גישה חדשה שמבטל טיפול לחקר תוקפנות והשפעת "לוזר" ב<em> תסיסנית melanogaster</em
Summary
במהלך זבוב פירות קרבות, דפוסי ההתנהגות שנצפו, להילחם דינמיקה, והלמידה וזיכרון הקשורים מושפעות תנאי ניסוי. הפרוטוקול המובא כאן מתאר הליך רומן שלגמרי מבטל טיפול בזבובים במהלך ניסויים. זה משפר את דינמיקת קרב ומאפשר היווצרות של תופעות "לוזר" חזקות.
Abstract
התנהגות תוקפנית בmelanogaster תסיסנית מורכבת מהביטוי רציף של דפוסי התנהגות סטריאוטיפיים (לניתוח לראות 1). התנהגות מורכבת זו מושפעת מגורמים גנטיים, הורמונליים וסביבתיים. כמו באורגניזמים רבים, ניסיון לחימה קודם משפיע על אסטרטגית הלחימה של זבובים ותוצאה של תחרויות מאוחר יותר: לאבד מאבק מגדיל את ההסתברות לאבד תחרויות מאוחר יותר, חושף תופעות "לוזר" שעשויה להיות כרוך למידה וזיכרון 2-4. הלמידה והזיכרון שמלווה את הביטוי של התנהגויות חברתיות מורכבות כמו תוקפנות, הוא רגישה למבחן מראש טיפול בבעלי החיים 5,6. הפרוצדורות רבות משמשות במעבדות שונות ללמוד תוקפנות 7-9, לעומת זאת, לא באופן שגרתי פרוטוקול המשמש שאינו כולל טיפול בזבובים זמינים כעת. כאן אנו מדווחים מנגנון התנהגות חדש שמבטל טיפול של זבובים, באמצעות insteaד תגובות geotactic השליליות המולדת שלהם כדי להעביר בעלי חיים לתוך או מחוץ לתאי לחימה. בפרוטוקול זה, זירות קרב מעגליות קטנות המכילות כוס מזון מחולקות לשני חצאים שווים על ידי מחוון פלסטיק נשלף לפני כניסתה של זבובים. זבובים להיכנס תאים מבקבוקוני בידוד ביתם באמצעות דלתות זזים קאמריות וgeotaxis. לאחר ההסרה של מחווני פלסטיק, זבובים חופשיים אינטראקציה. לאחר פרק זמן נקוב, זבובים מופרדים שוב על ידי מחוונים לניסויים הבאים. כל זה נעשה בקלות ללא טיפול של זבובים בודדים. מנגנון זה מציע גישה חדשנית ללימוד תוקפנות והלמידה קשורה וזיכרון, כולל ההיווצרות של תופעות "לוזר" בקרבות זבוב. בנוסף, מנגנון זה חדש לשימוש כללי התנהגות יכול להיות מועסק ללמוד התנהגויות חברתיות אחרות של זבובים וצריכים, באופן כללי, יהיה עניין לחקירת שינויים הקשורים לניסיון בתהליכי התנהגות בסיסי.
Introduction
תוקפנות במערכות בבעלי חיים קשורה באופן הדוק לרכישה והאחזקה של משאבים כגון מזון, טריטוריה וחברים. בהתחשב בתפקיד החשוב זה משחק בכושרם של יחידים, אין זה מפתיע כי תוקפנות התפתחה על פני ממלכת החי. כתכונה אדפטיבית ישירות הטבות יחידים, מרכיב למידה וזיכרון חזק מזוהה עם תוקפנות. בתחרות על מעמד חברתי, ניסיון לחימה קודם משפיע על התוצאות של תחרויות מאוחר יותר. באופן כללי, עולה ניסיון מפסיד לפני, וניסיון מנצח יורד, ההסתברות לאבד תחרויות מאוחר יותר (המכונה "לוזר" והשפעות "מנצח"). אפקטים "לוזר" נצפו במגוון רחב של מינים, וכמה דיווחים מצביעים על כך שהללו יכולים להימשך כמה ימים ואילו השפעות "מנצח" בדרך כלל הם של משך קצר יותר 2,10,11.
הדו"ח הראשון של התנהגות תוקפניתבזבובי פירות (ampelophila ד) היה על ידי Sturtevant בשנת 1915 בעיתון העוסק בהכרה מין ובחירת מין 12. חצי מאה מאוחר יותר, בדיקות של פירות גבריים מלאים יותר לטוס תוקפנות נעשתה, שתיארה ביותר של דפוסי ההתנהגות שנצפו במהלך קרבות זבוב פירות. ניסויים אלה בעיקר בוצעו בקבוצות קטנות של זבובי זכרים ונקבה נצפו על פני שעות 13-15. לאחרונה, עם התוספת של כלים רבי עוצמה גנטיים, מערכי קרב חד מיני זוגיים וזמנים קצרים יותר של התבוננות, ד ' melanogaster התפתח כמערכת מודל חשובה למחקר של הביולוגיה של תוקפנות 1,16. ניתוח של קרבות בין זוגות אותו מין של זבובי זכרים ונקבות הראה כי תוקפנות כרוכה דפוסי התנהגות סטריאוטיפיים שהמעבר מאחת לשנייה באופן סטטיסטי אמין 1,17. חלק מדפוסי ההתנהגות שנצפו הוא מין ספציפי ואילו אחרים הם נצפו במאבקים בשני המינים. קרבות זכר ללכת לרמות עוצמה גבוהות יותר מאשר קרבות נשיים ולגרום להיווצרות של יחסי שליטה עם "זוכים" ברורים ו" מפסידים ". נכון לעכשיו, מעבדות רבות החלו לחקור את 18 ביוכימיים, 7,19-21 עצביים, ו- 22 בסיס גנטי של תוקפנות. למרבה הצער, מטה-אנליזה של מחקרים כדי לקבל תובנה דינמיקת מאבק וההקמה ותחזוקה של מערכות יחסים דומיננטיות היא בעייתי בשל השימוש בריבוי הליכי ניסוי במעבדות שונות. בעיקרו של דבר בכל הטכניקות שתוארו בספרות כרוכה טיפול ומניפולציה של זבובים להציג אותם לזירות 19,23,24 ובמהלך הניסוי התנהגותי 3,4 להעביר זבובים מזירות. שאיפה עדינה היא הדרך הנפוצה ביותר כדי לתפעל זבובים 3,4,23-25, אבל 2 הרדמה קרה או CO משמשות גם 9,26, למרות עמ 'מחקרי revious כבר דיווחו שיש להם נהלים אלה השפעות מזיקות על זבוב התנהגות 27,28. תקופה של לפחות 24 שעות מומלצת לאחר השימוש בכל הרדמה כדי למזער את ההשפעות שלהם על התנהגות 29,30.
זבובים ללמוד מניסיון לחימה קודם ולשנות את השימוש בדפוס ההתנהגות שלהם במצבים חדשים, המצביעים על כך למידה וזיכרון ילוו והשלכות של מפגשים התגוששותית. במובן זה, לטוס קרבות דומים למצבי למידת תניה אופרנטית שבטס ללמוד כי אסטרטגיה עבדה ולאחר מכן להשתמש בו לעתים קרובות יותר ויותר במהלך מפגשים שלאחר מכן. זבובים לשנות אסטרטגיות הלחימה שלהם לאחר יחסי דומיננטיות הוקמו במהלך קרבות, עם זוכים זנקו יותר ויותר ומפסידים פחות ופחות. לאחר תקופה של הפרדה, מפסידים קודמים להראות התנהגות הרבה יותר כנועה וסבירים מאוד לאבד 2 nd נלחם כאשר יחד עם fl הנאיביies או זוכים קודמים 3,4. עם זאת, היעדר הליך ניסיוני שאינו כולל טיפול בזבובים עשה מחקרים מפורטים של תופעות "לוזר" קשות. במחקר שנערך לאחרונה, השווינו שתי הפרוצדורות בשימוש שיגרתי במעבדות (שאיפה וקרה-הרדמה) להציג זבובים לתוך תאי התנהגות לנוהל החדש שמבטל טיפול. התוצאות הראו כי קרה-הרדמה השפעות שליליות גדולות בהרבה על תוקפנות מאשר שאיפה, אבל גם שאיפה הפחיתה את רמת האגרסיביות על ידי זבובים. השאיפה לא, לעומת זאת, גורמת לתופעות משמעותיות ביותר על הלמידה והזיכרון שילווה את התוקפנות. בעקבות פרוטוקול זהה בשני הליכי ניסוי (שאיפה ולא טיפול), אפקט "לוזר" חזק היה רק נצפה כאשר הטיפול בזבובים חוסלו מ5,6 ההליך ניסיוני.
באופן אידיאלי, מחקרים של תוקפנות דרוזופילה בlaboratories צריך לכלול מצבים סביבתיים שזבובים בדרך כלל נתקלים בטבע (תחרות על משאבים, שטח להגן וחלל לברוח). בנוסף, צריכים להיות מותאמים לתנאי ניסוי לגרום באופן מהימן, להתבונן ולפרש את ההתנהגות תחת בדיקה (מנסה למזער טיפול בבעלי חיים, להגביל את השימוש של CO 2 כחומר הרדמה, ולתקנן את הליכי ניסוי). בניסיון להתמודד עם רוב או את כל הנושאים הללו, עיצבנו מנגנון התנהגות חדש שמבטל טיפול בזבובים לפני, במהלך ואחרי החדרתם לזירות התנהגות. עם מנגנון אלה, זבובים להשתמש geotaxis השלילית המולדת שלהם להתרגש והועברה לתוך ומחוץ לתאי המאבק. על ידי ביטול טיפול בזבובים, פרוטוקול מטרה: (א) לצמצם את השונות התנהגותית בקרב אנשים; (ב) להקטין את הזמן הדרוש לזבובים לאינטראקציה וליצור מערכות יחסים דומיננטיות ברורות (זכרים); ו- (ג) באופן מהימן לגרום מספיק חזק behavioשינויי RAL כדי לאפשר היווצרות של תופעות "לוזר".
פרוטוקול זה מתאר מנגנון ניסיוני חדש וצעד אחר צעד ההליך לנתח תוקפנות ולאפשר ההיווצרות של אפקט חזק "לוזר" בד melanogaster. אנו צופים כי מנגנון התנהגות זו ניתן להתאים בקלות לחקר התנהגויות חברתיות אחרות הוצגו על ידי זבובי פירות.
Protocol
Representative Results
Discussion
העידן המודרני של שימוש בשיטות גנטיות תסיסנית החזקה שלה כאורגניזם מודל לחקר התוקפנות החל לפני כתריסר שנים עם ההקדמה של זירות ניסיוניות רומן שבו ניתן הייתה לקבל אמינה התנהגות לחימה עם זוגות בודדים של זבובים 1,7, 8,17,19. זירות אלה כללו משאבים רצויים (כוס מזון, בנ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי מענקים מהמכון הלאומי למדעי רפואה כלליים (GM099883 וGM074675) לeak היו הממנים לא היה תפקיד בעיצוב מחקר, איסוף נתונים וניתוח, החלטה לפרסם, או הכנה של כתב היד. אנו מודים לאנשים מהמכונה החנות שלנו בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת הרווארד לעיצוב של המנגנון התנהגותי (קשר: http://mikesmachine.com).
תרומות מחבר: ST, לפני הספירה נועדו מנגנון ההתנהגות. ST תוכנן ומותאם פרוטוקול הניסוי. ST ולפנה"ס בוצעו וניתחו את הניסויים. ST, eak ולפנה"ס כתב העיתון.
Materials
| Drosophila melanogaster pupa | Bloomington Stock Center | ||
| Standard fly food | Fabricated in-house. | ||
| Behavioral chambers | Mike machine | Fabricated in-house. Directly contact the compagny for more informations. | |
| Borosilicate glass vials | VWR International | 47729-576 | 16 x 10 mm |
| Cotton | Fisherbrand | 22-456-881 | Any brand can be used |
| Pasteur pipettes | VWR International | 53300-567 | |
| Paintbrush | Blick Art Material | 06157-7030 | Round , Size 3/0 |
| Toothpick | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Acrylic paint (blue/white) | Blick Art Material | 01637-5172/01637-1022 | Any brand can be used |
| Dry active yeast | Sigma | YSC2-500G | |
| Srew cap tube | VWR International | 10011-394 | 15 mm diameter, 10 mm height |
| Eppendorf | VWR International | 22363212 | |
| Tape | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Plastic slices | Electron Microscopy Sciences | 70329-40 | 22 x 40 x 0.25 mm Thickness |
| Light source (bulb) | VWR International | 500003-418 | Any brand can be used |
| Timer | VWR International | 62344-641 | Any brand can be used |
| Incubator | Percival | Directly contact the constructor for more informations. | |
| Carbon Dioxide Dry (CO2) | Medical-Technical Gases, Inc | 14H31 | |
| Binocular | Nikon | SMZ-745 | Any brand can be used |
| Camera (SONY Handycam HDR-CX330) | B&H | SOHDRCX330B | Any brand can be used |
| Computer | With a minimum of 1.4 Ghz Processor, running Microsoft Windows or Machintosh HD | ||
| ClipWrap | Download online | Any importing software can be used | |
| QuickTime Player | Download online | Any reading software can be used | |
| GraphPad Software | Online | Any statistical software can be used |
References
- Chen, S., Lee, A. Y., Bowens, N. M., Huber, R., Kravitz, E. A. Fighting fruit flies: a model system for the study of aggression. Proc Natl Acad Sci U S A. 99, 5664-5668 (2002).
- Hsu, Y., Earley, R. L., Wolf, L. L. Modulation of aggressive behaviour by fighting experience: mechanisms and contest outcomes. Biol Rev Camb Philos Soc. 81, 33-74 (2006).
- Yurkovic, A., Wang, O., Basu, A. C., Kravitz, E. A. Learning and memory associated with aggression in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A. 103, 17519-17524 (2006).
- Penn, J. K., Zito, M. F., Kravitz, E. A. A single social defeat reduces aggression in a highly aggressive strain of Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 12682-12686 (2010).
- Trannoy, S., Chowdhury, B., Kravitz, E. A. Handling alters aggression and ‘loser’ effect formation in Drosophila melanogaster. Learn Mem. 22, 64-68 (2015).
- Trannoy, S., Kravitz, E. A. Learning and memory during aggression in Drosophila: handling affects aggression and the formation of a ”loser” effect. Journal of Nature and Science. 1 (3), e56 (2015).
- Alekseyenko, O. V., Chan, Y. B., Li, R., Kravitz, E. A. Single dopaminergic neurons that modulate aggression in Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 6151-6156 (2013).
- Dierick, H. A., Greenspan, R. J. Serotonin and neuropeptide F have opposite modulatory effects on fly aggression. Nat Genet. 39, 678-682 (2007).
- Williams, M. J., et al. Regulation of aggression by obesity-linked genes TfAP-2 and Twz through octopamine signaling in Drosophila. 유전학. 196, 349-362 (2014).
- Chase, I. D., Bartolomeo, C., Dugatkin, L. A. Aggressive interactions and inter-contest interval: how long do winners keep winning?. Anim. Behav. 48, 393-400 (1994).
- Goessmann, C., Hemelrijk, C., Huber, R. The formation and maintenance of crayfish hierarchies: behavioral and self-structuring properties. Behav Ecol Sociobiol. 48, 418-428 (2000).
- Sturtevant, A. H. Experiments on sex recognition and the problem of sexual selection in Drosophila. J Animal Behav. 5, 351-366 (1915).
- Jacobs, M. E. Influence of light on mating of Drosophila melanogaster. Ecology. 41, 182-188 (1960).
- Dow, M. A., von Schilcher, F. Aggression and mating success in Drosophila melanogaster. Nature. 254, 511-512 (1975).
- Hoffmann, A. A laboratory study of male territoriality in the sibling species Drosophila melanogaster and D. simulans. Anim. Behav. 35, 807-818 (1987).
- Vrontou, E., Nilsen, S. P., Demir, E., Kravitz, E. A., Dickson, B. J. fruitless regulates aggression and dominance in Drosophila. Nat Neurosci. 9, 1469-1471 (2006).
- Nilsen, S. P., Chan, Y. B., Huber, R., Kravitz, E. A. Gender-selective patterns of aggressive behavior in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A. 101, 12342-12347 (2004).
- Fernandez, M. P., Kravitz, E. A. Aggression and courtship in Drosophila: pheromonal communication and sex recognition. J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol. 199, 1065-1076 (2013).
- Alekseyenko, O. V., et al. Single serotonergic neurons that modulate aggression in Drosophila. Current biology : CB. 24, 2700-2707 (2014).
- Asahina, K., et al. Tachykinin-expressing neurons control male-specific aggressive arousal in Drosophila. Cell. 156, 221-235 (2014).
- Andrews, J. C., et al. Octopamine neuromodulation regulates Gr32a-linked aggression and courtship pathways in Drosophila males. PLoS genetics. 10, e1004356 (2014).
- Zwarts, L., et al. Complex genetic architecture of Drosophila aggressive behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 17070-17075 (2011).
- Dierick, H. A. A method for quantifying aggression in male Drosophila melanogaster. Nat Protoc. 2, 2712-2718 (2007).
- Wang, L., et al. Hierarchical chemosensory regulation of male-male social interactions in Drosophila. Nat Neurosci. 14, 757-762 (2011).
- Davis, S. M., Thomas, A. L., Nomie, K. J., Huang, L., Dierick, H. A. Tailless and Atrophin control Drosophila aggression by regulating neuropeptide signalling in the pars intercerebralis. Nat Commun. 5, 3177 (2014).
- Yuan, Q., Song, Y., Yang, C. H., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Female contact modulates male aggression via a sexually dimorphic GABAergic circuit in Drosophila. Nat Neurosci. 17, 81-88 (2014).
- Perron, J. M., Huot, L., Corrivault, G. W., Chawla, S. S. Effects of carbon dioxide anaesthesia on Drosophila melanogaster. J Insect Physiol. 18, 1869-1874 (1972).
- Joachim, D., Curtsinger, J. W. Genotype and anesthetic determine mate choice in Drosophila melanogaster. Behav Genet. 20, 73-79 (1990).
- Barron, A. B. Anaesthetising Drosophila for behavioural studies. J Insect Physiol. 46, 439-442 (2000).
- Greenspan, R. J. . Fly Pushing: The theory and Practice of Drosophila Genetics. , (1997).
- Cabral, L. G., Foley, B. R., Nuzhdin, S. V. Does sex trade with violence among genotypes in Drosophila melanogaster?. PLoS One. 3 (4), e1986 (2008).
