उनके सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए नेमाटोड की बड़े पैमाने पर खेती
Summary
यहां, कुत्ते के भोजन अगर माध्यम का उपयोग करके थोक में संवर्धन करके नेमाटोड के सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए एक प्रणाली की सूचना दी गई है। यह प्रणाली शोधकर्ताओं को बड़ी संख्या में डाउर कीड़े का प्रचार करने की अनुमति देती है और इसे कैनोर्हैब्डाइटिस एलिगेंस और अन्य संबंधित प्रजातियों पर लागू किया जा सकता है।
Abstract
पशु गतिशील सामूहिक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, जैसा कि पक्षियों के झुंड, मछली के स्कूलों और मनुष्यों की भीड़ में देखा जाता है। जीव विज्ञान और भौतिकी दोनों के क्षेत्र में जानवरों के सामूहिक व्यवहार की जांच की गई है। प्रयोगशाला में, शोधकर्ताओं ने लगभग एक सदी के लिए फल मक्खी और ज़ेब्राफिश जैसे विभिन्न मॉडल जानवरों का उपयोग किया है, लेकिन इन आनुवंशिक रूप से ट्रैक्टेबल मॉडल जानवरों द्वारा ऑर्केस्ट्रेटेड बड़े पैमाने पर जटिल सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करना एक बड़ी चुनौती बनी हुई है। यह पत्र कैनोर्हैब्डाइटिस एलिगेंस में सामूहिक व्यवहार की एक प्रयोगात्मक प्रणाली बनाने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। प्रचारित कीड़े पेट्री प्लेट के ढक्कन पर चढ़ते हैं और सामूहिक झुंड व्यवहार दिखाते हैं। प्रणाली आर्द्रता और प्रकाश उत्तेजना को बदलकर कृमि बातचीत और व्यवहार को भी नियंत्रित करती है। यह प्रणाली हमें पर्यावरणीय परिस्थितियों को बदलकर सामूहिक व्यवहार के अंतर्निहित तंत्र की जांच करने और म्यूटेंट का उपयोग करके सामूहिक व्यवहार पर व्यक्तिगत स्तर की हरकत के प्रभावों की जांच करने की अनुमति देती है। इस प्रकार, प्रणाली भौतिकी और जीव विज्ञान दोनों में भविष्य के अनुसंधान के लिए उपयोगी है।
Introduction
गैर-वैज्ञानिक और वैज्ञानिक दोनों जानवरों के सामूहिक व्यवहार से मोहित हैं, जैसे पक्षियों के झुंड और मछली के स्कूलों में। भौतिकी, जीव विज्ञान, गणित और रोबोटिक्स सहित क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में सामूहिक व्यवहार का विश्लेषण किया गया है। विशेष रूप से, सक्रिय पदार्थ भौतिकी एक बढ़ता हुआ अनुसंधान क्षेत्र है जो स्व-चालित तत्वों से बना सिस्टम पर केंद्रित है, अर्थात, अपव्यय प्रणाली, जैसे पक्षियों के झुंड, मछली के स्कूल, मोटाइल बैक्टीरिया के बायोफिल्म, सक्रिय अणुओं से बने साइटोस्केलेटन, और स्व-चालित कोलाइड के समूह। सक्रिय पदार्थ भौतिकी का सिद्धांत यह कहता है कि व्यक्तियों के व्यवहार कितने भी जटिल हों, बड़ी संख्या में जीवित चीजों की सामूहिक गति कम संख्या में सरल नियमों द्वारा नियंत्रित होती है। उदाहरण के लिए, विसेक मॉडल, स्व-चालित कणों की सामूहिक गति के एकीकृत विवरण के लिए एक उम्मीदवार, भविष्यवाणी करता है कि चलती वस्तुओं की छोटी दूरी के संरेखण इंटरैक्शन को 2 डी में सनकी उतार-चढ़ाव के साथ एक लंबी दूरी के आदेशित चरण बनाने की आवश्यकता होती है, जैसा कि जानवरों के झुंड मेंहोता है 1. सक्रिय पदार्थ की भौतिकी से संबंधित टॉप-डाउन प्रयोगात्मक दृष्टिकोण तेजी से विकसित हो रहे हैं। पिछले प्रयोगों Escherichia कोलाई2 में एक लंबी दूरी का आदेश दिया चरण के गठन की पुष्टि की. अन्य हाल के कार्यों कार्यरत कोशिकाओं 3,4, बैक्टीरिया5, प्रेरक कोलाइड6, या चलती प्रोटीन 7,8. सरल न्यूनतम मॉडल जैसे कि विसेक मॉडल ने इन वास्तविक घटनाओं का सफलतापूर्वक वर्णन किया। इन एककोशिकीय प्रयोगात्मक प्रणालियों के विपरीत, जानवरों द्वारा सामूहिक व्यवहार आमतौर पर जंगली में मनाया जाता है, क्योंकि कोई भी 10,000 वास्तविक पक्षियों या मछलियों के साथ नियंत्रित प्रयोग करने की उम्मीद नहीं कर सकता है।
जीवविज्ञानी भौतिकविदों के समान रुचि साझा करते हैं: कैसे व्यक्ति एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं और कार्यात्मक रूप से एक समूह के रूप में व्यवहार करते हैं। व्यक्तिगत व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए पारंपरिक अनुसंधान क्षेत्रों में से एक तंत्रिका विज्ञान है, जिसमें व्यवहार के अंतर्निहित तंत्र की जांच न्यूरोनल और आणविक स्तरों पर की गई है। इस प्रकार अब तक कई न्यूरोसाइंटिफिक बॉटम-अप दृष्टिकोण विकसित किए गए हैं। भौतिकी में टॉप-डाउन दृष्टिकोण और जीव विज्ञान में नीचे-ऊपर दृष्टिकोण को फल मक्खी, कृमि कैनोरहैब्डाइटिस एलिगेंस और माउस9 जैसे मॉडल जानवरों का उपयोग करके सुविधा प्रदान की जा सकती है। हालांकि, प्रयोगशाला10 में इन मॉडल जानवरों के बड़े पैमाने पर सामूहिक व्यवहार पर कुछ निष्कर्ष निकाले गए हैं; प्रयोगशाला में बड़े पैमाने पर आनुवंशिक रूप से ट्रैक्टेबल मॉडल जानवरों को तैयार करना अभी भी मुश्किल है। इसलिए, जीव विज्ञान और भौतिकी में सामूहिक व्यवहार पर वर्तमान शोध में, वैज्ञानिकों के लिए यह मुश्किल हो गया है जो आमतौर पर जानवरों के सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए प्रयोगशाला में शोध करते हैं।
इस अध्ययन में, हमने उनके सामूहिक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए नेमाटोड की बड़े पैमाने पर खेती के लिए एक विधि स्थापित की। यह प्रणाली हमें पर्यावरणीय परिस्थितियों को बदलने और म्यूटेंट10 का उपयोग करके सामूहिक व्यवहार पर व्यक्तिगत स्तर की हरकत के प्रभाव की जांच करने की अनुमति देती है। सक्रिय पदार्थ भौतिकी में, गणितीय मॉडल के मापदंडों को प्रयोगों और सिमुलेशन दोनों में नियंत्रित किया जा सकता है, जो एकीकृत विवरणों की पहचान के लिए उस मॉडल के सत्यापन को सक्षम बनाता है। आनुवंशिकी सामूहिक व्यवहार11 अंतर्निहित तंत्रिका सर्किट तंत्र को समझने के लिए प्रयोग किया जाता है.
Protocol
Representative Results
Discussion
इस अध्ययन में, हम प्रयोगशाला में सी एलिगेंस के बड़े पैमाने पर सामूहिक व्यवहार के लिए एक प्रणाली तैयार करने के लिए एक प्रोटोकॉल दिखाते हैं। डीएफए-आधारित विधि मूल रूप से कैनोरहैब्डाइटिस जपोनिका<su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम इस अध्ययन में इस्तेमाल उपभेदों प्रदान करने के लिए Caenorhabditis जेनेटिक्स सेंटर धन्यवाद. इस प्रकाशन को JSPS KAKENHI ग्रांट-इन-एड फॉर साइंटिफिक रिसर्च (B) (ग्रांट नंबर JP21H02532), JSPS KAKENHI ग्रांट-इन-एड ऑन द इनोवेटिव एरियाज “साइंस ऑफ सॉफ्ट रोबोट” प्रोजेक्ट (ग्रांट नंबर JP18H05474), JSPS KAKENHI ग्रांट-इन-एड फॉर ट्रांसफॉर्मेटिव रिसर्च एरियाज B (ग्रांट नंबर JP23H03845), जापान एजेंसी फॉर मेडिकल रिसर्च एंड डेवलपमेंट (ग्रांट नंबर JP22gm6110022h9904), JST-Mirai प्रोग्राम (ग्रांट नंबर JPMJMI22G3), और JST-FOREST कार्यक्रम (अनुदान संख्या JPMJFR214R)।
Materials
| Escherichia coli and C. elegans strains | |||
| E. coli OP50 | Caenorhabditis Genetics Center | OP50 | Food for C. elegans. Uracil auxotroph. E. coli B. |
| lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP] | author | ZX899 | lite-1(ce314) mutant carrying the genes expressing ChR2 and RFP under the control of the mec-4 and unc-122 promoter, respectively |
| N2 Bristrol | Caenorhabditis Genetics Center | Wild-type C. elegans strain | |
| For worm cultivation | |||
| Agar purified, powder | Nakarai tesque | 01162-15 | For preparation of NGM plates |
| All-trans retinal | Sigma-Aldrich | R2500 | For optogenetics |
| Bacto pepton | Becton Dickinson | 211677 | For preparation of NGM plates |
| Calcium chloride | Wako | 036-00485 | For preparation of NGM plates |
| Cholesterol | Wako | 034-03002 | For preparation of NGM plates |
| di-Photassium hydrogenphosphate | Nakarai tesque | 28727-95 | For preparation of NGM plates |
| Dog food | Nihon Pet Food | VITA-ONE | For preparation of dog food agar medium |
| LB broth, Lennox | Nakarai tesque | 20066-95 | For culture of E. coli OP50 |
| Magnesium sulfate anhydrous | TGI | M1890 | For preparation of NGM plates |
| Petri dishes (60 mm) | Nunc | 150270 | For preparation of NGM plates |
| Potassium Dihydrogenphosphate | Nakarai tesque | 28720-65 | For preparation of NGM plates |
| Sodium Chloride | Nakarai tesque | 31320-05 | For preparation of NGM plates |
| Observation | |||
| Computer | CT solution | CS6229 | Windows10 Pro with Intel Xeon Gold 6238R CPU and 768 GB of RAM |
| CMOS Camera | Hamamatsu photonics | ORCA-Lightning C14120-20P | For data acquisition |
| CMOS Camera | Olympus | DP74 | For data acquisition |
| Microscope with SZX-MGFP set | Olympus | MVX10 | For data acquisition |
| x2 Objective lens | Olympus | MV PLAPO 2XC | Working distance 20 mm and numerical aperture 0.5 |
| Shutter control | |||
| Shutter | OptoSigma | BSH2-RIX | For controlling temporal pattern of light illumination |
| Shutter controller | OptoSigma | SSH-C2B-A | For controlling temporal pattern of light illumination |
| Temperature control | |||
| Peltier temperature controller unit | VICS | WLVPU-30 | For controlling humidity inside a Petri plate |
| UNI-THEMO CONTROLLER | Ampere | UTC-100 | For controlling humidity inside a Petri plate |
| Data acquisition software | |||
| HCImage | Hamamatsu photonics | For data acquisition |
References
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