С помощью набора инструментов анимации FishSim расследовать поведение рыбы: тематическое исследование на Мате Выбор копирования в Sailfin Моллис

Недавно используя современные методы для создания искусственных стимулов, таких как компьютерной анимации и виртуальной реальности, получил популярность в исследований¹. Эти методы предоставляют ряд преимуществ, по сравнению с классической экспериментальных подходов с живой стимул животных^1,2. Компьютерная анимация позволяет неинвазивные манипуляции внешний вид (размер, цвет) и поведение виртуальной стимул животных, используемых в экспериментах. Например хирургическое удаление меч в мужской Зеленый swordtails (Пецилия helleri) для проверки Мате предпочтения женщин³ было вынесено ненужные с помощью компьютерной анимации в более позднем исследовании этого вида⁴. Кроме того компьютерной анимации можно создавать фенотипов, которые редко встречаются в природе⁵. Морфологические особенности виртуальных животных могут быть изменены даже за пределы естественного ареала этого вида⁴. В частности возможные систематические манипулирования поведением является одним из основных преимуществ компьютерной анимации, так как это почти невозможно с живыми животными^6,7.

Существуют различные методы на сегодняшний день для создания компьютерной анимации. Простой двухмерный (2D) анимации обычно являются производными от картину стимула, движущихся в только два измерения и может создаваться с общего программного обеспечения как MS PowerPoint⁸ или⁹Adobe After Effects. Трехмерная (3D) анимации, которые требуют более сложных трёхмерного моделирования программного обеспечения, включить стимул быть перемещены в трех измерениях, увеличивая возможности для реалистичных и сложные физические движения^{6,7 , 10 , 11 , 12}. даже виртуальной реальности конструкции, которые имитируют 3D окружающей среды, где перемещения живых животных были используется^13,14. В недавнем обзоре Шуинар-Thuly и др. ² обсудить эти методы по одному и выделить преимущества и недостатки на их осуществление в исследованиях, которые особенно зависит от сферы охвата исследования и визуальные возможности животного испытания (см «Обсуждение»). Кроме того Пауэлл и Розенталь¹⁵ дать консультации по соответствующим экспериментальный дизайн и какие вопросы могут быть рассмотрены с использованием искусственных стимулов в области исследований поведения животных.

Поскольку создание компьютерной анимации может быть сложным и трудоемким, возникла необходимость для программного обеспечения для упрощения и стандартизации процесса анимации дизайн. В этом исследовании мы представляем свободно и раскрывать источника FishSim анимации Toolchain¹⁶ (короткие: FishSim; HTTPS://BitBucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/), многодисциплинарного подхода, сочетающего биологии и информатики для удовлетворения этих потребностей. Подобно к ранее опубликованным инструмент anyFish^17,18, развитие toolchain вслед за цель предоставлять исследователям с easy-to-use методом для реализации анимированные 3D раздражителей в экспериментах с рыбой. Наше программное обеспечение состоит из набора инструментов, которые могут быть использованы для: (1) создать 3D виртуальный рыбы (FishCreator), (2) одушевленный плавательный пути виртуального рыбы с контроллером видео игры (FishSteering) и (3) организовать и представить записанные анимации на мониторах жить фокуса рыбы (FishPlayer). Наши toolchain предоставляет различные возможности, которые являются особенно полезен для тестирования в двоичный выбор ситуации, но также применимы другие экспериментальные проекты. Кроме того возможности анимации два или более виртуальных рыбы позволяет моделирование обмелению или ухаживания. Анимация не привязаны к конкретным стимулом, но могут быть воспроизведены с другие раздражители, что позволяет изменить внешний вид стимулом, но держать его поведение постоянно. Открытым исходным кодом характер инструментария, а также тот факт, что он основан на системе операции робот Рось (www.ros.org), обеспечивают высокая модульность системы и предлагает почти безграничные возможности для включения внешних датчиков (как контроллер или система отслеживания) и адаптации инструментария для собственных потребностей в области научных исследований. В дополнение к Молли sailfin, в настоящее время используются четыре других видов: Atlantic Молли Пецилии mexicana, гуппи Poecilia reticulata, Трёхиглая колюшка Трёхиглые колюшки aculeatus и цихлид Haplochromis spp. Новые виды могут быть созданы в 3D графике, моделирование инструмент (например, блендер, www.blender.org). Чтобы проиллюстрировать процесс с FishSim и предоставить протокол о том, как провести Мате Выбор копирования эксперимент с компьютерной анимации, мы провели исследование с sailfin Моллис.

Мате выбор является одним из наиболее важных решений, внесенные в их истории жизни животных. Животных развивались различные стратегии для нахождения лучших спаривания партнеров. Они могут полагаться на личной информации при оценке возможности спаривания партнеров самостоятельно, возможно согласно заранее генетических преференций для некоторых²⁰фенотипическую особенность^19,. Однако они могут также соблюдать Мате выбор сородичами и тем самым использовать общественной информации²¹. Если наблюдатель затем решает выбрать же мат (или же фенотип) в качестве наблюдаемых считалась — «модель» — выбрали ранее, это называется Мате Выбор копирования (далее сокращенно MCC)^22,23. Мате Выбор копирования представляет собой форму социального обучения и, следовательно, не являющихся независимыми Мате выбор стратегии²⁴, который наблюдается в обеих позвоночных^{25,26,27,28, 29} и беспозвоночных^30,,3132. До сих пор, MCC преимущественно учился в рыбе и встречается как в лабораторных условиях^{33,34,35,,3637,38} , так и в ⁴²дикие^39,40,,^41,. Мате Выбор копирования особенно ценен для индивида, если два или более потенциальных партнеров спаривания видимо похожи на качество и выбор «хорошие» мат — с точки зрения максимизации Фитнес — это трудно сделать⁴³. Качества модели девушки сама может повлиять ли фокуса самок скопировать ее выбор или не^44,45,,4647. Соответственно было обусловлено ее более или менее опытных в Мате выбор, например в том, что касается размера и возраста^44,45,46, или ее будучи считалась «хорошее» или «плохих» модель женского качества или неспецифический⁴⁷. В sailfin Моллис которые копировать выбор Мате сородичами^{39,48,49,50,51}было установлено, что фокуса женщины даже копировать неприятие мужской⁵² . Поскольку считается, что MCC играть важную роль в эволюции фенотипических признаков, а также видообразования и гибридизации^21,23,53,54, последствия копирование» ложных» выбор может быть огромный в снижении фитнес копир⁵⁵. Если человек решает скопировать выбор другого лица, это важно для оценки, если наблюдаемая модель является надежным источником информации, то есть, что сама модель делает «хорошие» выбор из-за его или ее хорошо опыт в мате выбор. Здесь возникает вопрос: какие визуальные характеристики могут характеризовать надежная модель для копирования из sailfin Молли женщин?

Отличительной чертой визуального в женских sailfin Моллис и другие Poeciliids является беременных пятно (также известен как «анальный пятно», «выводок патч» или «беременность пятно»). Этот мрачно пигментированные области в их анальной области вытекает из melanization ткани подкладки яичников мешка⁵⁶. Размер и присутствие беременных пятна являются переменной через conspecific самок и далее индивидуально могут изменяться в ходе прогрессирование яичников циклов^56,57. Беременных пятна могут служить для привлечения мужчин и облегчения ориентации gonopodial для внутреннего осеменения⁵⁸ или в качестве средства рекламы фертильности^59,60. Учитывая связь между беременных spot и репродуктивного статуса женщин мы прогнозировали, что беременных месте служит знак качества женской модели, предоставляя информацию о ее текущее состояние репродуктивного наблюдения фокуса самок. Мы исследовали две альтернативные гипотезы. Во-первых если беременных пятно является признаком общего для погашения, по прогнозам Фарр и Трэвис⁵⁹, он обозначает предположительно надежных и опытных модели по сравнению с незрелые модели (без пятна). Здесь более вероятно скопировать выбор модели с пятном, но не то, что модели без пятно фокуса самок. Во-вторых, если беременных месте знаменует не восприимчивости благодаря уже разрабатывают выводка, по прогнозам Sumner et al. ⁶⁰, модель предположительно менее надежными, поскольку не восприимчивы женщин будет считаться менее разборчивы. В этом случае фокуса самок не будет копировать их выбор но моделей без пятна. До настоящего времени, роль беременных местом для MCC в sailfin Молли женщин никогда не были протестированы, не экспериментально манипулировать.

Мы использовали FishSim для выполнения эксперимента MCC, представив виртуальных стимул самцов и самок виртуальная модель на мониторах компьютеров вместо живой стимул и модель рыбы, используемые в классический экспериментальной процедуры^{49,50 ,,5161}. Общее удобство использования нашего программного обеспечения ранее были протестированы для проверки гипотез о выборе Мате в sailfin Моллис¹². Здесь мы проверили ли отсутствие или наличие пятно беременных в виртуальной модели женщины влияет на выбор Мате наблюдения живой фокуса самок. Мы сначала пусть фокуса самок акклиматизироваться к испытания резервуара (рис. 1.1) и пусть они выбирают между двух различных виртуальных стимул мужчины в старпом выбор тест (Рисунок 1.2). Впоследствии в период наблюдения, предварительного непредпочитаемого виртуальный мужчина был представлен вместе с виртуальной модели девушки (Рисунок 1.3). В последующих второй Мате выбор теста фокуса женщины снова выбрал между же мужчины (Рисунок 1.4). Мы проанализировали ли фокуса женщин был скопирован Мате выбор наблюдаемых модель девушки, сравнивая ее решение Мате выбор в первом и втором Мате выбор теста. Мы провели две различные экспериментальные методы лечения, в которых мы манипулировать визуально качество виртуальной модели девушки. За период наблюдения мы либо представил предварительное непредпочитаемого виртуальных мужчин (1) вместе с виртуальной модели девушки с беременных пятно («спот» лечение); или (2) вместе с виртуальной модели девушки без беременных пятно («нет пятна» лечение). Кроме того в элементе управления без каких-либо девушки модели, мы проверили ли фокуса самок выбрал последовательно, когда общественной информации представлено не было.

Рисунок 1. Общий обзор наиболее важных экспериментальных мер для MCC эксперимент с использованием виртуальных рыбы раздражителей. (1) период акклиматизации. Старпом выбор теста (2) : живой фокуса самка выбирает между самцами виртуальный стимул. Период наблюдений (3) : фокуса Женские Часы предварительного непредпочитаемого самца вместе с виртуальной модели девушки с беременных пятно. (4) второй Мате выбор тест: фокуса девушки снова выбирает между самцами виртуальный стимул. В этом примере она копирует выбор модели. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.