Zebra balığı manyetik alanlara hassasiyeti kişiliği olan etkisinin değerlendirilmesi
Summary
Zebra balığı’nın kişilikleri onların yanıt-e doğru su akıntıları ve zayıf manyetik alan etkisi nasıl değerlendirmek için tasarlanmış bir davranış protokol açıklar. Aynı kişilikleri balıklarla yönler davranışlarını göre ayrılır. Sonra rheotactic yönlendirme davranışlarını bir yüzme tünelde bir düşük Debi ile ve farklı manyetik koşullar altında görülmektedir.
Abstract
Çalışma ortamlarında kendilerini yönlendirmek için hayvanlar kişilik gibi çeşitli iç faktörler ile etkileşim, dış yardımlar geniş bir dizi entegre. Burada, kendi yönlendirme yanıt birden çok dış çevre ipuçlarını, özellikle su akıntıları ve manyetik alanlar Zebra balığı kişiliği olan etkisinin incelenmesi için tasarlanmış bir davranış protokol açıklayın. Etkin olup olmadığını anlamak için bu iletişim kuralını amaçlamaktadır veya reaktif Zebra balığı görüntülemek farklı rheotactic eşikleri (yani, hangi balık başlamak akıntıya karşı yüzmek akış hızı) ne zaman çevreleyen manyetik alan yönünü değiştirir. Zebra balığı aynı kişiliği ile tanımlamak için balık tank yarısı parlak yarım dar bir açılış ile bağlı karanlıkta tanıtılmaktadır. Sadece proaktif balık roman, parlak çevre keşfetmek. Reaktif balık tank karanlık yarım çıkmayın. Düşük akış oranları ile Yüzme tünel rheotactic eşiği belirlemek için kullanılır. Manyetik alanını tünelde Dünya’nın manyetik alan yoğunluğu aralığını denetlemek için iki kurulumları tarif: bir manyetik alan akış yönünü (bir boyut) ve bir manyetik alan üç Aksiyel kontrolünü sağlayan boyunca kontrolleri. Balık akış hızı farklı manyetik alanlar’ın altında tünelde kademeli bir artış yaşandığı süre filme vardır. Veri yönlendirme davranışı üzerinde bir video izleme yordam toplanan ve rheotactic eşik tayini izin vermek için bir lojistik modele uygulanan. Zebra balığı shoaling toplanan temsilcisi sonuçlarını rapor. Özellikle, bunlar yalnızca reaktif, ihtiyatlı balık rheotactic eşik varyasyonları imzaladığında proaktif balık manyetik alan değişikliklere yanıt vermez iken manyetik alan onun yönde değişir göstermektedir. Bu metodoloji manyetik duyarlılık, çalışma ve hem hücre görüntüleme veya yüzme stratejileri shoaling birçok türün su, rheotactic davranış için uygulanabilir.
Introduction
Bu da çalışmanın, biz balık Kişilik balık su akıntıları ve manyetik alanlar gibi dış yönlendirme yardımlar için shoaling, yönlendirme yanıt üzerinde rolü soruşturma kapsamı olan laboratuar tabanlı davranış protokol tanımlamak.
Hayvanların hikayedir kararlar çeşitli duyusal bilgileri ağırlığında neden. Karar süreci gezinme olanağı hayvan tarafından etkilenir (seçin ve bir yön tutmak için örneğin, kapasite), iç durumunda (örneğin, beslenme ve üreme gereksinimlerinizin), onun yetenek hareket (örneğin, hareket biyomekanik) ve birçok ek dış faktörler (örneğin, saat, conspecifics ile etkileşim)1.
İç durum veya yönlendirme davranış hayvan Kişilik rolü genellikle kötü anlaşılmaktadır veya2keşfedilmeyi değil. Ek sorunlar sık sık koordine gerçekleştirmek ve grup hareket davranış3polarize sosyal sucul türleri, yönünü çalışmada ortaya.
Su akıntıları balık oryantasyon sürecinde önemli bir rol oynar. Balık su akımları bir unconditioned yanıt rheotaxis4(yani, akıntıya karşı odaklı) olumlu olabilir, olarak adlandırılan veya negatif (yani aşağı odaklı) aracılığıyla yönlendirmek ve indirilmesi için yiyecek arama arasında değişen çeşitli etkinlikler için kullanılır enerjik harcamaları5,6. Ayrıca, edebiyat büyüyen bir vücudun birçok balık türleri için oryantasyon ve gezinti7,8,9jeomanyetik alanı kullanın bildirir.
Balık rheotaxis ve yüzme performansı çalışma genellikle yapılan akışı chambers (oluklu), nerede balık akış hızı, kademeli artırmak için yüksek hız, düşük üzerinden kez tükenme (kritik hızı olarak da adlandırılır)10kadarmaruz kalır, 11. Öte yandan, önceki çalışmalarda arenalarda durgun su12,13ile hayvanlarda Yüzme davranış gözlem yoluyla yönünü manyetik alanında rolü araştırıldı. Burada, araştırmacılar su akıntıları ve manyetik alan manipüle ederken balık davranışını çalışmaya izin verir bir laboratuvar tekniğini tanımlamak. Bu yöntem Zebra balığı (Danio rerio) shoaling tarihinde ilk kez çevreleyen manyetik alan manipülasyon rheotactic eşik (yani, en az su hızı belirler sonucuna önde gelen bizim önceki çalışmada kullanılmıştır hangi shoaling şark akıntıya karşı balık)14. Bu yöntem bir oluklu odası kullanımı yavaş akar manyetik alan içinde Dünya’nın manyetik alan yoğunluğu aralığında savağı kontrol etmek için tasarlanmış bir kurulum ile kombine ile temel alır.
Zebra balığı davranışlarını gözlemlemek için kullanılan Yüzme tünel şekil 1‘ de gösterilmiştir. (Yapılmış bir nonreflecting akrilik silindir 7 cm çapında ve 15 cm uzunluğunda) tünel bir kurulum için denetim akış oranı14bağlıdır. Bu kurulum ile akış oranları tünelde aralığı 0 ile 9 cm/s arasında değişir.
Manyetik alan Yüzme tünelde işlemek için iki metodolojik yaklaşım kullanabilirsiniz: ilk tek boyutlu ve üç boyutlu ikincisidir. Herhangi bir uygulamada, bu yöntemlerin su tanımlanmış bir hacim belirli manyetik koşulları elde etmek için yapılan jeomanyetik taramalar alan işlemek — böylece, manyetik alan yoğunluğu bu çalışmada bildirilen tüm değerlerini jeomanyetik alanı ekleyin.
Tek boyutlu ile ilgili15yaklaşım, manyetik alanı boyunca (x ekseni tanımlanan) su akış yönü değiştirilebilir Yüzme tünel sarılı bobini kullanarak. Bu bir güç ünitesine bağlı ve Tekdüzen statik manyetik alanlar (şekil 2A) oluşturur. Benzer şekilde, üç boyutlu bir yaklaşım söz konusu olduğunda, elektrik telleri bobinleri kullanarak yapılan jeomanyetik taramalar Yüzme tünel içeren birim alanında değiştirilebilir. Ancak, manyetik alan üç boyutlu olarak denetlemek için bobinler üç dik Helmholtz çift (şekil 2B) tasarım var. Her Helmholtz çift üç dik alan yönergeleri (x, yve z) yönelik iki dairesel bobinleri oluşan ve üç Aksiyel Manyetometre çalışma kapalı çevrim şartları ile donatılmıştır. Manyetometre alan yoğunluklarını Dünya’nın doğal alanı ile karşılaştırılabilir ile çalışır ve (Yüzme tünel olduğu) geometrik merkezi bobinleri kümesi yakın bulunmaktadır.
Biz bir balık birçok parçalardan oluşan balık kişilik özellikleri onlar manyetik alanlar16yanıt şekilde etkiler varsayımını sınamak için yukarıda açıklanan teknikleri uygulamak. Proaktif ve reaktif Kişilik17,18 olan bireyler farklı su akar ve manyetik alanlara maruz kaldığında yanıt hipotez test ediyoruz. Bu test etmek için önce Zebra balığı atamak için kurulan bir metodoloji ve proaktif veya reaktif17,19,20,21olan grup bireylerin kullanarak sıralayın. O zaman, biz sadece reaktif bireylerin oluşan veya sadece proaktif bireyler biz örnek veri olarak mevcut manyetik savağı tankında oluşan sürüler Yüzme Zebra balığı rheotactic davranışını değerlendirmek.
Sıralama yöntemini roman ortamlar21keşfetmek için farklı eğilim proaktif ve reaktif bireyler üzerinde temel alır. Özellikle, bir tankın aydınlık ve karanlık tarafı17,19,20,21 (şekil 3) kullanır. Hayvanlar karanlık tarafa iklime alıştırılacağı. Parlak tarafında erişim ne zaman açık, proaktif bireyler hızlı bir şekilde çıkmak reaktif balık karanlık tankı terk etme iken yeni çevrenin, keşfetmek için tank karanlık yarım eğilimindedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada açıklanan protokol sucul türler gibi iki dış yardımlar (su mevcut ve jeomanyetik alanı) ve hayvan, bir iç faktör bütünleşmesi kaynaklanan karmaşık yönlendirme yanıtları ölçmek bilim adamları sağlar bir kişilik. Bilim adamları farklı kişilik bireylerin ayırmak ve ayrı ayrı kontrol etmek veya dış çevre yardımlar sırasında aynı anda yönlendirme davranışlarını araştırmak izin verir bir deneysel tasarım oluşturmak için genel bir kavramdır.
<p class="jove_conten…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Çalışma temel araştırma kurucu Fizik Bölümü ve Napoli Üniversitesi Federico II Biyoloji bölümü tarafından desteklenmiştir. Yazarlar Dr Claudia Angelini (Enstitüsü, Uygulamalı Matematik, Consiglio Via delle Ricerche [CNR], İtalya) istatistiksel destek için teşekkür ederiz. Yazarlar Martina Scanu ve Silvia Frassinet verileri ve F. Cassese, G. Passeggio ve R. Rocco departman teknisyenleri için tasarım ve deneysel kurulumunun gerçekleşme usta onların yardım toplama ile teknik yardım için teşekkür ederiz. Laura Gentile video çekim sırasında deney yardımcı olduğunuz için teşekkür ederiz. Diana Rose Udel Miami Üniversitesi Alessandro Cresci röportaj beyanları çekim için teşekkür ediyoruz.
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 |
References
- Nathan, R., et al. A movement ecology paradigm for unifying organismal movement research. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19052-19059 (2008).
- Holyoak, M., Casagrandi, R., Nathan, R., Revilla, E., Spiegel, O. Trends and missing parts in the study of movement ecology. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (49), 19060-19065 (2008).
- Miller, N., Gerlai, R. From Schooling to Shoaling: Patterns of Collective Motion in Zebrafish (Danio rerio). PLoS ONE. 7 (11), 8-13 (2012).
- Chapman, J. W., et al. Animal orientation strategies for movement in flows. Current Biology. 21 (20), R861-R870 (2011).
- Montgomery, J. C., Baker, C. F., Carton, A. G. The lateral line can mediate rheotaxis in fish. Nature. 389 (6654), 960-963 (1997).
- Baker, C. F., Montgomery, J. C. The sensory basis of rheotaxis in the blind Mexican cave fish, Astyanax fasciatus. Journal of Comparative Physiology A: Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 184 (5), 519-527 (1999).
- Putman, N. F., et al. An Inherited Magnetic Map Guides Ocean Navigation in Juvenile Pacific Salmon. Current Biology. 24 (4), 446-450 (2014).
- Cresci, A., et al. Glass eels (Anguilla anguilla) have a magnetic compass linked to the tidal cycle. Science Advances. 3 (6), 1-9 (2017).
- Newton, K. C., Kajiura, S. M. Magnetic field discrimination, learning, and memory in the yellow stingray (Urobatis jamaicensis). Animal Cognition. 20 (4), 603-614 (2017).
- Langdon, S. A., Collins, A. L. Quantification of the maximal swimming performance of Australasian glass eels, Anguilla australis and Anguilla reinhardtii, using a hydraulic flume swimming chamber. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research. 34 (4), 629-636 (2000).
- Faillettaz, R., Durand, E., Paris, C. B., Koubbi, P., Irisson, J. O. Swimming speeds of Mediterranean settlement-stage fish larvae nuance Hjort’s aberrant drift hypothesis. Limnology and Oceanography. 63 (2), 509-523 (2018).
- Takebe, A., et al. Zebrafish respond to the geomagnetic field by bimodal and group-dependent orientation. Scientific Reports. 2, 727 (2012).
- Osipova, E. A., Pavlova, V. V., Nepomnyashchikh, V. A., Krylov, V. V. Influence of magnetic field on zebrafish activity and orientation in a plus maze. Behavioural Processes. 122, 80-86 (2016).
- Cresci, A., De Rosa, R., Putman, N. F., Agnisola, C. Earth-strength magnetic field affects the rheotactic threshold of zebrafish swimming in shoals. Comparative Biochemistry and Physiology – Part A: Molecular and Integrative Physiology. 204, 169-176 (2017).
- Tesch, F. W. Influence of geomagnetism and salinity on the directional choice of eels. Helgoländer Wissenschaftliche Meeresuntersuchungen. 26 (3-4), 382-395 (1974).
- Cresci, A., et al. Zebrafish “personality” influences sensitivity to magnetic fields. Acta Ethologica. , 1-7 (2018).
- Benus, R. F., Bohus, B., Koolhaas, J. M., Van Oortmerssen, G. A. Heritable variation for aggression as a reflection of individual coping strategies. Cellular and Molecular Life Sciences. 47 (10), 1008-1019 (1991).
- Dahlbom, S. J., Backstrom, T., Lundstedt-Enkel, K., Winberg, S. Aggression and monoamines: Effects of sex and social rank in zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 228 (2), 333-338 (2012).
- Koolhaas, J. M. Coping style and immunity in animals: Making sense of individual variation. Brain, Behavior, and Immunity. 22 (5), 662-667 (2008).
- Dahlbom, S. J., Lagman, D., Lundstedt-Enkel, K., Sundström, L. F., Winberg, S. Boldness predicts social status in zebrafish (Danio rerio). PLoS ONE. 6 (8), 2-8 (2011).
- Rey, S., Boltana, S., Vargas, R., Roher, N., Mackenzie, S. Combining animal personalities with transcriptomics resolves individual variation within a wild-type zebrafish population and identifies underpinning molecular differences in brain function. Molecular Ecology. 22 (24), 6100-6115 (2013).
- Toms, C. N., Echevarria, D. J., Jouandot, D. J. A Methodological Review of Personality-related Studies in Fish: Focus on the Shy-Bold Axis of Behavior. International Journal of Comparative Psychology. 23, 1-25 (2010).
- Boujard, T., Leatherland, J. F. Circadian rhythms and feeding time in fishes. Environmental Biology of Fishes. 35 (2), 109-131 (1992).
- Plaut, I. Effects of fin size on swimming performance, swimming behaviour and routine activity of zebrafish Danio rerio. Journal of Experimental Biology. 203 (4), 813-820 (2000).
- Tierney, P., Farmer, S. M. Creative Self-Efficacy Development and Creative Performance Over Time. Journal of Applied Psychology. 96 (2), 277-293 (2011).
- Plaut, I., Gordon, M. S. swimming metabolism of wild-type and cloned zebrafish brachydanio rerio. Journal of Experimental Biology. 194 (1), (1994).
- Kalueff, A. V., et al. Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond. Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).
- Tudorache, C., Schaaf, M. J. M., Slabbekoorn, H. Covariation between behaviour and physiology indicators of coping style in zebrafish (Danio rerio). Journal of Endocrinology. 219 (3), 251-258 (2013).
- Uliano, E., et al. Effects of acute changes in salinity and temperature on routine metabolism and nitrogen excretion in gambusia (Gambusia affinis) and zebrafish (Danio rerio). Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 157 (3), 283-290 (2010).
- Palstra, A. P., et al. Establishing zebrafish as a novel exercise model: Swimming economy, swimming-enhanced growth and muscle growth marker gene expression. PLoS ONE. 5 (12), (2010).
- Bak-Coleman, J., Court, A., Paley, D. A., Coombs, S. The spatiotemporal dynamics of rheotactic behavior depends on flow speed and available sensory information. The Journal of Experimental Biology. 216, 4011-4024 (2013).
- Brett, J. R. The Respiratory Metabolism and Swimming Performance of Young Sockeye Salmon. Journal of the Fisheries Research Board of Canada. 21 (5), 1183-1226 (1964).
- Quintella, B. R., Mateus, C. S., Costa, J. L., Domingos, I., Almeida, P. R. Critical swimming speed of yellow- and silver-phase European eel (Anguilla anguilla, L.). Journal of Applied Ichthyology. 26 (3), 432-435 (2010).
- Spence, R., Gerlach, G., Lawrence, C., Smith, C. The behaviour and ecology of the zebrafish, Danio rerio. Biological Reviews. 83 (1), 13-34 (2008).
- Engeszer, R. E., Patterson, L. B., Rao, A. A., Parichy, D. M. Zebrafish in the Wild: A Review of Natural History and New Notes from the Field. Zebrafish. 4 (1), (2007).
- Gardiner, J. M., Atema, J. Sharks need the lateral line to locate odor sources: rheotaxis and eddy chemotaxis. Journal of Experimental Biology. 210 (11), 1925-1934 (2007).
- Thorpe, J. E., Ross, L. G., Struthers, G., Watts, W. Tracking Atlantic salmon smolts, Salmo salar L., through Loch Voil, Scotland. Journal of Fish Biology. 19 (5), 519-537 (1981).
- Bottesch, M., et al. A magnetic compass that might help coral reef fish larvae return to their natal reef. Current Biology. 26 (24), R1266-R1267 (2016).
- Boles, L. C., Lohmann, K. J. True navigation and magnetic maps in spiny lobsters. Nature. 421 (6918), 60-63 (2003).
- Dingemanse, N. J., Kazem, A. J. N., Réale, D., Wright, J. Behavioural reaction norms: animal personality meets individual plasticity. Trends in Ecology and Evolution. 25 (2), 81-89 (2010).
