यहां, परिवेश पर्यावरणीय परिस्थितियों में तितलियों के ठंडे सदमे वसूली का मूल्यांकन करने के लिए एक कम लागत, सुलभ प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है।
पारिस्थितिक शरीर विज्ञान, विशेष रूप से ectotherms के, इस बदलती दुनिया में तेजी से महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रजातियों और पर्यावरण लक्षण के उपायों का उपयोग करता है जीवों और उनके परिवेश के बीच बातचीत का पता लगाने के लिए बेहतर उनके अस्तित्व और फिटनेस को समझते हैं । पारंपरिक थर्मल परख समय, पैसा और उपकरणों के मामले में महंगे होते हैं और इसलिए अक्सर छोटे नमूना आकार और कुछ प्रजातियों तक सीमित होते हैं। यहां प्रस्तुत एक उपन्यास प्रोटोकॉल है जो तितलियों के उदाहरण का उपयोग करके बड़े, वॉलेंट, स्थलीय कीड़ों के व्यक्तिगत व्यवहार और शरीर विज्ञान पर विस्तृत डेटा उत्पन्न करता है। यह कागज एक ठंडा झटका वसूली परख है कि परिवेश पर्यावरण की स्थिति के तहत क्षेत्र में किया जा सकता है और महंगा प्रयोगशाला उपकरणों की आवश्यकता नहीं है के तरीकों का वर्णन करता है । इस विधि का उपयोग उष्णकटिबंधीय तितलियों के ठंडे सदमे के लिए प्रतिक्रिया और वसूली रणनीति को समझने के लिए किया गया है, पूरे तितली समुदायों में व्यक्तिगत स्तर के डेटा का उत्पादन किया गया है। इन तरीकों को दूरस्थ क्षेत्र सेटिंग्स और कक्षाओं दोनों में नियोजित किया जा सकता है और पारिस्थितिक रूप से प्रासंगिक शारीरिक डेटा उत्पन्न करने और एक शिक्षण उपकरण के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
1 9 70 के दशक के उत्तरार्ध में थर्मल फिजियोलॉजी और पारिस्थितिकी के एकीकरण और 1 9 80 के दशक की शुरुआतमें 1,2 ने पारिस्थितिक शरीर विज्ञान के क्षेत्र का शुभारंभ किया। ectotherms पर किए गए व्यापक थर्मल अध्ययन विविध पारिस्थितिकी-विकासवादी संदर्भों में पारिस्थितिक-शारीरिक सहक्रियाओं को उजागर करते हैं3,4,5. इक्टोथर्मिक जीवों के थर्मल फिजियोलॉजी पर शोध ने हाल ही में जलवायु परिवर्तन और दुनिया भर में थर्मल परिदृश्य को बदल दिया है6,7। पारिस्थितिक शरीर विज्ञान के अकादमिक क्षेत्र में अध्ययन को सूचित करने के अलावा, थर्मल फिजियोलॉजी परख शोधकर्ताओं के लिए मोटे तौर पर सुलभ हो सकती है और सभी स्तरों के लिए एक हाथ से शिक्षण दृष्टिकोण के रूप में काम कर सकती है। थर्मल प्रदर्शन के घटक, थर्मल सीमा और तापमान के झटके के प्रभाव सहित, पारिस्थितिकी, व्यवहार और जानवरों के जीवन इतिहास के लिए मौलिक हैं8,9।
विशेष रूप से, फिजियोलॉजी के प्रश्नों को संबोधित करने के लिए इकोटोथर्म का उपयोग किया जाता है, क्योंकि एंडोथरमी परिवेश और संगठित तापमान के बीच एक अभिन्न लिंक तय करता है। तापमान सीमा जो जीवों को झेल सकते हैं (उनके महत्वपूर्ण थर्मल न्यूनतम से अधिकतम-थर्मल रेंज) और जिस तापमान पर उनके व्यवहार और फिटनेस को अधिकतम किया जाता है (थर्मल ऑप्टिमा) अक्सर पारिस्थितिक और विकासवादी प्रक्रियाओं में निहित होते हैं। ये शारीरिक लक्षण बढ़ते महत्व के हैं क्योंकि तापमान, दोनों का मतलब है और चरम,10बढ़ रहे हैं । उदाहरण के लिए, तापमान में वृद्धि सहित अजैविक परिवर्तन, जो पर्यावास विनाश और विखंडन के साथ होते हैं, ने एन्यूर सहित ectotherms के समुदायों को प्रभावित किया है, शारीरिक रूप से नाजुक प्रजातियों (संकीर्ण थर्मल सहिष्णुता के साथ) को छोटे अवशेष आवास पैच11,12तक सीमित किया है।
थर्मल प्रदर्शन के प्रमुख घटकों का आकलन समय और संसाधनों दोनों के मामले में महंगा हो सकता है और परंपरागत रूप से प्रयोगशाला उपकरण और मानकीकृत स्थितियों की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, पारंपरिक परख अक्सर किसी दिए गए जानवर13 द्वारा प्रकृति में अनुभवी परिवेश की स्थितियों की चौड़ाई को प्रतिबिंबित नहीं करती है क्योंकि समान शरीर विज्ञान प्रयोगों में तापमान सावधानी से नियंत्रित किया जाता है और अक्सर किसी जानवर द्वारा अनुभवी परिवेश की स्थितियों से असंबंधित होता है। यह तापमान नियंत्रण व्यक्तिगत प्रतिक्रियाओं में भिन्नता की समझ को कम कर सकता है2,14 फिजियोलॉजिस्ट्स ने प्रयोगशाला आधारित हीटिंग और कूलिंग प्रयोगों पर भरोसा किया है, प्रोग्राम करने योग्य पानी स्नान का उपयोग करके थर्मल प्रदर्शनघटता 15को सूचित करने के लिए एक जानवर के वातावरण को तेजी से गर्म या ठंडा करने के लिए।
आमतौर पर, जानवरों को थर्मोकपल के साथ शीशियों में रखा जाता है, और आसपास के पानी के स्नान के तापमान को नियंत्रित करके उनके परिवेश का तापमान तेजी से बदल जाता है। शोधकर्ता एक परिवर्तित शारीरिक स्थिति (जैसे, ठंडा कोमा, नॉकडाउन) और जिस तापमान पर स्थिति परिवर्तन हुआ उसे प्राप्त करने में लगने वाले समय को मापते हैं16,17। न्यूनतम $ 500 से शुरू, ये उपकरण बड़े, भारी हैं, और अतिरिक्त तकनीकी उपकरणों (जैसे, कंप्यूटर, थर्मोकपल) की आवश्यकता होती है। नतीजतन, थर्मल प्रदर्शन का आकलन करने के क्लासिक तरीकों को पूरा करने के लिए बुनियादी उपकरण 1) सभी के लिए आर्थिक रूप से सुलभ नहीं हैं, 2) छोटे dipterans के लिए उपयोग की जाने वाली प्रथागत शीशियों में निहित होने वाले जानवरों को परखने के लिए उपयुक्त नहीं हैं, और 3) दूरस्थ क्षेत्र सेटिंग्स में उपयोग के लिए पोर्टेबल नहीं हैं। सामान्य प्रथा के पालन के परिणामस्वरूप वर्गीकरण और प्रायोगिक स्थितियों में सीमित प्रतिनिधित्व हुआ है18,19,20.
जबकि पूर्ण थर्मल प्रदर्शन घटता प्रजातियों के वितरण, जीवन इतिहास लक्षण, और व्यवहार, अन्य लक्षणों के बीच सूचित कर सकते हैं, कम और सरल थर्मल मैट्रिक्स की मात्रा अधिक कुशल और अभी भी बेहद जानकारीपूर्ण हो सकती है। शारीरिक परख, ठंडा कोमा शुरुआत और बाद में ठंड सदमे वसूली, ठंड सख्त, और दक्षिणपंथी व्यवहार को मापने, एक जीव8के महत्वपूर्ण थर्मल न्यूनतम के लिए प्रभावी और निष्पादक परदे के बाहर हैं । यहां वर्णित एक ठंडा झटका परख बड़े स्थलीय ectothermic कीड़ों से शारीरिक डेटा प्राप्त करने के लिए उपयोगी है । परख सस्ती, सुलभ है, और क्षेत्र की स्थिति के तहत या कक्षा में निष्पादित करने के लिए आसान है । इस प्रोटोकॉल द्वारा उत्पन्न कोल्ड शॉक रिकवरी के आंकड़ों को पारिस्थितिक शरीर विज्ञान के बारे में प्रश्नों को आगे बढ़ाने के लिए प्रजातियों या व्यक्तिगत स्तर के लक्षण डेटा के साथ जोड़ा जा सकता है और/या छात्रों को शारीरिक सिद्धांतों के बारे में सिखाने के लिए इस्तेमाल किया जाता है ।
थर्मल फिजियोलॉजी के अध्ययन में जीवों और उनके परिवेश के बीच बातचीत को बेहतर ढंग से समझने के लिए प्रजातियों और पर्यावरणीय लक्षणों के उपायों को शामिल किया गया है जो जीवित रहने और फिटनेस की कुंजी हैं। पौधों और जानवरों के प्राकृतिक इतिहास और पारिस्थितिकी को समझने के लिए हमेशा अभिन्न अंग रहते हुए, परिदृश्य और जलवायु परिवर्तन के सामने थर्मल लक्षण बढ़ते महत्व के हैं11,21. विशेष रूप से, लेपिडोप्टेरा और ओडोनाटन, ectothermic स्थलीय कीड़ों के कई समूह अपेक्षाकृत बड़े और प्रचुर मात्रा में हैं, अलग व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, और हेरफेर के लिए उत्तरदायी हैं। यहां उल्लिखित ऐसी कीड़ों की शारीरिक प्रतिक्रियाओं को प्रभावी ढंग से मापने के लिए एक कुशल और कम लागत वाली परख है। इस प्रोटोकॉल में परख के लिए स्वस्थ जीवों के स्रोत की आवश्यकता होती है, जिसका प्रयोग से पहले हैंडलिंग समय सीमित है। जबकि एक समय में परख वाले जीवों की संख्या में लचीला, प्रति प्रयोग फोकल व्यक्तियों की संख्या डेटा संग्रह और/या पर्यवेक्षकों की संख्या के उद्देश्य के आधार पर भिन्न होगी ।
उदाहरण के लिए, यह प्रोटोकॉल पूरे समुदायों में तितलियों पर विस्तृत व्यक्तिगत डेटा एकत्र करने के लिए विकसित किया गया था। इस प्रकार, प्रतिनिधि परिणाम यथासंभव अधिक से अधिक प्रजातियों के व्यक्तियों के लिए डेटा संग्रह को अधिकतम करने के प्रयास को दर्शाते हैं और स्थानीय पर्यावरण के लिए प्रासंगिक विभिन्न स्थितियों के तहत। फोकल प्रजातियों की संख्या के बावजूद, यह पर्यवेक्षक के लिए महत्वपूर्ण है वसूली का अनुभव पिंजरे में प्रत्येक व्यक्ति की पहचान करने में सक्षम हो । यदि लक्ष्य केवल एक प्रजाति से डेटा एकत्र करना है, तो केवल एक या दो व्यक्ति (यदि विभिन्न विंग पहनने के आधार पर पहचाने जाने योग्य हैं या यदि व्यक्तिगत रूप से चिह्नित हैं) को एक बार में परख लिया जाना चाहिए। अध्ययन विषयों को एक विशिष्ट शोध प्रश्न या अध्ययन की योजना के अनुसार चुना जाना चाहिए । पूछे गए प्रश्न और डेटा संग्रह (उदाहरण के लिए अनुसंधान या कक्षा,) के उद्देश्य के आधार पर, नमूना आकार और अन्य लक्षणों का संग्रह अलग होगा।
इस प्रोटोकॉल (चिल कोमा के शामिल होना, वसूली के कदम, परिवेश की स्थिति की भूमिका) द्वारा स्पष्ट शरीर विज्ञान के मौलिक घटकों को समझाने के लिए, एक कक्षा प्रशिक्षक दो अलग प्रजातियों या एक ही प्रजाति के रूपों का चयन कर सकता है। यदि फोकल व्यक्ति केवल एक प्रमुख विशेषता (जैसे, रंग) में भिन्न होते हैं, तो एक छोटा नमूना आकार आवश्यक होगा, और छात्र उस विशेषता और ऑर्गेनमल फिजियोलॉजी के संबंधों का बारीकी से अध्ययन कर सकते हैं। पारिस्थितिक शरीर विज्ञान में रुचि रखने वाले शोधकर्ता जटिल पारिस्थितिक और विकासवादी सवालों का पता लगाने के लिए अपने प्रयोगात्मक डेटा का उपयोग कर सकते हैं। शोधकर्ताओं को ध्यान से फोकल कीड़े का चयन करना सुनिश्चित करना चाहिए जो सीधे उनके प्रश्नों को संबोधित करते हैं (उदाहरण के लिए, जीवन चरण, आयु, लिंग, स्थान के आधार पर), और, शामिल चरों की संख्या के आधार पर, उचित नमूना आकार निर्धारित करते हैं। जटिल मॉडलों के लिए नमूना आकार ऊपर वर्णित लोगों की तुलना में बड़ा होगा।
व्यवहार वसूली डेटा एकत्र करते समय, यह महत्वपूर्ण है कि पिंजरे जमीन के ऊपर आराम क्योंकि पर्यवेक्षक को वसूली व्यवहार प्रकाश में लाना पिंजरे के नीचे नल में सक्षम होना चाहिए । यह सुनिश्चित करता है कि जीव जैसे ही शारीरिक रूप से ऐसा करने में सक्षम होता है, (खड़ा, मक्खियां) का जवाब देता है, और टर्मिनल रिकवरी व्यवहार (उड़ान) प्रलेखित होता है। कोल्ड शॉक रिकवरी के दौरान परिवेश की स्थिति को रिकॉर्ड करना थर्मल फिजियोलॉजी के अध्ययन का अभिन्न अंग है, क्योंकि यह प्रोटोकॉल ऑर्गेनमल फिजियोलॉजी में पर्यावरण की भूमिका का अध्ययन करने और अलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। डेटा लॉगर्स (सामग्री की तालिकादेखें) प्रासंगिक स्थितियों (जैसे, तापमान, प्रकाश और यहां तक कि आर्द्रता) के मानकीकृत उपायों को रिकॉर्ड करने के लिए उपयोगी हैं। हालांकि, यदि ये उपकरण अनुपलब्ध हैं, तो प्रासंगिक स्थितियों को अन्य तरीकों से मापा जा सकता है जैसे कि डिजिटल थर्मामीटर के साथ या पर्यावरणीय स्थितियों के चर को सरल बनाकर और छाया और सूर्य जैसे विशिष्ट वातावरण का उपयोग करके। यह प्रोटोकॉल शोधकर्ता को अध्ययन के उद्देश्य और दायरे के आधार पर कोल्ड शॉक रिकवरी के दौरान स्थितियों को मापने के विकल्प देता है।
यद्यपि इस विधि को विशिष्ट वर्गीकरण समूहों के बेहतर अनुरूप करने के लिए संशोधित किया जा सकता है, यह सिफारिश की जाती है कि बड़े, वॉलेंट कीड़ों का उपयोग किया जाए। स्वतंत्र रूप से उड़ने की उनकी क्षमता हासिल करने वाली उड़ान कीड़े को पूर्ण वसूली पूरा करने के लिए माना जा सकता है। वर्णित विधि, उष्णकटिबंधीय और उपोष्णकों में तितलियों पर सफलतापूर्वक उपयोग की गई थी। किसी दिए गए क्षेत्र के थर्मल रुझानों के आधार पर (यानी, किसी साइट पर अनुभव किए गए तापमान की सीमा जो भिन्न होगी, इस प्रकार ऊंचाई, अक्षांश, चंदवा कवर के आधार पर अपेक्षाओं को प्रभावित करती है), एक जीव को ठंडा कोमा में प्रवेश करने के लिए बर्फ के पानी के स्नान में एक घंटे से अधिक या कम समय की आवश्यकता हो सकती है। जीव का आकार चिल कोमा में प्रवेश करने के लिए आवश्यक समय को भी प्रभावित कर सकता है। यह एक ठंडा कोमा (नहीं चलती) प्रेरित करने के लिए आवश्यक ठंड जोखिम के समय खोजने के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन फोकल प्रजातियों को मारने नहीं है । एक ठंडा कोमा प्रेरित करने के लिए आवश्यक समय आकार, स्थान, और प्राकृतिक इतिहास/ यहां वर्णित ठंडे सदमे प्रयोग के परिणामों के आधार पर और फोकल कीड़ों की पारिस्थितिकी के ज्ञान का उपयोग करके, एक समय चुनें जिस पर परीक्षण समाप्त करने के लिए यदि कोई व्यक्ति पूर्ण वसूली नहीं करता है।
शोधकर्ता के विशिष्ट प्रश्नों के आधार पर, इस विधि को या तो क्षेत्र या प्रयोगशाला में नियोजित किया जा सकता है ताकि क्रमशः महत्वपूर्ण चरों के लिए प्राकृतिक पर्यावरणीय भिन्नता और नियंत्रण दोनों के लिए अनुमति दी जा सके। यह परख सरल और सस्ती है और थर्मल फिजियोलॉजी के क्षेत्र में मौजूदा अंतराल को भरने में मदद करती है। इस प्रोटोकॉल की आसानी से यह टैक्सा की एक विविध सरणी के लिए रोजगार के लिए सुलभ बनाता है, प्रयोगशाला के अनुकूल जीवों से अधिक के लिए क्षेत्र खोलने । मानकीकृत अभी तक परिवेशी थर्मल परख करने की नवीनता प्रयोगशाला और क्षेत्र के परिणामों के बीच की खाई को भरती है22. जीव ों की वसूली के लिए परिवेशी परिस्थितियों का लाभ उठाने से शोधकर्ताओं को शरीर विज्ञान14,22में पर्यावरण और प्रजातियों के कारकों की भूमिका को विभाजित करने में मदद मिलेगी । अंत में, इसकी कम लागत और आवश्यक सामग्रियों की कमी के कारण, इस प्रोटोकॉल का उपयोग क्षेत्र में दूरदराज के स्थानों में कई क्षेत्र जीवविज्ञानियों के लिए आदर्श के साथ-साथ कक्षाओं में युवा छात्रों को सीखने के अनुभव पर हाथ रखने की अनुमति देने के लिए किया जा सकता है।
The authors have nothing to disclose.
जरेट डेनियल, इसाबेला प्लंमर, ब्रेट शेफर्स और डैन हान को प्रोटोकॉल पर इनपुट के लिए धन्यवाद क्योंकि इसे पहली बार विकसित किया गया था। इस प्रोटोकॉल के कई पुनरावृत्तियों को लागू करने और प्रमुख घटकों पर इनपुट के लिए जैमे हागर्ड, सेबेस्टियन ड्यूरन और इंडियाना क्रिस्टोबल रोइस-म्लावर के लिए अतिरिक्त आभार। पूरी तरह से पांडुलिपि पर प्रतिक्रिया के लिए एक गुमनाम समीक्षक को धन्यवाद भी। मैकगुरे सेंटर फॉर लेपिडोप्टेरा और जैव विविधता के प्रकाशन कोष, कृषि और जीवन विज्ञान कॉलेज, प्राकृतिक संसाधन और पर्यावरण स्कूल और यूएफ में वन्यजीव पारिस्थितिकी और संरक्षण विभाग द्वारा सहायता प्रदान की गई थी।
24 x 24 x 36" Popup Rearing & Observation Cage | Bioquip | 1466PB | Ensure that the cage is slightly elevated from the ground to be able to tap the floor of the cage during experiments. |
Cooler | Any | NA | |
Glassine envelopes | Bioquip | 1130B | |
HOBO Pendant Temperature/Light 8K Data Logger | Onset | UA-002-08 | If a datalogger is not accessible, researchers may choose to use a digital thermometer to record ambient temperatures at regular intervals. See protocol step 4.5 for additional information. |
HOBO Optic USB Base Station | Onset | Base-U-1 | |
Ice water | NA | NA | |
Insects (focal taxa) | NA | Any | Collect sufficient samples to test, ensuring replication of experimental groups (e.g. species, sampling location) |
PVC T-joint | Any | Any | |
Sealable plastic bag | Any | NA | |
Stopwatch/timer | Any | NA | |
Weight | Any | NA | Large coins or small rocks to weigh down the plastic bags will ensure that specimens are submerged in ice water. A standardized weight is ideal. |