تقييم تأثير شخصية على حساسية للحقول المغنطيسية في الزرد
Summary
يمكننا وصف بروتوكول سلوكية المصممة لتقييم كيفية تأثير الشخصيات الزرد في استجابتها للمياه، التيارات والمجالات المغناطيسية الضعيفة. يتم فصل الأسماك مع الشخصيات نفسها استناداً إلى سلوكها الاستكشافية. ثم يلاحظ سلوكهم اتجاه رهيوتاكتيك في نفق سباحة مع معدل تدفق منخفض وتحت ظروف مختلفة المغناطيسية.
Abstract
لتوجيه أنفسهم في بيئتهم، دمج الحيوانات على مجموعة واسعة من الرموز الخارجية، التي تتفاعل مع عدة عوامل داخلية، مثل شخصية. وهنا يصف لنا سلوكية بروتوكول مصمم لدراسة تأثير شخصية الزرد على استجابتها التوجه إلى عدة منبهات البيئية الخارجية، تحديداً التيارات المائية والحقول المغناطيسية. ويهدف هذا البروتوكول فهم ما إذا كانت استباقية أو الزرد رد الفعل عرض عتبات رهيوتاكتيك مختلفة (أي سرعة تدفق الذي يبدأ السمك السباحة ضد التيار) عندما يتغير المجال المغناطيسي المحيطة اتجاهه. تحديد الزرد مع نفس السمات، يتم إدخال الأسماك في الظلام نصف خزان متصل مع فتحه ضيقة لنصف مشرق. فقط استباقية الأسماك استكشاف الرواية، البيئة مشرق. لا تقم بإنهاء الأسماك رد الفعل في النصف المظلم من الدبابة. يستخدم نفق سباحة مع معدلات التدفق المنخفض لتحديد عتبة رهيوتاكتيك. يصف لنا اثنين من الأجهزة للتحكم في المجال المغناطيسي في النفق، في نطاق شدة المجال المغناطيسي للأرض: واحد يتحكم في المجال المغناطيسي على طول اتجاه التدفق (بعد واحد) ويسمح عنصر تحكم ثلاثة محورية للمجال المغناطيسي. يتم تصويره الأسماك بينما تعاني بزيادة تدريجية لسرعة تدفق في نفق تحت مختلف المجالات المغناطيسية. بيانات عن سلوك التوجه التي تم جمعها من خلال إجراءات التعقب بالفيديو وتطبيقها على نموذج سوقي للسماح بتحديد عتبة رهيوتاكتيك. نحن تقرير الممثل النتائج التي تم جمعها من الضحالة الزرد. وتبين هذه على وجه التحديد، أن الأسماك إلا رد الفعل، والحكمة إظهار اختلافات عتبة رهيوتاكتيك عندما يختلف المجال المغناطيسي في اتجاهه، بينما الأسماك استباقية لا تستجيب للتغيرات في المجال المغناطيسي. يمكن تطبيق هذه المنهجية لدراسة حساسية المغناطيسية والسلوك رهيوتاكتيك لكثير من الأنواع المائية، سواء عرض الانفرادي أو الضحالة استراتيجيات السباحة.
Introduction
في الدراسة الحالية، ويصف لنا بروتوكول المستندة إلى مختبر سلوكية التي لها نطاق التحقيق في دور شخصية الأسماك على استجابة التوجه الضحالة الأسماك إلى إشارات التوجه الخارجي، مثل التيارات المائية والحقول المغناطيسية.
نتيجة القرارات التي توجه للحيوانات من وزنها مختلف المعلومات الحسية. عملية اتخاذ القرار يتأثر بقدرة الحيوان على التنقل (مثل القدرة على تحديد والحفاظ اتجاه)، حالته الداخلية (مثلاً، احتياجات التغذية أو الإنجابية)، وقدرته على التحرك (مثلاً، تحرك الميكانيكا الحيوية)، وعدة إضافية العوامل الخارجية (على سبيل المثال، الوقت من اليوم، التفاعل مع كونسبيسيفيكس)1.
دور الدولة الداخلية أو شخصية الحيوان في سلوك اتجاه هو غالباً غير مفهومة أو لم تستكشف2. وتنشأ تحديات إضافية في دراسة التوجه للأنواع المائية الاجتماعية، التي غالباً ما تؤدي منسقة واستقطاب مجموعة حركة السلوك3.
التيارات المائية تلعب دوراً رئيسيا في عملية التوجه للأسماك. الأسماك توجيه المياه التيارات من خلال استجابة أونكونديتيونيد يسمى رهيوتاكسيس4، الذي يمكن أن يكون إيجابيا (أي، المنبع الموجه) أو سالبة (أي المصب الموجه) ويستخدم للعديد من الأنشطة، بدءاً من جمع العلف للتقليل إلى أدنى حد من الإنفاق النشطة5،6. وعلاوة على ذلك، تفيد مجموعة متنامية من الأدب أن العديد من أنواع الأسماك استخدام المجال المغنطيسي الأرضي للتوجيه والملاحة7،،من89.
دراسة الأداء رهيوتاكسيس والسباحة في الأسماك يجري عادة في تدفق الدوائر (المسايل)، حيث يتعرض السمك لزيادة سرعة تدفق، التدرجي من منخفض إلى سرعات عالية، غالباً ما حتى استنفاد (تسمى السرعة الحرجة)10، 11. من ناحية أخرى، حققت الدراسات السابقة دور المجال المغناطيسي في الاتجاه من خلال مراقبة سلوك سباحة الحيوانات في الساحات مع المياه ما زال12،13. هنا، يمكننا وصف تقنية مختبرات التي يسمح للباحثين لدراسة سلوك الأسماك أثناء التعامل مع التيارات المائية والمجال المغناطيسي. واستخدمت هذه الطريقة للمرة الأولى على الضحالة الزرد (دانيو rerio) في دراستنا السابقة، مما يؤدي إلى الاستنتاج بأن التلاعب بالمجال المغناطيسي المحيطة يحدد عتبة رهيوتاكتيك (أي، الحد الأدنى من المياه السرعة التي الضحالة الأسماك المشرق المنبع)14. ويستند هذا الأسلوب استخدام الدائرة المسايل مع بطء تدفق جنبا إلى جنب مع إعداد تهدف إلى التحكم في المجال المغناطيسي في المسايل، ضمن مجموعة شدة المجال المغناطيسي للأرض.
النفق السباحة المستخدمة لمراقبة سلوك الزرد يرد في الشكل 1. النفق (مصنوعة من اﻷكريليك nonreflecting اسطوانة قطرها 7 سم وطولها 15 سم) متصل بإعداد للتحكم في معدل تدفق14. مع هذا الإعداد، يختلف نطاق معدلات التدفق في النفق بين 0 و 9 سم/ثانية.
للتعامل مع المجال المغناطيسي في النفق السباحة، فإننا نستخدم نهجين المنهجية: الأول أحادي البعد، والثاني ثلاثي الأبعاد. لأي تطبيق، هذه الأساليب التعامل مع المجال المغنطيسي الأرضي الحصول على شروط محددة المغناطيسية في كمية محددة من المياه – وهكذا جميع قيم كثافة المجال المغناطيسي التي ذكرت في هذه الدراسة تشمل المجال المغنطيسي الأرضي.
فيما يتعلق أحادية البعد نهج15، يتم معالجته الحقل المغناطيسي على طول اتجاه تدفق المياه (المعرفة كمحور س) استخدام لولبي ملفوفة حول النفق السباحة. وهذا متصل بوحدة طاقة، ويولد الحقول المغناطيسية ثابتة موحدة (الشكل 2A). وبالمثل، في حالة النهج ثلاثي الأبعاد، يتم تعديل الحقل المغنطيسي الأرضي في وحدة التخزين التي تحتوي على نفق السباحة استخدام لفائف أسلاك الكهربائية. ومع ذلك، قد لفائف للتحكم بالمجال المغناطيسي في ثلاثة أبعاد، تصميم ثلاثة أزواج هلمهولتز متعامد (الشكل 2). كل زوج هلمهولتز يتألف من اثنين لفائف التعميم الموجه على طول ثلاثة اتجاهات الفضاء متعامد (x، y، و z) ومزودة بجهاز الاستشعار المغنطيسي ثلاثة محورية يعملون في ظروف مغلقة. يعمل أجهزة قياس المغنطيسية مع كثافة الحقل قابلة للمقارنة مع المجال الطبيعي للأرض، وأنه يقع بالقرب من مركز هندسي لمجموعة لفائف (حيث يقع النفق السباحة).
علينا أن ننفذ التقنيات الموضحة أعلاه لاختبار الفرضية القائلة بأن سمات الشخصية من الأسماك يؤلف من السرب تؤثر على طريقة الاستجابة للمجالات المغناطيسية16. نقوم باختبار الفرضية القائلة بأن الأفراد مع شخصية استباقي وتفاعلي17،18 تستجيب بشكل مختلف عندما تتعرض لتدفقات المياه والحقول المغناطيسية. لاختبار هذا، نحن أولاً فرز الزرد استخدام منهجية المتبعة لتعيين وأفراد المجموعة التي هي استباقية أو رد الفعل17،19،،من2021. ثم نقوم بتقييم سلوك رهيوتاكتيك الزرد السباحة في أسراب تتألف فقط من رد الفعل الأفراد أو تتألف فقط من الأفراد استباقية في الدبابة المسايل المغناطيسية التي نقدم كنموذج للبيانات.
ويستند أسلوب الفرز ميل مختلف الأفراد استباقية وتفاعلية لاستكشاف بيئات رواية21. على وجه التحديد، يمكننا استخدام خزان مقسمة إلى مشرق وجانب مظلم17،19،،من2021 (الشكل 3). هي تأقلم الحيوانات إلى الجانب المظلم. عند الوصول إلى الجانب المشرق مفتوح واستباقية الأفراد تميل إلى الخروج بسرعة في النصف المظلم من خزان لاستكشاف البيئة الجديدة، في حين أن الأسماك رد الفعل لا تترك خزان الظلام.
Protocol
Representative Results
Discussion
يسمح البروتوكول، المذكورة في هذه الدراسة العلماء لقياس استجابات التوجه معقدة من الأنواع المائية الناتجة عن التكامل بين الرموز الخارجية اثنين (المياه الحالية والمغنطيسية الأرضية الميدانية) ومن العوامل الداخلية للحيوان، مثل شخصية. هو المفهوم العام إنشاء تصميم تجريبي الذي يسمح للعلماء فص…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الدراسة تدعمها البحوث الأساسية تأسيس قسم الفيزياء، وقسم علوم الحياة من جامعة نابولي فيديريكو “الثاني”. يشكر المؤلفون الدكتورة كلوديا انجليني (معهد “تطبيق حساب التفاضل والتكامل”، delle Consiglio Nazionale سيقوم [لجنة المصالحة الوطنية]، إيطاليا) للدعم الإحصائي. يشكر المؤلفون مارتينا سكانو وسلفيا فراسينيت للمساعدة التقنية بجمع البيانات، والفنيين الإدارات كاسيسي واو وزاي باسيجيو روكو R. لمساعدتها ماهراً في التصميم وأعمال الإعداد التجريبية. ونحن نشكر لورا مشرك للمساعدة في إجراء هذه التجربة خلال تصوير الفيديو. ونحن نشكر ديانا روز أديل من جامعة ميامي لإطلاق بيانات مقابلة أليساندرو كريسسي.
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).
