A novel behavioral assay is described for investigating the short term gustatory responses of the mouthparts of freely-moving bumble bees (Bombus terrestris) toward nutrients and toxins in solution.
Универсалом опылители , как бафф хвостами шмель, шмель земляной, сталкиваются как питательные вещества и токсины в цветочном нектаре , которую они собирают из цветущих растений. Лишь в нескольких исследованиях были описаны вкусовыми реакции пчел в сторону токсинов в продуктах питания, и эти эксперименты в основном использовали реакцию расширения хоботка на сдержанных медоносных пчел. Вот, новый поведенческий анализ представлен для измерения ответов кормления свободно двигаться, отдельный работник шмелей питательных веществ и токсинов. Этот анализ измеряет количество раствора съеденной каждым шмелей и идентифицирует, как Tastants в продуктах питания влияют на микроструктуру пищевом поведении.
Растворы представлены в микрокапиллярной линии на отдельные шмелей, которые были ранее голодали в течение 2-4 ч. Поведение фиксируется на цифровом видео. Тонкая структура пищевого поведения анализируется непрерывно забив положение ПробоSCIS (ротовые) из видеозаписей с использованием программного обеспечения ведения журнала событий. Положение хобота определяется тремя разными поведенческими категории: (1) хобот продлевается и в контакте с раствором, (2) хобот продлевается, но не в контакте с раствором и (3) хобота уложен под головкой. Кроме того, скорость втягивания хоботка от раствора также оценивается.
В данном тесте объем раствора, потребленный, количество питающих приступами, длительность схваток кормления и скорость хоботной реверс после первого контакта используется для оценки phagostimulatory или сдерживающий активность тестируемых соединений.
Этот новый тест тест позволит исследователям определить, как соединения, найденные в нектаре влияют на пищевое поведение пчел, а также будет полезен для опыления биологов, токсикологов и neuroethologists изучают систему вкуса шмель в.
Завод-опылителей взаимодействия являются сложными. Опылители посетить цветы, чтобы получить нектар и пыльцу в пищу; в свою очередь, опылители облегчают половое размножение у растений. В то время как эти отношения в основном мутуалистических, цветочный нектар и пыльца иногда содержат токсины или другие растительные соединения 1-5 которые могут нанести вред опылителей. Экологическое обоснование присутствия таких соединений в нектара и пыльцы не ясно, во всех условиях. Один выдающийся вопрос в этой области, как опылители, такие как пчелы могут обнаружить и избежать цветки нектара, содержащих токсины.
В шмели видов пчел, шмель земляной (Linnaeus, 1758), является универсалом опылителей , который посещает цветы многих видов растений , включая тех , кто производит нектара , содержащего токсины 6. Шмелей было показано , что во избежание потребления растворов , содержащих высокие концентрации токсинов в 24 ч два выбора анализа 7. Этот анализпотребления продуктов питания , описанной Tiedeken и др. 7 показали , что пчелы могут обнаружить горькие соединения в растворах. Тем не менее, этот анализ не смог отличить вкус от пост-ingestive процессов , таких как общее недомогание , которые также могут влиять на пищевое поведение в течение этого интервала времени 8-10.
Пчелы обладают вкусовыми сенсиллы на их усиков, ротовые и лапок для обнаружения соединений 11-13. Расширение хоботок рефлекс (PER) эксперименты включают сдерживая отдельных пчел в жгуте , а затем стимулируя усиков сенсиллы пчелы производить кормление рефлекс 14-17. Пчелы могут быть ограничены в отдельных жгутов и затем стимулировали производить рефлекс кормления как тест их способности вкус соединения 18,19. Другие изменили анализ PER для изучения чувствительности антенны или ротовых токсинов 9,20. Тем не менее, пчелы подвергаются стрессу во время обуздывать. Это может повлиять какони реагируют на соединения 21.
Здесь новый анализ описан для оценки поведенческой реакции вкуса свободно движущихся шмелей сахарозы и хинин, алкалоид , который ранее сообщалось, что сдерживающим фактором 9 и токсичным 10 для медоносных пчел (Apis MELLIFERA) и шмели (Bombus стелющиеся) 7, 22. Хотя хинин не был найден в растительном нектара, этот алкалоид часто используется в качестве аверсивного стимула в поведенческих и физиологических исследований у пчел 7,9,12,13,22. Способ включает видеозапись ротовые шмелей "на большой размер во время первоначального хобота контакта с испытуемыми растворами. В частности, тонкая структура ответа подачи проверяется непрерывно забив поведение над интервалом в 2 мин. Объем раствора потребляются измеряется в течение периода кормления и поэтому количество съеденной пищи может быть соотнесена с микроструктуройПищевое поведение. Кроме того скорость хоботной втягивания измеряется, как показатель активного избегания, и поэтому заранее ingestive обнаружения.
С помощью этого нового поведенческого анализа, хинин показан для предотвращения подачи положительного эффекта хвостами шмель. Сокращение времени контакта хоботок и частота кормления бой с водой или раствором сахарозы с добавкой хинина интерпретируется здесь как отказ в возбуждении дополнительно питаясь некалорийных или потенциально токсичных растворов. Когда хинин добавляют к 1 М раствора сахарозы, шмели не только уменьшить объем раствора они потребляют, они также втягивания хобот быстрее, тем самым уменьшая время контакта между ротовым и раствором, содержащим токсин. Вместе эти результаты свидетельствуют о том, что хинин воспринимается вкусовыми клетками рецепторов на ротовых шмеля, как уже ранее были определены в медоносной пчелы 9. Хинин является токсин для насекомых , который вызывает недомогание, как поведение в медоносной пчелы 10 и нокдаун в малярийного комара (Anopheles gambiae) 23. Этот анализ также может привести к identificatионов некоторых сдерживающих и потенциально токсичных соединений, которые воспринимаются клетками вкусовых рецепторов на ротовых в шмелей.
Это имеет решающее значение для микрокапиллярных трубки должны быть заполнены с достаточным объемом исследуемого раствора, чтобы продолжаться в течение фазы тестирования. Рекомендуется , чтобы по крайней мере , около трех четвертей микрокапиллярной трубки (например , 70-80 мкл) заполняется. Тем не менее, следует соблюдать осторожность, чтобы не полностью заполнять микрокапиллярной трубку, чтобы уменьшить риск утечки во время процесса сканирования и прикрепления микрокапиллярной трубки к экспериментальной установки. Необходимо также соблюдать осторожность при представлении мМ капельку 500 сахарозы в шмель, так что экспериментатор избегает утечки капельку в удерживающую трубку.
4 мм отверстие на конце удерживающего трубки является достаточно большим для взрослого работника шмель, чтобы естественным образом расширить свой хоботок к испытуемым раствором. Тем не менее, возможно, чтошмели могут попробовать решение с их усиков, прежде чем расширяя их хоботки. Это может повлиять на вероятность расширения хоботка , как PER может быть вызван в шмелей, стимулируя их усики с раствором сахара 15. На самом деле усики перепончатокрылых как паразитоид осы (Trissolcus brochymenae) 24 или медоносной пчелы 13 оборудованы со вкусом сенсиллах, что позволяет им вкус сахара и токсины , как хинин. Следовательно, первоначальные усиковые контакты с растворами, содержащими весьма сдерживающие соединения, как хинин может также уменьшить мотивацию шмеля расширить свой хоботок и, следовательно, влияет на экспериментальную вероятность успеха. Хотя усиков контакт с испытуемым раствором не может контролироваться, в настоящем исследовании мы не обнаружили какого-либо существенного влияния усиков контакта на расширение хобота по направлению к исследуемого раствора. В этом анализе, немедленно настройке микрокапиллярной трубку после предварительного тестирования фазы шкурица усики шмелей "все еще находятся в трубе выдержки может уменьшить возможность для шмелей по вкусу испытуемый раствор с их усиков.
Основным ограничением этого анализа возникает при отслеживании хобота втягивание от исследуемого раствора после первого хобота контакта с помощью отслеживания движения видео программного обеспечения. Видеоматериал отображается только 2D движение хоботка, поэтому данный вывод измерения скорости может быть под или над оценочными. Тем не менее, с некоторыми изменениями, этот аспект анализа может быть улучшено.
Этот анализ может быть использован для наблюдения природные реакции при подаче в направлении растворов, содержащих различные соединения, включая природные встречающимися растительных вторичных метаболитов. Наблюдая за немедленной реакции кормления с помощью этого анализа дает подробную информацию о том, как шмели обнаружить эти соединения. Это является преимуществом по сравнению с существующими "годен-не идти» методы , как PER 18,19 </sup> И в течение двух выбора анализы 7 , так как этот метод дает несколько поведенческих ответных мер , включая потребление продуктов питания во время кормления дискретного боя.
Измерение нескольких параметров одновременно позволяет лучше оценить вкусовые соединения. Например, в нашем анализе, шмели избегать потребления воды или раствора сахарозы с добавкой хинина. Втягивание хоботка может быть вызвано изменением в ответах клеток сахара рецепторов 12,13. Наш анализ показывает, что шмели втягивания хоботок быстрее после контакта раствора сахарозы плюс хинина, чем только вода; это может предположить , что хинин влияет на определенный набор нейронов в дополнение к ингибирующих нейронов сахара зондирования 9,12,13,25.
Наш анализ позволяет анализ временной картины поведенческих реакций во время кормления. Аналогичный протокол, в котором измеряется время потребления и количество схваток имеет Alготов был реализован с целью оценки реакции кормления дрозофилы нутритивным и некалорийных сахара 26. Мы предполагаем , что пчелы будут демонстрировать более достоверный ответ на стимуляторы питания в нашем анализе , чем при использовании других методов , таких как PER , так как пчелы могут свободно перемещаться в удерживающей трубе 21. Этот метод позволит провести исчерпывающий анализ порогов вкуса для питательных веществ и токсинов, чтобы осветить механизмы кормления в шмелей и других потенциально видов пчел.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа финансировалась за счет гранта Леверулм Trust (RPG-2012-708) и гранта BBSRC (BB / M00709X / 1) с ГСА.
Bumblebee colonies | Koppert Biological Systems | NATUPOL Beehive | |
Digital microscopic camera | Dino-lite Europe | AM4815ZT | Dino-Lite Edge |
100 μl microcapillary tube | Blaubrand IntraEND | 709144 | |
15 ml polypropylene centifuge tube | Fisher Scientific | 11849650 | |
1 ml disposable plastic luer slip syringe | BD | 300013 | |
Dell Latitude 3550 laptop | Dell | Check for compatibility with video software | |
Canon CanoScan LiDE 120 | Canon | Check for compatibility with the computer/laptop | |
Observer software version 5.0.25 | Noldus | ||
Kinovea software version 0.8.15 | Kinovea | ||
silicone tubing | 6 cm length, 1 mm inside Ø & 6 cm length, 4 mm inside Ø | ||
Male luer x 1/16" standard hose barbed polypropylene adapter | Cole-Parmer | TW-45518-22 | |
Female luer x 1/16" standard hose barbed polypropylene adapter | Cole-Palmer | TW-45508-12 | |
Steel mesh | 0.5 mm mesh size | ||
Sucrose (grade II) | Sigma-Aldrich | S5391 | |
Quinine hydrochloride dihydrate | Sigma-Aldrich | Q1125 | |
ImageJ software version 1.48 | ImageJ |