Teknikker til undersøgelse af anatomien af Ant visuelle System
Summary
Denne artikel beskriver en række teknikker i lys og elektronmikroskopi at studere den indre og ydre øje anatomi af insekter. Disse omfatter adskillige traditionelle teknikker optimeret for arbejde med ant øjne, detaljeret fejlfinding, og forslag til optimering til forskellige enheder og områder af interesse.
Abstract
Denne artikel beskriver en række teknikker i lysmikroskopi (LM) og elektronmikroskopi (EM), som kan bruges til at studere den indre og ydre øje anatomi af insekter. Disse omfatter traditionelle histologiske teknikker optimeret for arbejde med ant øjne og tilpasset til at arbejde sammen med andre teknikker såsom transmissions elektronmikroskopi (TEM) og scanning elektronmikroskopi (SEM). Disse teknikker, kan selv enormt nyttigt, være vanskeligt for den uerfarne microscopist, så har lagt stor vægt i denne artikel om fejlfinding og optimering for forskellige prøver. Vi informerer om billedbehandling teknikker for hele modellen (foto-mikroskopi og SEM) og diskutere deres fordele og ulemper. Vi fremhæve den teknik, der anvendes ved fastsættelsen af linse diameter for hele øjet og diskutere nye teknikker til forbedring. Endelig vil vi diskutere teknikker involveret i forberede prøverne til LM og TEM, skæring, farvning og imaging disse prøver. Vi diskutere de forhindringer, som man kan komme på tværs af Hvornår forberede prøver og hvordan man bedst kan navigere rundt om dem.
Introduction
Vision er en vigtig sensoriske modalitet for de fleste dyr. Vision er især vigtigt i forbindelse med navigation for indkredsning mål, etablere og tilslutte sig ruter og opnå kompas oplysninger1,2. Insekter opdage visuel information ved hjælp af et par sammensatte øjne, og i nogle tilfælde, en til tre dorsalt placeret enkle øjne kaldet ocelli3,4,5.
Øjnene af myrer er af særlig interesse, fordi mens myrer er vidunderligt mangfoldig, de spare nogle Nøglekarakteristika på tværs af arter. Trods dramatisk variation i anatomi, størrelse og økologi, langt de fleste arter er eusocial og lever i kolonier; som et resultat, forskellige arter står over for lignende visuelle udfordringer navigere frem og tilbage mellem et centralt sted og ressourcer. På tværs af myrer kan den samme grundlæggende øje bauplan observeres i dyr spænder fra 0,5-26 mm i kropslængde, fra udelukkende temperaturprofil strengt natlig arter, og langsom gåafstand underjordiske leaping visuelle rovdyr6,7, 8,9,10. Alle disse overvældende forskelle i økologi og adfærd giver anledning til utallige permutationer af de samme grundlæggende øje strukturer der passer til forskellige miljøer, livsstil og krop-størrelser11,12. Som en konsekvens, giver studerer den visuelle økologi af myrer en veritabel guldgrube af muligheder til den beslutsomme investigator.
Forstå det visuelle system af insekter er afgørende for at få et indblik i deres adfærdsmæssige kapaciteter. Det fremgår af Integrativ undersøgelser, som pænt kombinerer anatomi med økologi og adfærd til en stor succes i nogle insekt grupper (f.eks.referencer13,14,15,16, 17). om ant navigation og ant adfærd i almindelighed har været ganske vellykket, har lagt meget lidt vægt på ant vision uden for et par udvalgte arter. Her vil vi redegøre for de teknikker, der er involveret i efterforskningen øje design af myrer. Mens vi vil fokusere på myrer, kan disse teknikker anvendes, med mindre ændringer til andre insekter også.
Protocol
Representative Results
Discussion
Suiten af metoder ovenfor skitserede mulighed for en effektiv undersøgelse af det optiske system af myrer og andre insekter. Disse teknikker informere vores forståelse af samplingopløsning, optisk følsomhed og potentielle polarisering følsomhed i øjet ved at blive undersøgt. Denne viden giver et vigtigt fundament for fysiologiske og adfærdsmæssige undersøgelse af deres visuelle evner. Endvidere, mens metoderne detaljeret her har fokuseret på ant visuelle systemer, disse teknikker kan bruges på andre insekter,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi er taknemmelige for Jochen Zeil, Paul Cooper og Birgit Greiner for at dele deres viden i insekt anatomi og for at vise flere af teknikkerne, vi har beskrevet her. Vi er taknemmelige for det talentfulde og støttende personalet på centret avancerede mikroskopi på ANU og The mikroskopi enhed på MQU. Dette arbejde blev støttet af en graduate stipendium til FRE og tilskud fra det australske Forskningsråd (DE120100019, FT140100221, DP150101172).
Materials
| Ant | Myrmecia midas | ||
| Stereomicroscope | Leica M205 FA | ||
| Sputter coater | Pro Sci Tech | ||
| Ethanol | Sigma Aldrich | ||
| Petri dish | ProSciTech | ||
| Dissecting microscope | Leica MZ6 | ||
| Insect Pin | ProSciTech | ||
| Colourless nail polish | Non branded: from any cosmetic store | ||
| Glass slide | ProSciTech | ||
| Razor blade | ProSciTech | ||
| Foreceps | ProSciTech | ||
| Cover slip | ProSciTech | ||
| Compound microscope | Leica DM5000 B | ||
| Glutaraldehyde | Sigma Aldrich | ||
| Paraformalydehyde | Sigma Aldrich | ||
| Potassium Chloride (KCl) | Sigma Aldrich | ||
| di-Sodium Hydrogen phosphate (Na2HPO4) | Sigma Aldrich | ||
| Potassium di-Hydrogen Phosphate (KH2PO4) | Sigma Aldrich | ||
| Sodium Chloride (NaCl) | Sigma Aldrich | ||
| Osmium tetroxide | Sigma Aldrich | ||
| Acetone | Sigma Aldrich | ||
| Araldite Epoxy Resin | Sigma Aldrich | ||
| Pasteur pipette | Sigma Aldrich | ||
| Toluidie Blue | Sigma Aldrich | ||
| Hotplate | Riechert HK120 |
References
- Zeil, J. Visual homing: an insect perspective. Curr. Opin. Neurobiol. 22, 285-293 (2012).
- Wehner, R. Desert ant navigation: how miniature brains solve complex tasks. J. Comp. Physiol. A. 189, 579-588 (2003).
- Fent, K., Wehner, R. Ocelli: a celestial compass in the desert ant Cataglyphis. Science. 228, 192-194 (1985).
- Warrant, E. J., Dacke, M. Visual navigation in nocturnal Insects. Physiology. 31, 182-192 (2016).
- Taylor, G. J., et al. The dual function of Orchid bee ocelli as revealed by x-ray microtomography. Curr. Biol. 26, 1-6 (2016).
- Hölldobler, B., Wilson, E. O. . The Ants. , (1990).
- Ali, T. M. M., Urbani, C. B., Billen, J. Multiple jumping behaviors in the ant Harpegnathos saltator. Naturwissen. 79, 374-376 (1992).
- Weiser, M. D., Kaspari, M. Ecological morphospace of New World ants. Ecol. Entomol. 31, 131-142 (2006).
- Bulova, S., Purce, K., Khodak, P., Sulger, E., O’Donnell, S. Into the black and back: the ecology of brain investment in Neotropical army ants (Formicidae: Dorylinae). Naturwissen. 103, 3-4 (2016).
- Narendra, A., Reid, S. F., Hemmi, J. M. The twilight zone: ambient light levels trigger activity in primitive ants. Proc. R. Soc. B. 277, 1531-1538 (2010).
- Narendra, A., et al. Caste-specific visual adaptations to distinct daily activity schedules in Australian Myrmecia ants. Proc. R. Soc. B. 278, 1141-1149 (2011).
- Moser, J., et al. Eye size and behaviour of day-and night-flying leafcutting ant alates. J. Zool. 264, 69-75 (2004).
- Stöckl, A. L., Ribi, W. A., Warrant, E. J. Adaptations for nocturnal and diurnal vision in the hawkmoth lamina. J. Comp. Neurol. 524, 160-175 (2016).
- Zeil, J. Sexual dimorphism in the visual system of flies: the compound eyes and neural superposition in Bibionidae (Diptera). J. Comp. Physiol. A. 150, 379-393 (1983).
- Dacke, M., Nordström, P., Scholtz, C. H. Twilight orientation to polarised light in the crepuscular dung beetle Scarabaeus zambesianus. J. Exp. Biol. 206, 1535-1543 (2003).
- Greiner, B., Ribi, W. A., Warrant, E. J. Retinal and optical adaptations for nocturnal vision in the halictid bee Megalopta genalis. Cell Tiss Res. 316, 377-390 (2004).
- Warrant, E. J., et al. Nocturnal vision and landmark orientation in a tropical halictid bee. Curr. Biol. 14, 1309-1318 (2004).
- Lattke, J. E. . Ants Standard Methods for Measuring and Monitoring Biodiversity. , 155-171 (2000).
- Ribi, W. A. . A Handbook in Biological Electron Microscopy. , 1-106 (1987).
- Narendra, A., Ramirez-Esquivel, F., Ribi, W. A. Compound eye and ocellar structure for walking and flying modes of locomotion in the Australian ant, Camponotus consobrinus. Sci. Rep. 6, 22331 (2016).
- Narendra, A., Greiner, B., Ribi, W. A., Zeil, J. Light and dark adaptation mechanisms in the compound eyes of Myrmecia ants that occupy discrete temporal niches. J. Exp. Biol. 219, 2435-2442 (2016).
- Ribi, W. A., Zeil, J. The visual system of the Australian "Redeye" cicada (Psaltoda moerens). Arthr. Struct. Dev. 44, 574-586 (2015).
- Ribi, W. A., Warrant, E. J., Zeil, J. The organization of honeybee ocelli: regional specializations and rhabdom arrangements. Arthr. Struct. Dev. 40, 509-520 (2011).
- Ribi, W. A. Colour receptors in the eye of the digger wasp, Sphex cognatus Smith: evaluation by selective adaptation. Cell Tiss. Res. 195, 471-483 (1978).
- Ribi, W. A. Ultrastructure and migration of screening pigments in the retina of Pieris rapae L. (Lepidoptera, Pieridae). Cell Tiss. Res. 191, 57-73 (1978).
- Lau, T., Gross, E., Meyer-Rochow, V. B. Sexual dimorphism and light/dark adaptation in the compound eyes of male and female Acentria ephemerella (Lepidoptera: Pyraloidea: Crambidae). Eur. J. Entomol. 104, 459-470 (2007).
- Wipfler, B., Pohl, H., Yavorskaya, M. I., Beutel, R. G. A review of methods for analysing insect structures – the role of morphology in the age of phylogenomics. Curr. Opin. Insect Sci. 18, 60-68 (2016).
- Streinzer, M., Brockmann, A., Nagaraja, N., Spaethe, J. Sex and caste-specific variation in compound eye morphology of five honeybee species. PLoS ONE. 8, e57702 (2013).
- Somanathan, H., Warrant, E. J., Borges, R. M., Wallén, R., Kelber, A. Resolution and sensitivity of the eyes of the Asian honeybees Apis florea, Apis cerana and Apis dorsata. J. Exp. Biol. 212, 2448-2453 (2009).
