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Biology

उनके सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए नेमाटोड की बड़े पैमाने पर खेती

Published: August 25, 2023 doi: 10.3791/65569
Automatic Translation
*1, *1, 1, 2, 1
1Program of Biomedical Science, Graduate School of Integrated Sciences for Life, Hiroshima University, 2Faculty of Design, Kyushu University
* These authors contributed equally

Summary

यहां, कुत्ते के भोजन अगर माध्यम का उपयोग करके थोक में संवर्धन करके नेमाटोड के सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए एक प्रणाली की सूचना दी गई है। यह प्रणाली शोधकर्ताओं को बड़ी संख्या में डाउर कीड़े का प्रचार करने की अनुमति देती है और इसे कैनोर्हैब्डाइटिस एलिगेंस और अन्य संबंधित प्रजातियों पर लागू किया जा सकता है।

Abstract

पशु गतिशील सामूहिक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, जैसा कि पक्षियों के झुंड, मछली के स्कूलों और मनुष्यों की भीड़ में देखा जाता है। जीव विज्ञान और भौतिकी दोनों के क्षेत्र में जानवरों के सामूहिक व्यवहार की जांच की गई है। प्रयोगशाला में, शोधकर्ताओं ने लगभग एक सदी के लिए फल मक्खी और ज़ेब्राफिश जैसे विभिन्न मॉडल जानवरों का उपयोग किया है, लेकिन इन आनुवंशिक रूप से ट्रैक्टेबल मॉडल जानवरों द्वारा ऑर्केस्ट्रेटेड बड़े पैमाने पर जटिल सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करना एक बड़ी चुनौती बनी हुई है। यह पत्र कैनोर्हैब्डाइटिस एलिगेंस में सामूहिक व्यवहार की एक प्रयोगात्मक प्रणाली बनाने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। प्रचारित कीड़े पेट्री प्लेट के ढक्कन पर चढ़ते हैं और सामूहिक झुंड व्यवहार दिखाते हैं। प्रणाली आर्द्रता और प्रकाश उत्तेजना को बदलकर कृमि बातचीत और व्यवहार को भी नियंत्रित करती है। यह प्रणाली हमें पर्यावरणीय परिस्थितियों को बदलकर सामूहिक व्यवहार के अंतर्निहित तंत्र की जांच करने और म्यूटेंट का उपयोग करके सामूहिक व्यवहार पर व्यक्तिगत स्तर की हरकत के प्रभावों की जांच करने की अनुमति देती है। इस प्रकार, प्रणाली भौतिकी और जीव विज्ञान दोनों में भविष्य के अनुसंधान के लिए उपयोगी है।

Introduction

गैर-वैज्ञानिक और वैज्ञानिक दोनों जानवरों के सामूहिक व्यवहार से मोहित हैं, जैसे पक्षियों के झुंड और मछली के स्कूलों में। भौतिकी, जीव विज्ञान, गणित और रोबोटिक्स सहित क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में सामूहिक व्यवहार का विश्लेषण किया गया है। विशेष रूप से, सक्रिय पदार्थ भौतिकी एक बढ़ता हुआ अनुसंधान क्षेत्र है जो स्व-चालित तत्वों से बना सिस्टम पर केंद्रित है, अर्थात, अपव्यय प्रणाली, जैसे पक्षियों के झुंड, मछली के स्कूल, मोटाइल बैक्टीरिया के बायोफिल्म, सक्रिय अणुओं से बने साइटोस्केलेटन, और स्व-चालित कोलाइड के समूह। सक्रिय पदार्थ भौतिकी का सिद्धांत यह कहता है कि व्यक्तियों के व्यवहार कितने भी जटिल हों, बड़ी संख्या में जीवित चीजों की सामूहिक गति कम संख्या में सरल नियमों द्वारा नियंत्रित होती है। उदाहरण के लिए, विसेक मॉडल, स्व-चालित कणों की सामूहिक गति के एकीकृत विवरण के लिए एक उम्मीदवार, भविष्यवाणी करता है कि चलती वस्तुओं की छोटी दूरी के संरेखण इंटरैक्शन को 2 डी में सनकी उतार-चढ़ाव के साथ एक लंबी दूरी के आदेशित चरण बनाने की आवश्यकता होती है, जैसा कि जानवरों के झुंड मेंहोता है 1. सक्रिय पदार्थ की भौतिकी से संबंधित टॉप-डाउन प्रयोगात्मक दृष्टिकोण तेजी से विकसित हो रहे हैं। पिछले प्रयोगों Escherichia कोलाई2 में एक लंबी दूरी का आदेश दिया चरण के गठन की पुष्टि की. अन्य हाल के कार्यों कार्यरत कोशिकाओं 3,4, बैक्टीरिया5, प्रेरक कोलाइड6, या चलती प्रोटीन 7,8. सरल न्यूनतम मॉडल जैसे कि विसेक मॉडल ने इन वास्तविक घटनाओं का सफलतापूर्वक वर्णन किया। इन एककोशिकीय प्रयोगात्मक प्रणालियों के विपरीत, जानवरों द्वारा सामूहिक व्यवहार आमतौर पर जंगली में मनाया जाता है, क्योंकि कोई भी 10,000 वास्तविक पक्षियों या मछलियों के साथ नियंत्रित प्रयोग करने की उम्मीद नहीं कर सकता है।

जीवविज्ञानी भौतिकविदों के समान रुचि साझा करते हैं: कैसे व्यक्ति एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं और कार्यात्मक रूप से एक समूह के रूप में व्यवहार करते हैं। व्यक्तिगत व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए पारंपरिक अनुसंधान क्षेत्रों में से एक तंत्रिका विज्ञान है, जिसमें व्यवहार के अंतर्निहित तंत्र की जांच न्यूरोनल और आणविक स्तरों पर की गई है। इस प्रकार अब तक कई न्यूरोसाइंटिफिक बॉटम-अप दृष्टिकोण विकसित किए गए हैं। भौतिकी में टॉप-डाउन दृष्टिकोण और जीव विज्ञान में नीचे-ऊपर दृष्टिकोण को फल मक्खी, कृमि कैनोरहैब्डाइटिस एलिगेंस और माउस9 जैसे मॉडल जानवरों का उपयोग करके सुविधा प्रदान की जा सकती है। हालांकि, प्रयोगशाला10 में इन मॉडल जानवरों के बड़े पैमाने पर सामूहिक व्यवहार पर कुछ निष्कर्ष निकाले गए हैं; प्रयोगशाला में बड़े पैमाने पर आनुवंशिक रूप से ट्रैक्टेबल मॉडल जानवरों को तैयार करना अभी भी मुश्किल है। इसलिए, जीव विज्ञान और भौतिकी में सामूहिक व्यवहार पर वर्तमान शोध में, वैज्ञानिकों के लिए यह मुश्किल हो गया है जो आमतौर पर जानवरों के सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए प्रयोगशाला में शोध करते हैं।

इस अध्ययन में, हमने उनके सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए नेमाटोड की बड़े पैमाने पर खेती के लिए एक विधि स्थापित की। यह प्रणाली हमें पर्यावरणीय परिस्थितियों को बदलने और म्यूटेंट10 का उपयोग करके सामूहिक व्यवहार पर व्यक्तिगत स्तर की हरकत के प्रभाव की जांच करने की अनुमति देती है। सक्रिय पदार्थ भौतिकी में, गणितीय मॉडल के मापदंडों को प्रयोगों और सिमुलेशन दोनों में नियंत्रित किया जा सकता है, जो एकीकृत विवरणों की पहचान के लिए उस मॉडल के सत्यापन को सक्षम बनाता है। आनुवंशिकी सामूहिक व्यवहार11 अंतर्निहित तंत्रिका सर्किट तंत्र को समझने के लिए प्रयोग किया जाता है.

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Protocol

1. कीड़े की तैयारी

नोट: जंगली प्रकार N2 ब्रिस्टल तनाव12 और ZX899 तनाव (लाइट -1 (ce314); ljIs123 [mec-4p :: ChR2, unc-122p :: RFP]) 13 क्रमशः सामूहिक व्यवहार और ऑप्टोजेनेटिक प्रयोगों के अवलोकन के लिए तैयार करें। ZX899 स्ट्रेन को अंधेरे परिस्थितियों में बनाए रखें।

  1. अगर के साथ नेमाटोड विकास माध्यम (एनजीएम) के 14 एमएल युक्त 60 मिमी प्लेट पर चार अच्छी तरह से खिलाया वयस्क कीड़े जमा करें और ई कोलाई ओपी 5012 के साथ वरीयता प्राप्त करें।
  2. 7 दिनों के लिए 23 डिग्री सेल्सियस पर एनजीएम प्लेट में भुखमरी के लिए एफ 1 कीड़े बढ़ो. इस बिंदु पर एफ 1 कीड़े की उपज लगभग 100 कीड़े / प्लेट है। कीड़े के चरणों में डाउर और भूखे एल 1 लार्वा की मिश्रित आबादी शामिल है।

2. कुत्ते के भोजन अगर की तैयारी (डीएफए) मध्यम प्लेटें

  1. एक कांच की बोतल जिसमें 2 ग्राम पाउडर कुत्ते के भोजन और 1% अगर मध्यम के 5 एमएल होते हैं और इसे कमरे के तापमान (चित्रा 1 ए) में ठंडा करते हैं।
    नोट: विभिन्न निर्माताओं से अन्य कुत्ते के खाद्य पदार्थ इस प्रयोग में इस्तेमाल किया जा सकता है.

3. डीएफए मध्यम प्लेटों के लिए कीड़े का टीकाकरण

  1. ई कोलाई ओपी 50 (चित्रा 1 बी) के साथ वरीयता प्राप्त एनजीएम प्लेट के केंद्र पर डीएफए माध्यम की छोटी मात्रा (लगभग 0.5 ग्राम) स्थानांतरित करें। ऑप्टोजेनेटिक प्रयोगों के लिए, कीड़े के टीकाकरण से पहले डीएफए पर 50 माइक्रोन ऑल-ट्रांस-रेटिनाल, चैनल रोडोप्सिन 2 के कोफ़ेक्टर के 40 माइक्रोन डालें।
  2. autoclaved पानी का उपयोग कर चार एनजीएम प्लेटों से भूखे कीड़े ले लीजिए.
  3. डीएफए माध्यम पर कुत्ते के भोजन (लगभग 0.5 ग्राम) का एक छोटा सा टुकड़ा रखें, प्लेट के ढक्कन से लगभग 2 मिमी दूर।
  4. संदूषण को रोकने के लिए एक साफ बेंच के अंदर 15 मिनट के लिए पराबैंगनी प्रकाश के साथ एनजीएम प्लेट को रोशन करें।
  5. एनजीएम प्लेटों पर डीएफए माध्यम पर एकत्रित कीड़े (लगभग 400 कीड़े) को टीका लगाएं। पेट्री प्लेट के अंदर आर्द्रता बढ़ाने और पानी की बूंदों को उत्पन्न करने से बचने के लिए पैराफिल्म के साथ प्लेट को सील न करें जो ढक्कन पर कीड़े को फँसाते हैं।
  6. 23 डिग्री सेल्सियस पर कीड़े का प्रचार करें और उन्हें लगभग 10-14 दिनों के लिए प्लेट के ढक्कन तक चढ़ने की अनुमति दें।
    नोट: क्योंकि ढक्कन पर कीड़े की संख्या मुश्किल से 10-14 दिनों के बाद वृद्धि हुई, यह कीड़े की संभावना भोजन से बाहर चला गया था कि माना जाता था.

4. सामूहिक व्यवहार का अवलोकन

  1. प्रयोग के दिन, एक नई एनजीएम प्लेट रखें जिसमें ई कोलाई और कुत्ते के भोजन अगर मध्यम को मैक्रो ज़ूम माइक्रोस्कोप(चित्रा 2ए)के मंच पर एक एल्यूमीनियम प्लेट पर शामिल नहीं किया गया था। कम से कम 5 मिनट (चित्रा 2 बी) के लिए एक पेल्टियर तापमान नियंत्रक इकाई का उपयोग करके 23 डिग्री सेल्सियस पर इस नई एनजीएम प्लेट के नीचे रखें। फिर, इस नई एनजीएम प्लेट के ढक्कन को उस प्लेट के ढक्कन से बदल दें जिस पर कीड़े चढ़ गए थे। कम आवर्धन उद्देश्य (चित्रा 2 ए) के रूप में उद्देश्य लेंस (एक्स 2, एनए = 0.5) का उपयोग करें।
  2. उस प्लेट के अंदर आर्द्रता को बदलने के लिए पेट्री प्लेट के नीचे का तापमान 23 डिग्री सेल्सियस से 26 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाएं (चित्र 2)।
  3. 20 फ्रेम s-1 (पूरक वीडियो S1) पर कैमरे के साथ प्लेट ढक्कन की आंतरिक सतह की छवियां प्राप्त करें।
  4. टैग की गई छवि फ़ाइल स्वरूप में अधिग्रहीत छवियों को सहेजें.

5. ऑप्टोजेनेटिक प्रयोग

  1. फ़िल्टर सेट के साथ फ़िल्टर किए गए नीले प्रकाश को वितरित करने के लिए 100 W पारा लैंप का उपयोग करें। एक विद्युत चुम्बकीय शटर प्रणाली(चित्रा 2बी)का उपयोग करके रोशनी समय को ठीक से नियंत्रित करें।
  2. नीली रोशनी रोशनी से पहले 5 मिनट के लिए इन शर्तों के तहत डीएफए पर जेडएक्स 899 बनाए रखें।
  3. 23 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा माइक्रोस्कोप चरण पर एक पेट्री प्लेट के ढक्कन से जुड़े ZX899 कीड़े रोशन.
  4. 20 फ्रेम s-1 (पूरक वीडियो S2) पर एक कैमरे के साथ प्लेट ढक्कन की आंतरिक सतह की छवियों को प्राप्त करें।

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Representative Results

यहां, सामूहिक व्यवहार टिप्पणियों के लिए जंगली प्रकार के डाउर कीड़े का उपयोग किया गया था। कीड़े लगभग 10-14 दिनों के लिए 23 डिग्री सेल्सियस पर खेती की गई और एक डीएफए मध्यम प्लेट के ढक्कन की भीतरी सतह तक चढ़ गए। प्रयोगात्मक दिन पर, केवल ढक्कन ई कोलाई और डीएफए माध्यम के बिना एक नई एनजीएम प्लेट में स्थानांतरित किया गया था। इस पेट्री प्लेट के नीचे शुरू में पेल्टियर प्रणाली का उपयोग करके 23 डिग्री सेल्सियस पर रखा गया था, और फिर इसका तापमान 26 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया गया था। माइक्रोस्कोप के नीचे एक फिल्म ली गई थी। चित्र 3 फिल्म के स्नैपशॉट दिखाता है। कीड़े ने आर्द्रता परिवर्तन के दौरान अपने नेटवर्क पैटर्न को गतिशील रूप से फिर से तैयार किया। जैसे-जैसे आर्द्रता बढ़ती है, नेटवर्क के डिब्बे का आकार भी बड़ा होता जाता है। अंत में, नेटवर्क ढह गए, और निष्क्रिय कृमि क्लस्टर ढक्कन की आंतरिक सतह पर बने रहे।

Figure 1
चित्र 1: बड़ी संख्या में कीड़े की खेती के लिए डीएफए माध्यम की तस्वीरें। (ए) कांच की बोतल में तैयार डीएफए माध्यम की तस्वीर। (बी)डीएफए माध्यम के साथ एनजीएम प्लेट की तस्वीर बस एकत्रित कीड़े टीका लगाए जाने के बाद। संक्षिप्ताक्षर: डीएफए = कुत्ते के भोजन अगर; NGM = सूत्रकृमि वृद्धि माध्यम। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2: सामूहिक व्यवहार के अवलोकन के लिए प्रायोगिक प्रणाली। (ए) सामूहिक व्यवहार के अवलोकन के लिए माइक्रोस्कोपी। (बी) पेल्टियर सिस्टम का उपयोग करके मैकेनिकल शटर कंट्रोलर और तापमान नियंत्रण प्रणाली। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: आर्द्रता पर सामूहिक नेटवर्क पैटर्न की निर्भरता का प्रतिनिधि डेटा। परिवेश आर्द्रता पर सी एलिगेंस नेटवर्क की निर्भरता। कैमरा फ्रेम रेट 1 एफपीएस है। स्केल बार = 4 मिमी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

अनुपूरक वीडियो S1: सामूहिक नेटवर्क संरचनाएं। जंगली प्रकार के डाउर कीड़े को पेट्री प्लेट में एनजीएम पर डीएफए का उपयोग करके प्रचारित किया गया था। कीड़े ढक्कन के अंदर स्व-व्यवस्थित। पेल्टियर डिवाइस का उपयोग करके आर्द्रता को बदल दिया गया था। चित्र ढक्कन के ऊपर से लिए गए थे। फिल्म वास्तविक समय रिकॉर्डिंग दर की तुलना में 80 गुना तेजी से चलती है। संक्षिप्ताक्षर: डीएफए = कुत्ते के भोजन अगर; NGM = सूत्रकृमि वृद्धि माध्यम। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक वीडियो एस 2: कीड़े के सामूहिक के ऑप्टोजेनेटिक हेरफेर। ऑप्टोजेनेटिक्स 1, 2, 4, 8, 32 और 128 एस ब्लू लाइट रोशनी के साथ किया गया था। इस सक्रियण ने शुरू में बंडलों के आर्बराइजेशन और पतन का कारण बना। अंत में, प्रारंभिक संरचना से अलग एक नेटवर्क का गठन किया गया था। फिल्म वास्तविक समय रिकॉर्डिंग दर से 20 गुना तेजी से खेली जाती है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

इस अध्ययन में, हम प्रयोगशाला में सी एलिगेंस के बड़े पैमाने पर सामूहिक व्यवहार के लिए एक प्रणाली तैयार करने के लिए एक प्रोटोकॉल दिखाते हैं। डीएफए-आधारित विधि मूल रूप से कैनोरहैब्डाइटिस जपोनिका14 और नियोप्लेक्टाना कार्पोकैप्से वीज़र15 के साथ स्थापित की गई थी, जो दोनों गैर-मॉडल जानवर हैं। हालांकि, सामूहिक व्यवहार की जांच के लिए इस पद्धति को लागू नहीं किया गया था। सी. एलिगेंस एक आनुवंशिक रूप से ट्रैक्टेबल मॉडल जानवर11,12 है. सी एलिगेंस का उपयोग कर व्यवहार आनुवंशिक अध्ययन व्यक्तिगत स्तर के व्यवहार अनुसंधान की जांच के लिए योगदान दिया है. हालांकि, सी एलिगेंस अनुसंधान के लंबे इतिहास में, हालांकि एक सरल क्लंपिंग पैटर्न 16,17,18,19मनाया गया था, कोई रिपोर्ट सी एलिगेंस के समूह स्तर के व्यवहार के माध्यम से गतिशील पैटर्न गठन का प्रदर्शन किया है. इस अध्ययन का एक प्रमुख विचार एक पेट्री प्लेट में एक लंबे समय के लिए कीड़े की एक बड़ी संख्या के रखरखाव की सुविधा के लिए डीएफए माध्यम का उपयोग कर रहा है. डीएफए माध्यम का उपयोग करते हुए, हम सी एलिगेंस द्वारा गतिशील सामूहिक व्यवहार का अवलोकन प्रस्तुत करते हैं, इस प्रकार एक नया व्यवहार प्रतिमान पेश करते हैं।

पहले, कई बड़े पैमाने पर कृमि उत्पादन विधियों की सूचना दी गई है। इन विधियों की तुलना में, इस पद्धति का लाभ डाउर कीड़े के अलगाव के लिए एक प्रक्रिया के बिना ढक्कन पर सामूहिक व्यवहार की जांच को सक्षम करना है। हाल ही में, हम ढक्कन20 के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक बातचीत का उपयोग कर एक ढक्कन और डीएफए माध्यम के बीच एक अंतर भर में nictating dauer कीड़े के हस्तांतरण की रिपोर्टिंग एक कागज प्रकाशित. यह कृमि स्थानांतरण तब होता है जब कीड़े लगभग 100 कीड़े से बना एक निक्टेशन कॉलम बनाते हैं। इस अध्ययन से पता चलता है कि केवल डाउर कीड़े स्थानांतरित कर सकते हैं जब डीएफए में बहुत अधिक भीड़ से डाउर संरचनाओं को प्रेरित किया जाता है। इस विधि द्वारा उत्पादित कीड़े की संख्या अंडे की जर्दी-आधारित विधियों जैसे अन्य तरीकों की तुलना में कम होने की संभावना है। हालांकि, ढक्कन पर एक व्यवहारिक परख करने के लिए, हम डाउर कीड़े की आबादी का उपयोग कर सकते हैं, जिसमें शायद ही अन्य चरण कीड़े जैसे भूखे एल 1 लार्वा शामिल हैं, जबकि पिछले तरीकों में डाउर कीड़े के अलगाव के लिए एक प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, यह विधि डाउर कीड़े का उपयोग करके अधिक सटीक सामूहिक व्यवहार परीक्षा की अनुमति देती है। इसके अलावा, प्रयोगकर्ता निम्नलिखित प्रक्रिया में कीड़े के घनत्व को भी नियंत्रित कर सकता है। सबसे पहले, ढक्कन में चले गए कीड़े को इकट्ठा करने और धोने के लिए आटोक्लेव पानी का उपयोग किया गया था। फिर, पानी में कीड़े की एकाग्रता कृमि निलंबन के एक विभाज्य में कीड़े गिनती के द्वारा निर्धारित किया गया था, और कृमि निलंबन एक सब्सट्रेट पर गिरा दिया गया था. एक साथ लिया गया, हमारी प्रणाली कृमि चरण और व्यवहार प्रयोगों के लिए घनत्व के मामले में अधिक नियंत्रणीय है।

सामूहिक व्यवहार का विश्लेषण सक्रिय पदार्थ भौतिकी के दृष्टिकोण से किया गया है, जो जीवित और गैर-जीवित स्व-चालित कणों की सामूहिक गतियों के एकीकृत विवरणों की पहचान करना चाहता है। इस लक्ष्य की ओर, गैर-जीवित स्व-चालित कणों और कोशिकाओं के लिए कई प्रयोगात्मक प्रणालियां विकसित की गई हैं, लेकिन बहु-कोशिकीय जीवों के लिए कम प्रणालियां विकसित की गई हैं, जो तंत्रिका सर्किट के आधार पर बहुत अधिक जटिल व्यवहार प्रदर्शित करती हैं। इसलिए, हमारी प्रणाली इस संभावना का विस्तार करती है कि सामूहिक गतियों का एकीकृत विवरण मौजूद है। आर्द्रता हेरफेर के बारे में, एक मॉडल के आधार पर हमारे पिछले संख्यात्मक सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि कीड़े के बीच आकर्षण बलों, संभवतः प्रयोग में आर्द्रता से प्रेरित, पैटर्न परिवर्तन को प्रेरित करते हैं, जो गुणात्मक रूप से आर्द्रता प्रेरित पैटर्न परिवर्तन10 के अनुरूप थे। हालांकि, हमें लगता है कि कोई नियतात्मक प्रयोगात्मक सबूत नहीं दिखा रहा है कि पैटर्न परिवर्तन तापमान के बजाय आर्द्रता से प्रेरित थे। इसलिए, प्रयोगकर्ता को सावधानी बरतनी चाहिए कि क्या सामूहिक व्यवहार परिवर्तनों को तापमान परिवर्तन के बजाय आर्द्रता परिवर्तन के लिए पूरी तरह से जिम्मेदार ठहराया जा सकता है या नहीं।

जानवरों में सामूहिक व्यवहार अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र को समझना जीव विज्ञान के क्षेत्र में एक नई चुनौती है। सामूहिक व्यवहार एक नए कार्य के उद्भव की ओर ले जाता है जो व्यक्तिगत स्तर पर प्रकट नहीं होता है। चूंकि जानवरों में एक तंत्रिका तंत्र होता है, उनके पास स्मृति और सीखने की क्षमता होती है, और व्यक्तिगत और जनसंख्या स्तरों पर इन तंत्रिका कार्यों में अंतर की जांच करना दिलचस्प है। यह ध्यान दिया गया है कि सामूहिक व्यवहार विदेशी जीवों और शिकार के लिए पता लगाने की संवेदनशीलता में सुधार और सही निर्णय लेने 21,22,23 के लिए क्षमता में वृद्धि. सी. एलिगेंस भी एक तंत्रिका तंत्र 302 न्यूरॉन्स से मिलकर बनता है और इस तरह पिछले खेती तापमान24 याद है और बेहतर आर्द्रता25 के साथ एक स्थान पर माइग्रेट करता है. इस प्रकार, सी एलिगेंस में तंत्रिका कार्यों और सामूहिक व्यवहार के बीच संबंधों की जांच करना दिलचस्प होगा। इसके अलावा, एक कृमि आबादी के व्यवहार के अवलोकन के माध्यम से यांत्रिक मापदंडों को निकालने की उम्मीद कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, सी में viscoelastic गुणों का अवलोकन. एलिगेंस भीड़ यह संभव एक एकल कृमि की लोच और कीड़े के बीच सतह तनाव का अनुमान लगाने के लिए कर देगा. कृमि गुच्छों का आकार वितरण उनके बीच सतह तनाव से संबंधित होना चाहिए। सी एलिगेंस व्यक्ति के प्रणोदन बल भी आवृत्ति है कि कीड़ा सतह तनाव के जवाब में बाहर ले जाता है से अनुमान लगाया जा सकता है. इस प्रकार, हम केवल कृमि आबादी की मैक्रोस्कोपिक जानकारी के आधार पर व्यक्तिगत कीड़े के स्तर पर यांत्रिक मापदंडों का अनुमान लगाने की उम्मीद कर सकते हैं।

अंत में, सक्रिय पदार्थ भौतिकी का उद्देश्य सामूहिक व्यवहार के एकीकृत विवरणों की पहचान करना है, और इस क्षेत्र को मापदंडों को नियंत्रित करके प्रस्तावित गणितीय मॉडल के अधिक प्रयोगात्मक सत्यापन की आवश्यकता है। इसके अतिरिक्त, प्रत्येक जानवर के सामूहिक पैटर्न गठन का कार्यात्मक महत्व और तंत्रिका कार्यों के लिए इसकी यांत्रिक प्रासंगिकता महत्वपूर्ण खुले प्रश्न हैं। इसके अलावा, यह देखते हुए कि 'सॉफ्ट रोबोटिक्स' के उद्देश्यों में से एक रोबोट के सामूहिकता का सटीक नियंत्रण है, हम आशा करते हैं कि नरम रोबोट के सामूहिक गतियों को नियंत्रित करने के लिए आवेदन के लिए कीड़े के सामूहिक व्यवहार के प्रयोगों के माध्यम से एक एल्गोरिथ्म स्थापित किया जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास घोषित करने के लिए हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

हम इस अध्ययन में इस्तेमाल उपभेदों प्रदान करने के लिए Caenorhabditis जेनेटिक्स सेंटर धन्यवाद. इस प्रकाशन को JSPS KAKENHI ग्रांट-इन-एड फॉर साइंटिफिक रिसर्च (B) (ग्रांट नंबर JP21H02532), JSPS KAKENHI ग्रांट-इन-एड ऑन द इनोवेटिव एरियाज "साइंस ऑफ सॉफ्ट रोबोट" प्रोजेक्ट (ग्रांट नंबर JP18H05474), JSPS KAKENHI ग्रांट-इन-एड फॉर ट्रांसफॉर्मेटिव रिसर्च एरियाज B (ग्रांट नंबर JP23H03845), जापान एजेंसी फॉर मेडिकल रिसर्च एंड डेवलपमेंट (ग्रांट नंबर JP22gm6110022h9904), JST-Mirai प्रोग्राम (ग्रांट नंबर JPMJMI22G3), और JST-FOREST कार्यक्रम (अनुदान संख्या JPMJFR214R)।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Escherichia coli and C. elegans strains
E. coli OP50 Caenorhabditis Genetics Center OP50 Food for C. elegans. Uracil auxotroph. E. coli B.
lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP] author ZX899 lite-1(ce314) mutant carrying the genes expressing ChR2 and RFP under the control of the mec-4 and unc-122 promoter, respectively
N2 Bristrol Caenorhabditis Genetics Center Wild-type C. elegans strain
For worm cultivation
Agar purified, powder Nakarai tesque 01162-15 For preparation of NGM plates
All-trans retinal Sigma-Aldrich R2500 For optogenetics
Bacto pepton Becton Dickinson 211677 For preparation of NGM plates
Calcium chloride Wako 036-00485 For preparation of NGM plates
Cholesterol Wako 034-03002 For preparation of NGM plates
di-Photassium hydrogenphosphate Nakarai tesque 28727-95 For preparation of NGM plates
Dog food Nihon Pet Food VITA-ONE For preparation of dog food agar medium
LB broth, Lennox Nakarai tesque 20066-95 For culture of E. coli OP50
Magnesium sulfate anhydrous TGI M1890 For preparation of NGM plates
Petri dishes (60 mm) Nunc 150270 For preparation of NGM plates
Potassium Dihydrogenphosphate Nakarai tesque 28720-65 For preparation of NGM plates
Sodium Chloride Nakarai tesque 31320-05 For preparation of NGM plates
Observation
Computer CT solution CS6229 Windows10 Pro with Intel Xeon Gold 6238R CPU and 768 GB of RAM
CMOS Camera Hamamatsu photonics  ORCA-Lightning C14120-20P For data acquisition
CMOS Camera Olympus DP74 For data acquisition
Microscope with SZX-MGFP set Olympus MVX10 For data acquisition
x2 Objective lens Olympus MV PLAPO 2XC Working distance 20 mm and numerical aperture 0.5
Shutter control
Shutter OptoSigma BSH2-RIX For controlling temporal pattern of  light illumination
Shutter controller OptoSigma SSH-C2B-A For controlling temporal pattern of  light illumination
Temperature control
Peltier temperature controller unit VICS WLVPU-30 For controlling humidity inside a Petri plate
UNI-THEMO CONTROLLER Ampere UTC-100 For controlling humidity inside a Petri plate
Data acquisition software
HCImage Hamamatsu photonics For data acquisition

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Imamura, R., Nakane, Y., Jiajing, H., Ito, H., Sugi, T. The Large-Scale Cultivation of Nematodes to Study Their Collective Behaviors. J. Vis. Exp. (198), e65569, doi:10.3791/65569 (2023).

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