제 브라에 자기장에 감도에 개성의 영향 평가
Summary
우리는 어떻게 zebrafish의 인격에 영향을 미치는 물 전류 및 약한 자기장에 그들의 응답을 평가 하도록 행동 프로토콜을 설명 합니다. 동일한 인격과 물고기는 그들의 탐험 행동에 따라 구분 됩니다. 그런 다음, 수영 터널 낮은 흐름 속도 다른 자기 조건에 그들의 rheotactic 오리엔테이션 행동 관찰 됩니다.
Abstract
그들의 환경에서 스스로 방향, 동물 다양 한 성격 등의 여러 내부 요소와 상호 작용 하는 외부 신호를 통합 합니다. 여기, 우리가 여러 외부 환경 단서, 특히 물과 자기장 방향 반응에 zebrafish 개성의 영향의 연구를 위한 행동 프로토콜을 설명 합니다. 이 프로토콜 여부 사전 이해 하는 것을 목표로 또는 반응 zebrafish 다른 rheotactic 임계값을 표시 (즉, 있는 물고기 상류 수영 시작 흐름 속도) 주변 자기장의 방향을 변경 하는 때. 식별 하려면 zebrafish 같은 성격으로, 물고기 탱크의 절반 연결 밝은 반에 좁은 개방 된 어둠 속에서 소개 된다. 만 사전 물고기 탐구 소설, 밝은 환경. 반응 물고기 탱크의 어두운 절반을 종료 하지 마십시오. 낮은 흐름 율을 가진 수영 터널 rheotactic 임계값을 결정 하는 데 사용 됩니다. 우리 지구의 자기장 강렬의 범위에서 터널에 자기장을 제어 두 설정 설명: 흐름 방향 (1 차원)와 자기장의 3 축 제어를 허용 하는 자기장을 제어 하는 하나. 물고기는 다른 자기장 아래 터널에서 흐름 속도의 stepwise 증가 경험 하는 동안 촬영. 방향 동작에 대 한 데이터는 비디오 추적 절차를 통해 수집 하 고 rheotactic 임계값 결정 수 있도록 로지스틱 모델에 적용. 우리 보고 대표 결과 zebrafish shoaling에서 수집된 합니다. 특히, 이러한 사전 물고기 자기장 변화에 응답 하지 않는 동안 자기장의 방향에 변화 하는 때만 반응, 신중한 물고기 rheotactic 임계값의 변화를 보여 보여 줍니다. 이 방법론은 자기 감도의 연구 및 많은 수생 종, 독방을 표시 또는 수영 전략 shoaling의 rheotactic 행동에 적용할 수 있습니다.
Introduction
현재 연구에서 우리는 물고기 물고기 물 전류 및 자기장 등 외부 방향 신호를 shoaling의 방향 응답에 개성의 역할을 조사 하는 범위를가지고 실험실 기반의 행동 프로토콜을 설명 합니다.
동물의 orienting 결정 다양 한 감각 정보를 무게에서 유래한 다. 결정 과정 탐색 하는 동물의 능력에 의해 좌우 된다 (예를 들어, 선택 하 고 방향 유지 용량), 그것의 내부 상태 (예: 먹이 또는 생식 요구), 이동 (예를 들어, 운동 역학), 그리고 몇 가지 추가 하는 기능 외부 요인 (예, 하루, conspecifics와의 상호 작용의 시간)1.
내부 상태 또는 방향 동작에서 동물 개성의 역할은 종종 제대로 이해 하거나2탐험 하지. 추가적인 사회 수생 종, 수시로 조정 수행 하 고 그룹 운동 동작3편광의 방향 연구에서 발생 한다.
물은 물고기의 오리엔테이션 과정에서 핵심 역할을 한다. 생선과 물이 전류는 unconditioned 응답 이라고 rheotaxis4, 될 수 있는 긍정적인 (즉, 상류 지향) 또는 네거티브 (즉 하류 지향)을 통해 방향을의 최소화를 구하고에서 배열 하는 다양 한 행사를 위해 사용 된다 에너지 비용5,6. 또한, 문학의 성장 시체 보고 많은 물고기 종 방향 및 탐색7,,89지자기의 필드를 사용 합니다.
물고기에서 rheotaxis 및 수영 성능 연구는 일반적으로 흐름 챔버 (flume), 어디 생선에 노출 되는 흐름 속도의 stepwise 증가에서 높은 속도, 낮은 소모 (라는 중요 한 속도)10까지 자주 수행 11. 다른 한편으로, 이전 연구에서 아직도 물12,13동물의 수영 동작의 관찰을 통해 방향 자기장의 역할 조사. 여기, 우리가 물 전류와 자기장을 조작 하는 동안 물고기의 동작을 연구 하는 연구자 수 있도록 실험실 기술을 설명 합니다. 이 방법은 주변 자기장의 조작 rheotactic 임계값 (즉, 최소한의 물 속도 결정 하는 결론으로 이어지는 우리의 이전 연구에서 shoaling zebrafish (Danio rerio)에 처음으로 이용 되었다 어떤 shoaling 물고기 동양 상류)14. 이 메서드는 느린 흐름 flume, 지구의 자기장 강렬의 범위 내에서 자기장을 제어 하도록 설계 되었습니다 설치와 결합 된 flume 챔버의 사용을 기반으로 합니다.
수영 터널 이용 zebrafish의 동작을 관찰 하는 그림 1에 설명 되어. (Nonreflecting 아크릴 실린더 7 cm 직경 및 길이 15 cm의 만든) 터널 흐름 속도14의 컨트롤에 대 한 설치 프로그램에 연결 됩니다. 이 설치 터널에서 흐름 율의 범위는 0과 9 cm/s 사이의 다릅니다.
수영 터널에서 자기 필드를 조작 하려면 사용 하는 두 방법 론 적 접근: 처음 1 차원 이며 두 번째는 3 차원. 모든 응용 프로그램에 대 한 이러한 방법은 정의 된 양의 물에 특정 자기 조건을 얻기 위해 지자기의 필드 조작-따라서,이 연구에서 보고 하는 자기장 강도의 모든 값 포함 지자기 분야.
1 차원에 관한 접근15, 자기장 (x 축으로 정의 되는) 물 흐름 방향을 따라 조작 수영 터널 감싸 솔레노이드를 사용 하 여. 이것은 전원 장치에 연결 하 고 그것은 균일 한 정적 자기장 (그림 2A)을 생성 합니다. 마찬가지로 3 차원 접근의 경우 수영 터널을 포함 하는 볼륨에 지자기의 필드 전기 철사의 코일을 사용 하 여 수정 됩니다. 그러나, 3 차원에서 자기장을 제어 하려면 코일 3 개 직교 헬름홀츠 쌍 (그림 2B)의 디자인이 있다. 각 헬름홀츠 쌍은 3 개의 직교 공간 방향 (x, y및 z)에 따라 동쪽으로 향하게 하는 2 개의 원형 코일의 구성 하 고 폐쇄 루프 조건에서 일 하는 3 축 자력을 갖춘. 자력 지구의 자연적인 분야와 유사한 분야 농도 함께 작동 그리고 그것은 (수영 터널이 위치한) 코일 집합의 기하학 센터에 가깝습니다.
우리는 물고기는 얕은 구성의 성격 특성 그들은 자기장16에 응답 하는 방법에 영향 가설 테스트를 위에서 설명한 기술을 구현 합니다. 우리는 사전 및 사후 성격17,18 개인 응답 다르게 물 흐름과 자기장에 노출 되 면 가설을 테스트 합니다. 이 테스트 하려면 우리는 먼저 zebrafish 할당을 설립 방법과 사전 또는 사후17,19,,2021그룹 개인을 사용 하 여 정렬 합니다. 다음, 우리는 떼 반응 개인만의 구성 또는 예제 데이터로 선물이 자기 수조 탱크에 적극적인 개인만의 구성에서 수영 zebrafish의 rheotactic 행동을 평가 합니다.
정렬 방법 탐구 소설 환경21개인 사전 및 사후의 다른 경향을 기반으로 합니다. 특히, 우리는 밝고 어두운 측면17,19,,2021 (그림 3)으로 분할 하는 탱크를 사용 합니다. 동물 어두운 면에 acclimated 됩니다. 밝은 면에 대 한 액세스는 열려, 사전 개인 반응 물고기 어두운 탱크 두지 않는다 동안 새로운 환경을 탐구 하는 탱크의 어두운 절반을 신속 하 게 종료 하는 경향이.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 연구에서 설명 하는 프로토콜 수 과학자와 같은 2 개의 외부 신호 (물 현재 및 지자기 분야)와 동물의 하나의 내부 요소 간의 통합에서 발생 하는 수생 종의 복잡 한 방향 응답 척도를 성격입니다. 전반적인 개념 서로 다른 개성의 개인을 분리 하 고 별도로 제어 또는 동시에 외부 환경 신호 하는 동안 그들의 오리엔테이션 행동을 조사 하는 과학자를 허용 하는 실험적인 디자인을 만드는 것입니?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
연구는 물리학의 기본 연구 설립 및 나폴리 대학 페데리코 II의 생물학과 의해 지원 되었다. 저자는 통계 지원에 대 한 닥터 클 라우 디 아 Angelini (연구소의 적용 미적분학, Consiglio 나치오날레 델 Ricerche [CNR], 이탈리아) 감사합니다. 저자에 대 한 그들의 기술 수집 데이터, 그리고 설계 및 실험적인 체제의 실현에 그들의 숙련 된 지원에 대 한 부서별 기술자 F. Cassese, G. Passeggio, 및 R. 코 마르티나 Scanu와 실비아 Frassinet 감사 합니다. 우리가 감사로 라 이방인 도움 비디오 촬영 하는 동안 실험을 실시. 우리 다이애나 로즈 Udel Alessandro Cresci의 인터뷰 문을 촬영 마이애미 대학에서에서 감사 합니다.
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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