Evaluar la influencia de la personalidad en la sensibilidad a los campos magnéticos en el pez cebra
Summary
Se describe un protocolo de comportamiento diseñado para evaluar cómo influyen en su respuesta al agua corrientes y campos magnéticos débiles personalidades de pez cebra. Peces con los mismo personajes se separan en base a su comportamiento exploratorio. Luego, se observa su comportamiento de orientación rheotactic en un túnel de natación con un bajo caudal y bajo diferentes condiciones magnéticas.
Abstract
Para orientarse en su entorno, animales integran una amplia gama de estímulos externos, que interactúan con factores internos, como personalidad. Aquí, describimos un comportamiento protocolo diseñado para el estudio de la influencia de la personalidad de pez cebra en su respuesta de orientación a múltiples señales ambientales externos, específicamente las corrientes de agua y los campos magnéticos. Este protocolo intenta comprender si es proactiva o reactiva pez cebra Mostrar diferentes umbrales rheotactic (es decir, la velocidad del flujo en que el pescado comienza nadando contra la corriente) cuando el campo magnético circundante cambia su dirección. Para identificar el pez cebra con la misma personalidad, peces se introducen en la oscuridad de la mitad de un tanque conectada con una abertura estrecha a la mitad brillante. Sólo proactiva peces exploran la novela, brillante del ambiente. Pescado reactiva no salga la mitad oscura del tanque. Un túnel de natación con caudales bajos se utiliza para determinar el umbral de rheotactic. Se describen dos configuraciones para controlar el campo magnético en el túnel, en el rango de intensidad del campo magnético de la tierra: uno que controla el campo magnético a lo largo de la dirección del flujo (una dimensión) y que permite un control de tres axial del campo magnético. Pescado se filman mientras se experimentan un aumento gradual de la velocidad del flujo en el túnel bajo campos magnéticos diferentes. Datos sobre el comportamiento de orientación son recogidos a través de un procedimiento de seguimiento de video y aplicados a un modelo logístico para permitir la determinación del umbral rheotactic. Divulgamos resultados representativos de shoaling pez cebra. Específicamente, estos demuestran que pescado sólo reactiva, prudente Mostrar variaciones del umbral rheotactic cuando el campo magnético varía en su dirección, mientras que peces proactiva no responden a los cambios del campo magnético. Esta metodología puede aplicarse al estudio de la sensibilidad magnética y rheotactic comportamiento de muchas especies acuáticas, tanto mostrando a solitario o shoaling estrategias de natación.
Introduction
En el presente estudio, se describe un protocolo de comportamiento basado en el laboratorio que tiene el objetivo de investigar el papel de la personalidad de pescado en la respuesta de orientación de shoaling pescado a las señales de orientación externos, tales como campos magnéticos y corrientes de agua.
Las decisiones de orientación de los animales resultan de peso de diversas informaciones sensoriales. El proceso de decisión está influenciado por la capacidad del animal para navegar (por ejemplo, la capacidad para seleccionar y mantener una dirección), su estado interno (por ejemplo, necesidades de alimentación o reproducción), su capacidad de movimiento (e.g., biomecánica de la locomoción) y varios adicionales Factores externos (por ejemplo, hora del día, interacción con sus congéneres)1.
El papel del estado interno o animal personalidad en el comportamiento de la orientación es a menudo mal entendido o no explora2. Problemas adicionales surgen en el estudio de la orientación de especies acuáticas sociales, que a menudo realizan coordinada y polarizaron grupo movimiento comportamiento3.
Las corrientes de agua juegan un papel clave en el proceso de orientación de los peces. Pescado orientar las corrientes a través de una respuesta de unconditioned llamado rheotaxis4, que puede ser positivo (es decir, contra la corriente orientada) o negativo (es decir, aguas abajo orientado) de agua y se utiliza para diversas actividades, que van desde la alimentación a la minimización de gasto energético5,6. Por otra parte, un creciente cuerpo de literatura informes de que muchas especies utilizan el campo geomagnético para orientación y navegación7,8,9.
El estudio de rendimiento rheotaxis y natación en los peces se realiza en cámaras de flujo (flujo), donde peces están expuestos al progresivo aumento de la velocidad del flujo, de bajas a altas velocidades, a menudo hasta el agotamiento (llamada velocidad crítica)10, 11. Por otra parte, estudios previos investigaron el papel del campo magnético en la orientación a través de la observación del comportamiento de la natación de los animales en arenas con agua12,13. Aquí, describimos una técnica de laboratorio que permite a los investigadores estudiar el comportamiento de los peces mientras manipula las corrientes de agua y el campo magnético. Este método fue utilizado por primera vez el shoaling pez cebra (Danio rerio) en nuestro estudio anterior, lleva a la conclusión de que la manipulación del campo magnético circundante determina el umbral de rheotactic (es decir, la mínima velocidad del agua en que shoaling pescado Oriente aguas arriba)14. Este método se basa en el uso de una cámara de canal con flujo lento combinado con una instalación diseñada para controlar el campo magnético en el canal, dentro de la gama de la intensidad del campo magnético de la tierra.
El túnel de natación utilizado para observar el comportamiento del pez cebra se describe en la figura 1. El túnel (hecho de un cilindro de acrílico de nonreflecting con un diámetro de 7 cm y 15 cm de longitud) está conectado a una instalación para el control de la tasa de flujo14. Con esta configuración, el rango de caudales en el túnel varía entre 0 y 9 cm/s.
Para manipular el campo magnético en el túnel de natación, utilizamos dos enfoques metodológicos: el primero es unidimensional y la segunda es tridimensional. Para cualquier uso, estos métodos de manipulan el campo geomagnético para obtener condiciones magnéticas en un volumen definido de agua, por lo tanto, todos los valores de intensidad del campo magnético en este estudio incluyen el campo geomagnético.
En cuanto a la unidimensional enfoque15, el campo magnético se manipula a lo largo de la dirección del flujo de agua (definida como el eje x) usando un solenoide envuelto alrededor del túnel de la natación. Esto está conectada a una unidad de potencia y genera campos magnéticos estáticos uniforme (figura 2A). Del mismo modo, en el caso del enfoque tridimensional, el campo geomagnético en el volumen que contiene el túnel de natación se modifica usando bobinas de los cables eléctricos. Sin embargo, para controlar el campo magnético en tres dimensiones, las bobinas tienen el diseño de tres pares de Helmholtz ortogonales (figura 2B). Cada par de Helmholtz está compuesto por dos bobinas circulares orientadas a lo largo de las tres direcciones del espacio ortogonal (x, yy z) y equipado con un magnetómetro de tres axial en condiciones de circuito cerrado. El magnetómetro trabaja con intensidades de campo comparables con campo natural de la tierra, y está situado cerca del centro geométrico del conjunto de bobinas (donde se encuentra el túnel de natación).
Implementamos las técnicas descritas anteriormente para probar la hipótesis que los rasgos de personalidad de los peces que componen un banco influyen en la manera que responden a campos magnéticos16. Probamos la hipótesis de que los individuos con personalidad proactiva y reactiva17,18 responden de manera diferente cuando se expone a corrientes y campos magnéticos. Para probar esto, clasificamos primero pez cebra utilizando una metodología establecida para asignar y grupo de individuos que son proactivos o reactivos17,19,20,21. Luego, evaluamos el comportamiento rheotactic del pez cebra nadan en cardúmenes compuesto por sólo reactivos individuos o compuesto de sólo individuos proactivos en el tanque de arrastre magnético, que presentamos como datos de la muestra.
El método de ordenación se basa en la diferente tendencia de las personas proactivas y reactivas para explorar nuevos ambientes21. En concreto, utilizamos un tanque dividido en un brillante y un lado oscuro17,19,20,21 (figura 3). Animales son aclimatados al lado oscuro. Cuando acceso al lado brillante es abierta, proactivo individuos tienden a salir rápidamente de la mitad oscura del tanque para explorar el nuevo entorno, mientras que el reactivo pescado no deje el tanque oscuro.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo descrito en este estudio permite a los científicos a cuantificar las respuestas de orientación complejo de especies acuáticas resultante de la integración entre dos señales externas (agua corriente y geomagnético campo) y uno de los factores interno del animal, tales como personalidad. El concepto general es crear un diseño experimental que permite a los científicos separar a individuos de personalidad diferente e investigar su comportamiento de orientación mientras que controlar por separado o simu…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El estudio fue apoyado por la Fundación de investigación básica del Departamento de física y el Departamento de Biología de la Universidad de Nápoles Federico II. Los autores agradecen a Dr. Claudia Angelini (Instituto de aplicar cálculo, Consiglio Nazionale delle Ricerche [CNR], Italia) para el apoyo estadístico. Los autores agradecen su ayuda técnica con la recolección de los datos y los técnicos departamentales F. Cassese, Passeggio G. y R. Rocco por su asistencia experta en el diseño y realización de la instalación experimental Martina Scanu y Silvia Frassinet. Agradecemos a Laura Gentile para ayudar a llevar a cabo el experimento durante el rodaje del video. Agradecemos a Diana Rose Udel de la Universidad de Miami para tomar las declaraciones de la entrevista de Alessandro Cresci.
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 |
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