التلاعب في أنماط ألوان في القفز العناكب لاستخدامها في التجارب السلوكية
Summary
والهدف من هذا البروتوكول هو التلاعب في أنماط ألوان من العناكب القفز وغيرها من المفصليات صغيره جدا مع الطلاء من أجل دراسة الاسئله المتعلقة بالاختيار الجنسي ، وأكل لحوم البشر الجنسي ، والنهب ، والابوساميه ، أو اي مجال آخر من تلوين الحيوانية.
Abstract
في مجال الإيكولوجيا السلوكية ، تم تصميم العديد من التجارب للتحقيق في الأغراض التطورية للسمات الملونة في سياق الاختيار الجنسي والنهب. طرق مختلفه ولكن في الغالب تتكون من تعديل أنماط ألوان من الافراد مع الملونات المتنوعة. وقد استخدمت هذه التقنيات عبر العديد من فقاري تاكا ، ولا سيما في الطيور ، ولكنها ظلت متخلفه عن لافقاريات بسبب صعوبة التلاعب بألوان بشكل فعال في الكائنات الحية الصغيرة. وبدلا من ذلك ، وللتلاعب بمظهر لافقاريات ، قام العلماء عاده بتعديل بيئة الاضاءه لتصفيه أطوال موجية معينه. ومع ذلك ، فان مثل هذه الطريقة لا تؤثر فقط علي السمة الظاهرية للفائدة ولكن مظهر الفرد بأكمله والمحيطة به. هنا ، والتوسع في التقنيات المستخدمة سابقا علي الطيور الملونة ، ونحن نقدم طرق التلاعب بألوان المفصليات الصغيرة ، وذلك باستخدام الأنواع رمزيه علي قدم المساواة ولكن تحت الدرس: العناكب القفز الملونة.
Introduction
غالبا ما يكون للحيوانات أنماط لونيه متقنه تعرضها اثناء اللقاءات الجنسية أو اللقاءات المؤلمة أو لردع النهب. هذه الصفات قد ينقل المعلومات إلى أجهزه الاستقبال مثل الجودة الفردية لsignaler كزميل1، والقدرة علي القتال كمنافس2، أو الحنذه كفريسة البند3. لفهم الأغراض التكيفيه من الصفات الملونة ، وقد صمم الباحثون التجارب التي تنطوي علي التلاعب ألوان بطرق مختلفه. وقد استخدمت بعض الباحثين المحفزات الملونة الشرك مثل النماذج4،5،6،7،8، الصور9، أو أشرطه الفيديو10،11، 12 التي يتم تقديمها إلى أجهزه الاستقبال في التجارب السلوكية. البعض الآخر ، وخاصه عند استخدام لافقاريات ، قد تلاعبت بيئة الاضاءه للتاثير علي ظهور ألوان الافراد الحية13، 14،15،16، 17. كل هذه التلاعب ، في حين بارعه ، لديها عيب في أزاله السلوك الطبيعي الذي يحتمل ان يكون مهما و/أو تؤثر أكثر بكثير من سمه الفائدة. في الفقاريات الكبيرة ، مثل الطيور ، والباحثين في كثير من الأحيان التلاعب اللون مباشره علي الكائنات الحية (استعرض في هيل و ماكجرو ، 200618). وقد الريش الفردية أو مناقير الملونة مباشره مع علامات2،19،20،21،22،23،24، الاصباغ التي تحتوي علي بيروكسيد الهيدروجين غالبا ما تستخدم في الشعر حلاقين25،26،27، أو الدهانات المختلفة بما في ذلك طلاء الأظافر28. في لافقاريات ، مثل هذه الدراسات التي تتلاعب بأنماط ألوان مباشره علي الكائنات الحية نادره نسبيا ولكن لا تزال تقدم نظره ثاقبه هائله في وظيفة وتطور اللون29،30،31 ،32،33،34،35،36،37،38،39. ويبدو حتى الدراسات المفصلية ان تكون منحازة نحو التصنيفات الكبيرة التي يمكن التعامل معها بسهوله أكبر ورسمها ، وترك أنماط ألوان في الأنواع الصغيرة جدا نسبيا تحت الدراسة.
هنا ، ونحن وصف تقنيه التلاعب بألوان الحساسة التي تم تطويرها لتصنيف الحيوانية الصغيرة جدا. علي وجه التحديد ، ينطوي هذا الأسلوب علي التلاعب في تلوين الوجه من العناكب القفز الذكور تحت المجهر من أجل التحقيق في اهميه هذه الصفات الملونة في سياق اختيار زميله وأكل لحوم البشر الجنسي. في هذه الحالة ، استخدمنا Habronattus بيرريثريكس (التي تم جمعها من فينيكس ، AZ ، الولايات الامريكيه) كنوع نموذج (الشكل 1). لقد نشرنا نتائج العمل التجريبي باستخدام بعض من هذه التقنيات في أماكن أخرى38،39، ولكن هنا نحن وصف الأساليب بمزيد من التفصيل مما تم القيام به سابقا ، بطريقه تجعلها في متناول الآخرين محاولة لتكرارها أو التكيف معها للاستخدام علي الأصناف الأخرى الصغيرة جدا. وينبغي ان تتيح هذه البروتوكولات فرصا تجريبية للحيوانات التي يمكن ان تكون ملونه مثل الطيور الأكثر رمزيه ولكنها عاده ما تكون غير مدروسه.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا ، نظهر ان ألوان أجزاء الجسم الصغيرة من المفصليات يمكن التلاعب بها بشكل فعال باستخدام الملونات مثل المكياج ودهانات ألمينا.
الخطوة الحاسمة الاولي لتحقيق مثل هذا التلاعب الدقيق هو ان تكون قادره علي شل الكائنات الصغيرة التي عاده لا يمكن تقييدها في يد واحده. هنا ، لتكون قادره علي رسم المناطق الحساسة مثل القفز العنكبوت الوجه ، ونحن تخدير الافراد مع CO2 وشنت عليهم علي راس دبوس. وهذا يسمح العمل بالقرب من عيون العنكبوت مع اقل الإجهاد من العنكبوت من المرجح ان تجربه إذا كان مستيقظا (مع ضوء من المجهر ساطع في وجوههم اثناء عمليه الطلاء).
الأسلوب يتطلب أيضا الحصول علي نوعيه جيده فرش الدقيقة ، والأكثر انتقادا ، والمواد التلوين المناسبة. الخطوة الأكثر صعوبة في تطبيق الطلاء دون انسكاب ولكن مع تغطيه جيده هو الحصول علي الاتساق الصحيح. ولذلك ، فان المواد التلوين تحتاج إلى ان تضعف بسهوله مع ارق ، وتجفيفها بسهوله لسماكه. ويمكن استخدام أنواع مختلفه من الدهانات ؛ هنا ، يتم عرض النتائج مع الثقوب القابلة للذوبان في الماء (غير مقاوم للماء) والدهانات ألمينا. الثقوب غير مقاومه للماء لديها ميزه يجري المسيل بسهوله عندما يخلط مع الماء. ومع ذلك ، هذه الصفقات قباله مع تخفيف تصبغ (والتي قد لا أو قد تكون مرغوبة (انظر علي سبيل المثال الشكل 3)). الدهانات ألمينا لديها الاتساق التي يمكن التحكم بسهوله عن طريق أضافه ارق ألمينا ، في حين لا يزال توفير التغطية الكاملة. ومع ذلك ، هذه الصفقات المميزة قباله مع امكانيه الحفاظ علي الشعر أو هيكل المقياس من جزء الجسم رسمت. الاضافه إلى ذلك ، دهانات ألمينا طويلة الأمد. الجانب السلبي لهذا هو ان الطلاء ألمينا وارق تنبعث منها الروائح القوية اثناء التطبيق وقبل التجفيف. قد تكون أحدي الصعوبات الاضافيه المتعلقة بمواد التلوين هي العثور علي الظل الصحيح ، مع الخصائص الطيفية الصحيحة. فمن الصعب علي سبيل المثال للحصول علي كحل احمر لاستخدامها بالتوازي مع كحل اسود ، كما الثقوب غالبا ما تكون أكثر الوردي من اللون الأحمر. ومن الصعب أيضا الحصول علي مسحوق ماكياج (أو اصباغ) التي لا تحتوي علي اي بريق (والتي يمكن ان تكون في بعض الأحيان مرئية فقط تحت المجهر). العديد من منتجات ماكياج تعكس أيضا ضوء الاشعه فوق البنفسجية التي ، في حين غير مرئية للتجربة ، قد تكون واضحة للحيوانات درس.
التلاعب في تلوين المفصليات عن طريق تطبيق مباشره الملونات علي أجزاء الجسم ياتي مع المزايا والإزعاج بالمقارنة مع غيرها من الطرق. والقيد الرئيسي هو انه لا يمكن للمرء ان يستبعد علي الإطلاق امكانيه بعض اثار السمية الخفية. ومع ذلك ، يمكن للمرء ان يضمن عدم إدخال التحيز ضد مجموعه واحده من العلاج عن طريق تطبيق الطلاء علي جميع فئات العلاج ، و/أو يمكن للمرء اختبار ما إذا كان تطبيق الطلاء يتداخل مع السلوكيات ذات الاهتمام. مع الأساليب المعروضة هنا ، جمعنا ما يكفي من الادله للاشاره إلى ان تطبيق الطلاء ادي إلى لا يكاد يذكر إلى اي تاثير سلبي (الجدول 1 والجدول 2). والميزة الرئيسية لهذا الأسلوب هو ان بقع صغيره من اللون يمكن استهدافها ، لونها ‘ أزاله ‘ (انظر الشكل 2) ، قدم دوللر (الشكل 3) أو أكثر إشراقا (الشكل 4) ، في عزله عن بقية من تلوين الجسم والفرد البيئه. وهذا يتناقض مع الطريقة البديلة الأكثر شيوعا التي تتكون من التلاعب في ظروف الاضاءه ، التالي تعديل المظهر البصري للفرد بأكمله والمناطق المحيطة بها. في الواقع ، حتى عندما لا تعالج علي وجه التحديد ظروف الاضاءه ، يمكن للمرء التلاعب بنجاح اللون ونري تاثيرات محدوده أو لا من هذا التلاعب إذا كانت بيئة الاضاءه غير مناسبه39. ولذلك ، من المهم قياس والنظر في البيئة الخفيفة حيث سيتم اجراء اي تجارب (اي قياس الإشعاع) والتاكد من مطابقتها بشكل وثيق لظروف الاضاءه الطبيعية (علي سبيل المثال باستخدام المصابيح الكاملة الطيف الذي يحاكي الضوء الطبيعي عندما تكون في الأسر). عموما ، باستخدام فرش الصغرى والمجهر ، وهذا البروتوكول يسمح للتلاعب أكثر دقه من بقع ألوان الصغيرة من معظم أساليب التلوين المباشر الأخرى التي تم استخدامها سابقا علي لافقاريات. وقد استخدمت معظم الدراسات السابقة الحيوانية مع بقع اللون التي هي كبيره نسبيا بالمقارنة مع وجوه العناكب القفز (علي سبيل المثال ، والتلاعب من ألوان فراشه الجناح29،34،35، وأجساد الكبار hemipterans (‘ البق الحقيقي ‘)30،36 و الجنادب31، أو الساقين من العناكب الذئب كبيره نسبيا32،33،37). الطرق المعروضة هنا فتح فرص لدراسة التنوع مذهله من بقع اللون علي أنواع التي يتم دراستها بسبب صغر حجمها.
ويمكن تطبيق تقنيات مماثله علي المفصليات الأخرى التي يمكن تعبئتها أو تخديرها وفي المناطق التي لا يؤثر فيها الطلاء علي حركه الفرد أو صحته (اي باستثناء مجالات مثل المفاصل والهياكل مثل الشعر أو الاروليا اللازمة للتنقل المناسب ، وأجزاء الفم ، أو غيرها من فوهات مثل هياكل التنفس). ويمكن أيضا توسيع هذه التقنيات لتشمل لوحه أكبر من الاصباغ والدهانات والماكياج التي تتوفر علي نطاق واسع.
وأخيرا ، يمكن استخدام هذه التقنيات الدقيقة ليس فقط للتلاعب بألوان علي الكائنات الحية الصغيرة ، ولكن أيضا للتلاعب بالأنماط (مثل المشارب) في الكائنات الحية الأكبر نسبيا. وينبغي ان يكون هذا مفيدا لطائفه واسعه من الباحثين التي يمكن ان تتكيف أساليبنا لدراستاتهم الخاصة للاختيار الجنسي ، والاتصالات ، وإشارات الجارحة الابوسماتيه ، وغيرها من السياقات التي تستخدم ألوان الحيوانية.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا العمل بتمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم (IOS-1557867 إلى LAT) ، ومتحف فلوريدا للتاريخ الطبيعي ، وقسم علم الحشرات والنيولوجيا في جامعه فلوريدا. تم تمويل رسوم النشر لهذه المادة جزئيا من قبل صندوق النشر المفتوح لجامعه فلوريدا.
Materials
| CO2 tank | AirGas (Radnor, PA) | #CD 50 | to anesthesize spiders |
| Enamel paint thinner | Testors (Vernon Hills, IL) | 75611792569 | to thin enamel paint |
| Flat enamel paint | Testors (Vernon Hills, IL) | red: 075611115009, black: 075611114903, white: 075611116808 | can be thinned with enamel paint thinner |
| Light microscope | Zeiss (Jena, Germany) | stemi 508 | to paint small areas with precision |
| Light microscope camera | Zeiss (Jena, Germany) | Axiocam 105 color | to take picture before and after manipulation for documentation |
| Light microscope camera software | Zeiss (Jena, Germany) | Zen 2 blue edition | to process pictures taken before and after manipulation |
| Liquid liner eyeliner, shade “Perversion” | Urban Decay (Costa Mesa, CA) | (discontinued) | non-waterproof eyeliner which can be thinned with water; eyeliner 2 |
| MegaLiner liquid eyeliner, black | WetnWild (Los Angeles, CA) | SKU# 871A | non-waterproof eyeliner which can be thinned with water; eyeliner 1 |
| Micro brushes | MicroMark (Berkeley Heights, NJ) | #84648 | to allow precise painting of small areas |
| Non-hardening modelling clay | Van Aken International Claytoon (North Charleston, SC) | 18165 | to stick small nail or insect pin in and flexily adjust their angles |
| Small nail or insect mounting pins | BioQuip (Rancho Dominguez, CA) | #1208B7 | to glue spiders on as well as moving away spider’s appendages in front of the area to paint |
| Small plastic containers such as the lids of snap-cap insect collection vials | BioQuip (Rancho Dominguez, CA) | #8912 | to mix paint and thinner to the right consistency |
| Small syringe | Fisher Scientific | 1482910F | to transfer small amount of enamel thinner |
| Spectralon white standard | Labsphere Inc. (North Sutton, NH) | WS-1-SL | to measure spectral properties of colors |
| UV-VIS spectrophotometer | Ocean Optics (Dunedin, FL) | USB 2000 (spectrophotometer) with PX-2 (light source) | to measure spectral properties of colors |
| Water soluble school glue | Elmer's (High Point, NC) | #E304 | to mount the spiders onto a nail/pin |
| Wood toothpicks | Up&Up, Target Corporation (Minneapolis, MN) | #253-05-0125 | to transfer drops of enamel paint |
Referenzen
- Baeta, R., Faivre, B., Motreuil, S., Gaillard, M., Moreau, J. Carotenoid trade-off between parasitic resistance and sexual display: an experimental study in the blackbird (Turdus merula). Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 275 (1633), 427-434 (2008).
- Ninnes, C. E., Webb, S. L., Andersson, S. Are red bishops red enough? On the persistence of a generalized receiver bias in Euplectes. Behavioral Ecology. 28 (1), 117-122 (2017).
- Mappes, J., Marples, N., Endler, J. A. The complex business of survival by aposematism. Trends in Ecology & Evolution. 20 (11), 598-603 (2005).
- Clark, D. L., Macedonia, J. M., Rowe, J. W., Kamp, K., Valle, C. A. Responses of Galápagos Lava Lizards (Microlophus bivittatus) to Manipulation of Female Nuptial Coloration on Lizard Robots. Herpetologica. 73, (2017).
- Finkbeiner, S. D., Briscoe, A. D., Reed, R. D. Warning signals are seductive: Relative contributions of color and pattern to predator avoidance and mate attraction in Heliconius butterflies. Evolution. 68 (12), 3410-3420 (2014).
- Moore, M. P., Martin, R. A. Intrasexual selection favours an immune-correlated colour ornament in a dragonfly. Journal of Evolutionary Biology. 29 (11), 2256-2265 (2016).
- Nokelainen, O., Valkonen, J., Lindstedt, C., Mappes, J. Changes in predator community structure shifts the efficacy of two warning signals in Arctiid moths. Journal of Animal Ecology. 83 (3), 598-605 (2014).
- Yewers, M. S. C., Pryke, S., Stuart-Fox, D. Behavioural differences across contexts may indicate morph-specific strategies in the lizard Ctenophorus decresii. Animal Behaviour. 111, 329-339 (2016).
- Baldwin, J., Johnsen, S. The male blue crab, Callinectes sapidus, uses both chromatic and achromatic cues during mate choice. The Journal of Experimental Biology. 215 (7), 1184 (2012).
- Künzler, R., Bakker, T. C. M. Female preferences for single and combined traits in computer animated stickleback males. Behavioral Ecology. 12 (6), 681-685 (2001).
- Landmann, K., Parzefall, J., Schlupp, I. A sexual preference in the Amazon molly, Poecilia formosa. Environmental Biology of Fishes. 56 (3), 325-331 (1999).
- Nelson, X. J., Jackson, R. R. A predator from East Africa that chooses malaria vectors as preferred prey. PLoS ONE. 1 (1), e132 (2006).
- Bajer, K., Molnár, O., Török, J., Herczeg, G. Female European green lizards (Lacerta viridis) prefer males with high ultraviolet throat reflectance. Behavioral Ecology and Sociobiology. 64 (12), 2007-2014 (2010).
- Gerlach, T., Sprenger, D., Michiels, N. K. Fairy wrasses perceive and respond to their deep red fluorescent coloration. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 281 (1787), 20140787 (2014).
- Girard, M. B., Elias, D. O., Kasumovic, M. M. The role of red coloration and song in peacock spider courtship: insights into complex signaling systems. Behavioral Ecology. 29 (6), 1234-1244 (2018).
- Lim, M. L. M., Land, M. F., Li, D. Sex-specific UV and fluorescence signals in jumping spiders. Science. 315 (5811), 481 (2007).
- Xu, M., Fincke, O. M. Ultraviolet wing signal affects territorial contest outcome in a sexually dimorphic damselfly. Animal Behaviour. 101, 67-74 (2015).
- Hill, G. E., McGraw, K. J. . Bird coloration: function and evolution. 2, 137-200 (2006).
- Chaine, A. S., Roth, A. M., Shizuka, D., Lyon, B. E. Experimental confirmation that avian plumage traits function as multiple status signals in winter contests. Animal Behaviour. 86 (2), 409-415 (2013).
- Hasegawa, M., Arai, E. Experimentally reduced male ornamentation increased paternal care in the Barn Swallow. Journal of Ornithology. 156 (3), 795-804 (2015).
- Lawes, M. J., Pryke, S. R., Andersson, S., Piper, S. E. Carotenoid status signaling in captive and wild red-collared widowbirds: independent effects of badge size and color. Behavioral Ecology. 13 (5), 622-631 (2002).
- Quesada, J., et al. Plumage coloration of the blue grosbeak has no dual function – A test of the armament-ornament model of sexual selection. The Condor. 115 (4), 902-909 (2013).
- Safran, R. J., et al. The maintenance of phenotypic divergence through sexual selection: An experimental study in barn swallows Hirundo rustica. Evolution. 70 (9), 2074-2084 (2016).
- Tringali, A., Bowman, R. Plumage reflectance signals dominance in Florida scrub-jay, Aphelocoma coerulescens, juveniles. Animal Behaviour. 84 (6), 1517-1522 (2012).
- Jerónimo, S., et al. Plumage color manipulation has no effect on social dominance or fitness in zebra finches. Behavioral Ecology. 29 (2), 459-467 (2018).
- Hill, G. E. Plumage coloration is a sexually selected indicator of male quality. Nature. 350 (6316), 337-339 (1991).
- Wolfenbarger, L. L. Female mate choice in northern cardinals: is there a preference for redder males?. The Wilson Bulletin. 111 (1), 76-83 (1999).
- ten Cate, C., Verzijden, M. N., Etman, E. Sexual imprinting can induce sexual preferences for exaggerated parental traits. Current Biology. 16 (11), 1128-1132 (2006).
- Davis, A. K., Cope, N., Smith, A., Solensky, M. J. Wing color predicts future mating success in male monarch butterflies. Annals of the Entomological Society of America. 100 (2), 339-344 (2007).
- Exnerová, A., et al. Avoidance of aposematic prey in European tits (Paridae): learned or innate?. Behavioral Ecology. 18 (1), 148-156 (2006).
- Forsman, A., Appelqvist, S. Visual predators impose correlational selection on prey color pattern and behavior. Behavioral Ecology. 9 (4), 409-413 (1998).
- Hebets, E. A. Subadult experience influences adult mate choice in an arthropod: exposed female wolf spiders prefer males of a familiar phenotype. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (23), 13390 (2003).
- Hebets, E. A., Cuasay, K., Rivlin, P. K. The role of visual ornamentation in female choice of a multimodal male courtship display. Ethology. 112 (11), 1062-1070 (2006).
- Kingsolver, J. G. Experimental manipulation of wing pigment pattern and survival in western white butterflies. The American Naturalist. 147 (2), 296-306 (1996).
- Morehouse, N. I., Rutowski, R. L. In the eyes of the beholders: Female choice and avian predation risk associated with an exaggerated male butterfly color. The American Naturalist. 176 (6), 768-784 (2010).
- Prudic, K. L., Skemp, A. K., Papaj, D. R. Aposematic coloration, luminance contrast, and the benefits of conspicuousness. Behavioral Ecology. 18 (1), 41-46 (2006).
- Rutledge, J. M., Miller, A., Uetz, G. W. Exposure to multiple sensory cues as a juvenile affects adult female mate preferences in wolf spiders. Animal Behaviour. 80 (3), 419-426 (2010).
- Taylor, L. A., Clark, D. L., McGraw, K. J. Natural variation in condition-dependent display colour does not predict male courtship success in a jumping spider. Animal Behaviour. 93, 267-278 (2014).
- Taylor, L. A., McGraw, K. J. Male ornamental coloration improves courtship success in a jumping spider, but only in the sun. Behavioral Ecology. 24 (4), 955-967 (2013).
- Foelix, R. . Biology of spiders. Third edn. , (2010).
- Taylor, L. A., Clark, D. L., McGraw, K. J. Condition dependence of male display coloration in a jumping spider (Habronattus pyrrithrix). Behavioral Ecology and Sociobiology. 65 (5), 1133-1146 (2011).
- Taylor, L. A., Maier, E. B., Byrne, K. J., Amin, Z., Morehouse, N. I. Colour use by tiny predators: jumping spiders show colour biases during foraging. Animal Behaviour. 90, 149-157 (2014).
- Bates, D., Maechler, M., Bolker, B., Walker, S. Fitting Linear Mixed-Effects Models Using lme4. Journal of Statistical Software. 67 (1), 1-48 (2015).
- R Core Team. . R: A language and environment for statistical computing. , (2018).
