G. Passeggio и р. Рокко за их умелые помощь в разработке и реализации экспериментальной установки. Мы благодарим Лаура язычников за помощь в проведении эксперимента во время съемки видео. Мы благодарим Diana Роуз Udel из университета Майами для съемки интервью заявления Креши Alessandro.
Materials
| 9500 G meter | FWBell | N/A | Gaussmeter, DC-10 kHz; probe resolution: 0.01 μT |
| AD5755-1 | Analog Devices | EVAL-AD5755SDZ | Quad Channel, 16-bit, Digital to Analog Converter |
| ALR3003D | ELC | 3760244880031 | DC Double Regulated power supply |
| BeagleBone Black | Beagleboard.org | N/A | Single Board Computer |
| Coil driver | Home made | N/A | Amplifier based on commercial OP (OPA544 by TI) |
| Helmholtz pairs | Home made | N/A | Coils made with standard AWG-14 wire |
| HMC588L | Honeywell | 900405 Rev E | Digital three-axis magnetometer |
| MO99-2506 | FWBell | 129966 | Single axis magnetic probe |
| Swimming apparatus | M2M Engineering Custom Scientific Equipment | N/A | Swimming apparatus composed by peristaltic pump and SMC Flow switch flowmeter with digital feedback |
| TECO 278 | TECO | N/A | Thermo-cryostat |
Referencias
- Nathan, R., et al. A movement ecology paradigm for unifying organismal movement research. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19052-19059 (2008).
- Holyoak, M., Casagrandi, R., Nathan, R., Revilla, E., Spiegel, O. Trends and missing parts in the study of movement ecology. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19060-19065 (2008).
- Miller, N., Gerlai, R. From Schooling to Shoaling: Patterns of Collective Motion in Zebrafish (Danio rerio). PLoS ONE. 7 (11), 8-13 (2012).
- Chapman, J. W., et al. Animal orientation strategies for movement in flows. Current Biology. 21 (20), R861-R870 (2011).
- Montgomery, J. C., Baker, C. F., Carton, A. G. The lateral line can mediate rheotaxis in fish. Nature. 389 (6654), 960-963 (1997).
- Baker, C. F., Montgomery, J. C. The sensory basis of rheotaxis in the blind Mexican cave fish, Astyanax fasciatus. Journal of Comparative Physiology A: Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 184 (5), 519-527 (1999).
- Putman, N. F., et al. An Inherited Magnetic Map Guides Ocean Navigation in Juvenile Pacific Salmon. Current Biology. 24 (4), 446-450 (2014).
- Cresci, A., et al. Glass eels (Anguilla anguilla) have a magnetic compass linked to the tidal cycle. Science Advances. 3 (6), 1-9 (2017).
- Newton, K. C., Kajiura, S. M. Magnetic field discrimination, learning, and memory in the yellow stingray (Urobatis jamaicensis). Animal Cognition. 20 (4), 603-614 (2017).
- Langdon, S. A., Collins, A. L. Quantification of the maximal swimming performance of Australasian glass eels, Anguilla australis and Anguilla reinhardtii, using a hydraulic flume swimming chamber. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research. 34 (4), 629-636 (2000).
- Faillettaz, R., Durand, E., Paris, C. B., Koubbi, P., Irisson, J. O. Swimming speeds of Mediterranean settlement-stage fish larvae nuance Hjort’s aberrant drift hypothesis. Limnology and Oceanography. 63 (2), 509-523 (2018).
- Takebe, A., et al. Zebrafish respond to the geomagnetic field by bimodal and group-dependent orientation. Scientific Reports. 2, 727 (2012).
- Osipova, E. A., Pavlova, V. V., Nepomnyashchikh, V. A., Krylov, V. V. Influence of magnetic field on zebrafish activity and orientation in a plus maze. Behavioural Processes. 122, 80-86 (2016).
- Cresci, A., De Rosa, R., Putman, N. F., Agnisola, C. Earth-strength magnetic field affects the rheotactic threshold of zebrafish swimming in shoals. Comparative Biochemistry and Physiology – Part A: Molecular and Integrative Physiology. 204, 169-176 (2017).
- Tesch, F. W. Influence of geomagnetism and salinity on the directional choice of eels. Helgoländer Wissenschaftliche Meeresuntersuchungen. 26 (3-4), 382-395 (1974).
- Cresci, A., et al. Zebrafish “personality” influences sensitivity to magnetic fields. Acta Ethologica. , 1-7 (2018).
- Benus, R. F., Bohus, B., Koolhaas, J. M., Van Oortmerssen, G. A. Heritable variation for aggression as a reflection of individual coping strategies. Cellular and Molecular Life Sciences. 47 (10), 1008-1019 (1991).
- Dahlbom, S. J., Backstrom, T., Lundstedt-Enkel, K., Winberg, S. Aggression and monoamines: Effects of sex and social rank in zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 228 (2), 333-338 (2012).
- Koolhaas, J. M. Coping style and immunity in animals: Making sense of individual variation. Brain, Behavior, and Immunity. 22 (5), 662-667 (2008).
- Dahlbom, S. J., Lagman, D., Lundstedt-Enkel, K., Sundström, L. F., Winberg, S. Boldness predicts social status in zebrafish (Danio rerio). PLoS ONE. 6 (8), 2-8 (2011).
- Rey, S., Boltana, S., Vargas, R., Roher, N., Mackenzie, S. Combining animal personalities with transcriptomics resolves individual variation within a wild-type zebrafish population and identifies underpinning molecular differences in brain function. Molecular Ecology. 22 (24), 6100-6115 (2013).
- Toms, C. N., Echevarria, D. J., Jouandot, D. J. A Methodological Review of Personality-related Studies in Fish: Focus on the Shy-Bold Axis of Behavior. International Journal of Comparative Psychology. 23, 1-25 (2010).
- Boujard, T., Leatherland, J. F. Circadian rhythms and feeding time in fishes. Environmental Biology of Fishes. 35 (2), 109-131 (1992).
- Plaut, I. Effects of fin size on swimming performance, swimming behaviour and routine activity of zebrafish Danio rerio. Journal of Experimental Biology. 203 (4), 813-820 (2000).
- Tierney, P., Farmer, S. M. Creative Self-Efficacy Development and Creative Performance Over Time. Journal of Applied Psychology. 96 (2), 277-293 (2011).
- Plaut, I., Gordon, M. S. swimming metabolism of wild-type and cloned zebrafish brachydanio rerio. Journal of Experimental Biology. 194 (1), (1994).
- Kalueff, A. V., et al. Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond. Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).
- Tudorache, C., Schaaf, M. J. M., Slabbekoorn, H. Covariation between behaviour and physiology indicators of coping style in zebrafish (Danio rerio). Journal of Endocrinology. 219 (3), 251-258 (2013).
- Uliano, E., et al. Effects of acute changes in salinity and temperature on routine metabolism and nitrogen excretion in gambusia (Gambusia affinis) and zebrafish (Danio rerio). Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 157 (3), 283-290 (2010).
- Palstra, A. P., et al. Establishing zebrafish as a novel exercise model: Swimming economy, swimming-enhanced growth and muscle growth marker gene expression. PLoS ONE. 5 (12), (2010).
- Bak-Coleman, J., Court, A., Paley, D. A., Coombs, S. The spatiotemporal dynamics of rheotactic behavior depends on flow speed and available sensory information. The Journal of Experimental Biology. 216, 4011-4024 (2013).
- Brett, J. R. The Respiratory Metabolism and Swimming Performance of Young Sockeye Salmon. Journal of the Fisheries Research Board of Canada. 21 (5), 1183-1226 (1964).
- Quintella, B. R., Mateus, C. S., Costa, J. L., Domingos, I., Almeida, P. R. Critical swimming speed of yellow- and silver-phase European eel (Anguilla anguilla, L.). Journal of Applied Ichthyology. 26 (3), 432-435 (2010).
- Spence, R., Gerlach, G., Lawrence, C., Smith, C. The behaviour and ecology of the zebrafish, Danio rerio. Biological Reviews. 83 (1), 13-34 (2008).
- Engeszer, R. E., Patterson, L. B., Rao, A. A., Parichy, D. M. Zebrafish in the Wild: A Review of Natural History and New Notes from the Field. Zebrafish. 4 (1), (2007).
- Gardiner, J. M., Atema, J. Sharks need the lateral line to locate odor sources: rheotaxis and eddy chemotaxis. Journal of Experimental Biology. 210 (11), 1925-1934 (2007).
- Thorpe, J. E., Ross, L. G., Struthers, G., Watts, W. Tracking Atlantic salmon smolts, Salmo salar L., through Loch Voil, Scotland. Journal of Fish Biology. 19 (5), 519-537 (1981).
- Bottesch, M., et al. A magnetic compass that might help coral reef fish larvae return to their natal reef. Current Biology. 26 (24), R1266-R1267 (2016).
- Boles, L. C., Lohmann, K. J. True navigation and magnetic maps in spiny lobsters. Nature. 421 (6918), 60-63 (2003).
- Dingemanse, N. J., Kazem, A. J. N., Réale, D., Wright, J. Behavioural reaction norms: animal personality meets individual plasticity. Trends in Ecology and Evolution. 25 (2), 81-89 (2010).
