Technieken voor het onderzoek naar de anatomie van het visuele systeem van Ant
Summary
Dit artikel beschrijft een reeks van technieken in licht- en elektronenmicroscopie te bestuderen van de interne en externe oog anatomie van insecten. Het gaat hierbij om verschillende traditionele technieken geoptimaliseerd voor werk op mier ogen, gedetailleerde probleemoplossing, en suggesties voor optimalisatie voor verschillende exemplaren en regio’s van belang.
Abstract
Dit artikel schetst een suite van technieken in (LM) de lichte microscopie en elektronenmicroscopie (EM) die kan worden gebruikt voor de studie van de anatomie van de interne en externe oog van insecten. Het gaat hierbij om traditionele histologische technieken geoptimaliseerd voor werk op mier ogen en aangepast om te werken in concert met andere technieken zoals Transmissie Electronenmicroscopie (TEM) en scanning elektronen microscopie (SEM). Deze technieken, kunnen hoewel enorm nuttig, moeilijk zijn voor de beginnende microscopist, zodat grote nadruk in dit artikel over probleemoplossing en optimalisatie voor verschillende exemplaren. Wij verstrekken informatie over imaging technieken voor het hele model (foto-microscopie en SEM) en bespreken hun voor- en nadelen. We markeren de techniek die gebruikt wordt bij het bepalen van de diameter van de lens voor het hele oog en bespreken van nieuwe technieken voor verbetering. Tot slot bespreken we technieken die betrokken zijn bij de voorbereiding van monsters voor LM- en TEM, afdelen, kleuring en imaging van deze monsters. We bespreken de horden die één zouden kunnen komen over als voorbereiding van monsters en de beste manier om te navigeren naar hen.
Introduction
Visie is een belangrijke sensorische modaliteit voor de meeste dieren. Visie is vooral belangrijk in het kader van navigatie voor het aanwijzen van doelstellingen, vaststelling van vast te houden aan routes en verkrijgen van kompas informatie1,2. Insecten detecteren visuele informatie met behulp van een paar samengestelde ogen en, in sommige gevallen één tot drie dorsally geplaatste eenvoudige ogen genoemd ocelli3,4,5.
De ogen van mieren zijn van bijzonder belang omdat, terwijl de mieren zijn verbazingwekkend verschillend, ze enkele belangrijke kenmerken over soorten besparen. Ondanks de dramatische variatie in de anatomie, de grootte en ecologie, de overgrote meerderheid van de soorten zijn eusociale en leven in kolonies; Dientengevolge, uitdagingen verschillende soorten soortgelijke visuele in termen van het heen en weer navigeren tussen een centrale plaats en middelen. Over mieren kan de dezelfde fundamentele oog-bauplan worden waargenomen bij dieren variërend van 0,5-26 mm in lengte, uitsluitend dagverloop naar strikt nachtactieve soorten, en traag lopen ondergrondse naar visuele roofdieren6,7, springen 8,9,10. Al deze duizelingwekkende verschillen in ecologie en gedrag geeft aanleiding tot talloze permutaties van de dezelfde fundamentele oog structuren aanpassen aan verschillende omgevingen, levensstijlen en lichaam-maten11,12. Dientengevolge, biedt bestuderen van de visuele ecologie van mieren een ware schat aan mogelijkheden om de vastberaden onderzoeker.
Inzicht van het visuele systeem van insecten is essentieel bij het verkrijgen van inzicht in hun gedrags vermogens. Dit blijkt uit integrative studies die mooi anatomie met ecologie en gedrag tot een groot succes in een paar insecten groepen (bijvoorbeeldverwijzingen13,14,15,16, combineren 17). Hoewel het gebied van ant navigatie en ant gedrag in het algemeen heel succesvol geweest, heel weinig nadruk is gelegd op mier visie buiten een paar geselecteerde soorten. Hier, zullen we ingaan op de technieken die betrokken zijn bij het onderzoeken van oog ontwerp van mieren. Terwijl we ons op mieren richten zullen, deze technieken kunnen worden toegepast, met kleine aanpassingen, aan andere insecten, ook.
Protocol
Representative Results
Discussion
De suite van bovengenoemde methoden, is voorzien van een daadwerkelijk onderzoek naar het optische systeem van mieren en andere insecten. Deze technieken informeren ons begrip van de sampling-resolutie, optische gevoeligheid en potentiële polarisatie gevoeligheid van het oog wordt onderzocht. Deze kennis is een belangrijke basis voor fysiologische en gedragsmatige onderzoek naar hun visuele mogelijkheden. Bovendien, terwijl de hier gedetailleerde methoden hebben gericht op mier visuele systemen, deze technieken kunnen w…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We zijn dankbaar Jochen Zeil, Paul Cooper en Birgit Greiner voor het delen van hun kennis in de anatomie van insecten en voor het aantonen van enkele van de technieken die wij hier hebben beschreven. We zijn dankbaar om het getalenteerde en ondersteunend personeel van het centrum voor geavanceerde microscopie op ANU en The microscopie Unit op MQU. Dit werk werd gesteund door een gediplomeerde beurs FRE en subsidies van de Australian Research Council (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).
