Valutare l'influenza della personalità sulla sensibilità ai campi magnetici in Zebrafish
Summary
Descriviamo un protocollo comportamentale progettato per valutare come personalità di zebrafish influenza la loro risposta ai cambiamenti delle acque correnti e campi magnetici deboli. Pesci con la stessa personalità vengono separati in base al loro comportamento esplorativo. Quindi, si osserva il loro comportamento di orientamento rheotactic in un tunnel con un tasso di flusso debole e condizioni magnetiche diverse.
Abstract
Per orientarsi nel loro ambiente, gli animali integrano una vasta gamma di indicazioni esterne, che interagiscono con diversi fattori interni, quali personalità. Qui, descriviamo un protocollo comportamentale progettato per lo studio dell’influenza della personalità di zebrafish per la loro risposta di orientamento a più stimoli ambientali esterni, in particolare correnti d’acqua e campi magnetici. Questo protocollo ha lo scopo di capire se proattivo o reattivo zebrafish visualizzare le soglie di rheotactic diverse (cioè, la velocità di flusso in cui il pesce inizia a nuotare a Monte) quando il campo magnetico circostante cambia la sua direzione. Per identificare zebrafish con la stessa personalità, pesce vengono introdotti al buio la metà di un serbatoio collegata con una stretta apertura per una metà luminosa. Solo proattivo pesce esplorare il romanzo, ambiente luminoso. Pesce reattive non uscire la metà oscura del serbatoio. Un tunnel con basse portate viene utilizzato per determinare la soglia di rheotactic. Descriviamo due configurazioni per controllare il campo magnetico nel tunnel, nel range di intensità del campo magnetico della terra: uno che controlla il campo magnetico lungo la direzione del flusso (una dimensione) e uno che permette un controllo tri-assiale del campo magnetico. Pesci sono filmati mentre vivendo un aumento graduale della velocità di flusso nel tunnel sotto diversi campi magnetici. Dati sul comportamento di orientamento sono raccolti attraverso una procedura di video-monitoraggio e applicati a un modello logistico per consentire la determinazione della soglia rheotactic. Segnaliamo i risultati rappresentativi raccolti da shoaling zebrafish. In particolare, questi dimostrano che solo reattive, prudente pesce mostrano variazioni della soglia rheotactic quando il campo magnetico varia nella sua direzione, mentre pesce proattive non rispondono alle variazioni di campo magnetico. Questa metodologia può essere applicata per lo studio della sensibilità magnetica e comportamento rheotactic di molte specie acquatiche, sia visualizzati da solitario o shoaling piscina strategie.
Introduction
Nello studio presente, descriviamo un protocollo comportamentale basato su laboratorio che ha lo scopo di investigare il ruolo della personalità di pesce sulla risposta orientamento di shoaling pesce a segnali di orientamento esterno, ad esempio correnti d’acqua e campi magnetici.
Le decisioni di orientamento degli animali dovute a varie informazioni sensoriali di pesatura. Il processo di decisione è influenzato dalla capacità dell’animale di navigare (ad esempio, la capacità di selezionare e mantenere una direzione), stato interno (ad es., esigenze di alimentazione o riproduttive), la capacità di movimento (ad es., biomeccanica di locomozione) e diversi ulteriori fattori esterni (ad es., ora del giorno, interazione con i conspecifici)1.
Il ruolo dello stato interno o animale personalità del comportamento di orientamento è spesso poco conosciuto o non esplorato2. Ulteriori sfide derivano nello studio dell’orientamento delle specie acquatiche sociale, che spesso eseguire coordinato e polarizzati gruppo movimento comportamento3.
Correnti d’acqua giocano un ruolo chiave nel processo di orientamento del pesce. Pesce orientano per acqua correnti attraverso una risposta di unconditioned chiamato rheotaxis4, che può essere positivo (cioè, a Monte orientato) o negativo (cioè a valle orientata) e viene utilizzati per diverse attività, che vanno dal foraggiamento alla minimizzazione degli dispendio energetico5,6. Inoltre, un corpo crescente di letteratura segnala che molte specie di pesci utilizzare il campo geomagnetico per orientamento e navigazione7,8,9.
Lo studio delle prestazioni rheotaxis e nuoto nel pesce si svolge generalmente in alloggiamenti di flusso (canale), dove pesci sono esposti all’aumento graduale della velocità del flusso, da bassa ad alta velocità, spesso fino ad esaurimento (chiamato velocità critica)10, 11. D’altra parte, gli studi precedenti studiato il ruolo del campo magnetico nell’orientamento attraverso l’osservazione del comportamento nuoto degli animali nelle arene con ancora acqua12,13. Qui, descriviamo una tecnica di laboratorio che permette ai ricercatori di studiare il comportamento del pesce durante la manipolazione sia le correnti di acqua ed il campo magnetico. Questo metodo è stato utilizzato per la prima volta su shoaling zebrafish (Danio rerio) nel nostro studio precedente, portando alla conclusione che la manipolazione del campo magnetico circostante determina la soglia di rheotactic (cioè, la velocità minima d’acqua presso quale shoaling pesce orient a Monte)14. Questo metodo si basa sull’uso di una camera di flume con lenti flussi combinati con un programma di installazione progettato per controllare il campo magnetico nel canale, all’interno della gamma di intensità del campo magnetico della terra.
Il tunnel di nuoto utilizzato per osservare il comportamento di zebrafish è descritto nella Figura 1. Il tunnel (costituito da un cilindro di acrilico nonreflecting con un diametro di 7 cm e 15 cm di lunghezza) è collegato a una configurazione per il controllo del flusso tasso14. Con questa configurazione, la gamma di velocità di flusso nel tunnel varia tra 0 e 9 cm/s.
Per manipolare il campo magnetico nella galleria del nuoto, usiamo due approcci metodologici: il primo è unidimensionale e il secondo è tridimensionale. Per qualsiasi applicazione, questi metodi modificano il campo geomagnetico per ottenere condizioni specifiche magnetiche in un volume definito di acqua — così, tutti i valori di intensità di campo magnetico riferiti in questo studio includono il campo geomagnetico.
Per quanto riguarda l’unidimensionale approccio15, il campo magnetico viene manipolato lungo la direzione del flusso dell’acqua (definita come l’asse x) utilizzando un solenoide avvolto attorno al tunnel di nuoto. Questo è collegato a un’unità di alimentazione, e che genera campi magnetici statici uniformi (Figura 2A). Allo stesso modo, nel caso l’approccio tridimensionale, viene modificato il campo geomagnetico del volume contenente il tunnel di nuoto usando le bobine di fili elettrici. Tuttavia, per controllare il campo magnetico in tre dimensioni, le bobine sono la progettazione di tre paia di Helmholtz ortogonale (Figura 2B). Ogni coppia di Helmholtz è composto da due bobine circolari orientati lungo le tre direzioni ortogonali spazio (x, ye z) e dotato di un magnetometro tri-assiale lavorando in condizioni di circuito chiuso. Il magnetometro funziona con le intensità di campo paragonabile con campo naturale della terra, e si trova vicino al centro geometrico del set di bobine (dove si trova il tunnel di nuoto).
Implementiamo le tecniche sopra descritte per testare l’ipotesi che i tratti di personalità del pesce che compongono una secca influenzano il modo che rispondono a campi magnetici16. Verifichiamo l’ipotesi che gli individui con personalità proattiva e reattiva17,18 rispondono in modo diverso quando esposti ai flussi di acqua e campi magnetici. Per eseguire questo test, abbiamo innanzitutto ordinare zebrafish utilizzando una metodologia consolidata per assegnare e gli individui del gruppo che sono proattivo o reattivo17,19,20,21. Quindi, valutiamo il comportamento rheotactic di zebrafish nuotare in branchi composti da solo reattivi individui o composto solo proattivi individui nel serbatoio magnetica flume, che presentiamo come dati di esempio.
Il metodo di ordinamento si basa sulla diversa tendenza degli individui proattivi e reattivi per esplorare nuovi ambienti21. In particolare, usiamo un serbatoio diviso in un brillante e un lato oscuro17,19,20,21 (Figura 3). Gli animali sono acclimatati al lato oscuro. Quando l’accesso al lato luminoso è aperta e proattiva gli individui tendono ad abbandonare la metà oscura del serbatoio per esplorare il nuovo ambiente, mentre il pesce reattivo non lasciare il serbatoio scuro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo descritto in questo studio permette agli scienziati di quantificare le risposte di orientamento complesso di specie acquatiche derivanti dall’integrazione tra due indicazioni esterne (campo geomagnetico e corrente di acqua) e un fattore interno dell’animale, come personalità. Il concetto generale è quello di creare un disegno sperimentale che permette agli scienziati di separare gli individui di diverse personalità e studiare il loro comportamento di orientamento mentre controllando separatamente o simul…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Lo studio è stato sostenuto da Fondazione ricerca base del dipartimento di fisica e il dipartimento di biologia dell’Università Napoli Federico II. Gli autori ringraziano il Dr. Claudia Angelini (Istituto di applicata calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche [CNR], Italia) per il supporto statistico. Gli autori ringraziano Martina Scanu e Silvia Frassinet per il loro aiuto tecnico con la raccolta dei dati e i tecnici dipartimentali F. Cassese, Passeggio di G. e R. Rocco per la loro assistenza abile nella progettazione e realizzazione dell’apparato sperimentale. Ringraziamo Laura Gentile per aiutare a condurre l’esperimento durante le riprese video. Ringraziamo Diana Rose Udel presso l’Università di Miami per le riprese le dichiarazioni di intervista di Alessandro Cresci.
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 |
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