Los laberintos en Y permiten a los investigadores determinar la relevancia de estímulos específicos que impulsan el comportamiento animal, especialmente señales químicas aisladas de una variedad de fuentes. El diseño y la planificación cuidadosos pueden producir datos sólidos (por ejemplo, discriminación, grado de exploración, comportamientos numerosos). Este aparato experimental puede proporcionar una visión poderosa de las cuestiones de comportamiento y ecológicas.
Los reptiles utilizan una variedad de señales ambientales para informar e impulsar el comportamiento de los animales, como los rastros de olores químicos producidos por alimentos o conespecíficos. Descifrar el comportamiento de los vertebrados, particularmente las especies invasoras, permite el descubrimiento de señales que inducen un comportamiento exploratorio y pueden ayudar en el desarrollo de valiosas herramientas biológicas básicas y aplicadas. Sin embargo, identificar comportamientos impulsados predominantemente por señales químicas frente a otras señales ambientales competidoras puede ser un desafío. Los laberintos en Y son herramientas comunes utilizadas en la investigación del comportamiento animal que permiten la cuantificación del comportamiento quimiosensorial de los vertebrados en una amplia gama de taxones. Al reducir los estímulos externos, los laberintos en Y eliminan los factores de confusión y presentan a los animales focales una opción binaria. En nuestros estudios de laberinto en Y, un animal perfumado se restringe a un brazo del laberinto para dejar un rastro de olor y se elimina una vez que se han cumplido los parámetros de colocación de olores. Luego, dependiendo del tipo de ensayo, se permite que el animal focal entre en el laberinto o se crea un rastro de olor competitivo. El resultado es un registro de la elección y el comportamiento del animal focal mientras discrimina entre las señales químicas presentadas. Aquí, se describen dos aparatos de laberinto en Y adaptados a diferentes especies de reptiles invasores: lagartos tegu blancos y negros argentinos (Salvator merianae) y pitones birmanos (Pythonbivittatus), delineando el funcionamiento y la limpieza de estos laberintos en Y. Además, se ha resumido la variedad de datos producidos, los inconvenientes y soluciones experimentales y los marcos de análisis de datos sugeridos.
Los laberintos en Y son herramientas comunes y simples en los estudios del comportamiento animal que permiten abordar una variedad de preguntas. Además de ser ampliamente utilizados en estudios de laboratorio, los laberintos en Y también son funcionalmente compatibles con varios entornos de campo para estudiar animales salvajes en entornos relativamente remotos. Los investigadores han examinado los comportamientos de los vertebrados salvajes utilizando laberintos en Y en una amplia variedad de taxones en aplicaciones de campo igualmente diversas (por ejemplo, lampreas1;peces cíclidos2;ranas venenosas3; lagartos lacertidos4; serpientes de liga5).
Muchos investigadores se centran en cómo y en qué grado las señales químicas impulsan los comportamientos de los animales en la ecología reproductiva, espacial y de forrajeo6. Una variedad de estímulos químicos pueden ser probados en laberintos en Y y a escalas finas, tales como dos rastros químicos que sólo difieren ligeramente en la concentración7,o la capacidad de detección basada en el estado reproductivo de la especie objetivo8. Los rastros químicos —el principal estímulo utilizado en las pruebas del laberinto en Y— pueden ser creados naturalmente por conespecíficos o colocados específicamente en el medio ambiente por un investigador utilizando una fuente química definida1,5. Los estímulos también se pueden probar en combinaciones únicas para determinar la influencia multimodal de las señales, como los contextos cambiantes de la presentación de las señales (rastros en el aire frente a los sustratos9;señales visuales más químicas10). Aunque hay muchos otros métodos para evaluar las respuestas quimiosensoriales en reptiles (ver sección de discusión), los laberintos en Y permiten evaluar los comportamientos de búsqueda y a múltiples escalas temporales y espaciales, lo que puede conducir a mayores niveles de inferencia conductual.
Los reptiles han sido ampliamente probados por su dependencia de señales químicas en ecología reproductiva y forrajeo, y los investigadores a menudo emplean laberintos en Y en estos estudios11,12. La ecología química de los reptiles continúa siendo descifrada por estudios que emplean laberintos en Y para abordar una variedad de preguntas evolutivas y de comportamiento que son valiosas para los administradores de vida silvestre. Por ejemplo, pruebas recientes con especies invasoras de serpientes y lagartos han revelado que las señales químicas por sí solas pueden influir en la elección y la asignación de tiempo dentro del nuevo entorno de un laberinto en Y13,14,15.
El uso de grandes laberintos en Y para animales focales de tamaño moderado (por ejemplo, reptiles de cuerpo grande) generalmente se restringe a entornos de laboratorio donde los animales focales se pueden alojar fácilmente a largo plazo, los factores experimentales (por ejemplo, el clima, la luz, los estímulos externos) se pueden controlar y el acceso a la infraestructura (por ejemplo, energía, agua corriente) es ilimitado. Los estudios sobre animales salvajes, sin embargo, a menudo se restringen a lugares específicos por varias razones (por ejemplo, logística, permisos). Como resultado, surgen desafíos que deben abordarse a través de la resolución creativa de problemas y ajustes metodológicos para mantener resultados consistentes y comparables.
Aquí, se han descrito dos configuraciones experimentales utilizando laberintos en Y y herramientas de monitoreo remoto para evaluar la ecología química reproductiva de reptiles escamosos invasores (es decir, serpientes y lagartos) en diferentes escenarios de campo: lagartos tegu blancos y negros argentinos cautivos capturados en libertad(Salvator merianae)en Gainesville, FL, y pitones birmanos capturados en la naturaleza(Python bivittatus)en el Parque Nacional Everglades, FL. Como lo implica su nombre, el aparato del laberinto en Y crea un ambiente experimental en el que un animal entra en un pasadizo principal (la base de la Y; “base”) que luego conduce a dos pasadizos divergentes (los brazos de la Y; “armas”). En estos experimentos, se utilizan dos tipos de animales para un solo ensayo: animales que ponen olores (proporcionan el aroma de estímulo en un área restringida del laberinto) y animales focales (se recopilan datos sobre este animal a medida que explora el rastro de olores).
Como un aparato experimental en estudios quimioecológicos, cualquier laberinto en Y debe ser construido de una manera que permita la fácil eliminación del animal en su interior y puede ser desmontado para una limpieza a fondo y restablecer. También se discuten las limitaciones inherentes a estos diferentes entornos de prueba (por ejemplo, animales diurnos frente a animales nocturnos, diferencias de infraestructura) que provocaron ajustes metodológicos. Aunque el enfoque estaba en los lagartos tegu y las pitones birmanas, estos diseños se pueden aplicar a una amplia gama de especies de reptiles. En esta investigación sobre reptiles invasores, los laberintos en Y benefician la tasa y la escala de inferencia porque permiten la recopilación rápida de datos para informar los objetivos de gestión que cambian al ritmo de la amenaza de invasión planteada por una especie determinada. En particular, el estudio de la quimioecología de las especies invasoras es fundamental para el desarrollo de herramientas eficaces de control químico.
La discriminación es la observación clave de las pruebas empíricas que utilizan laberintos en Y donde un animal focal elige entre dos estímulos y se evalúa ese proceso de toma de decisiones. También se puede anotar una franja de comportamientos en ensayos de laberinto en Y durante el ensayo en sí (en vivo) o después del ensayo (video) para expandir el poder inferencial. La complejidad de los objetivos a priori de un estudio determinado dicta si la observación en vivo o las grabaciones archivadas se adaptan mejor al diseño. Aquí, los métodos del laberinto en Y se han descrito en detalle para abordar preguntas quimioecológicas para informar futuros estudios de investigadores interesados en preguntas similares sobre el comportamiento de los reptiles, especialmente en ecología química.
Si bien los laberintos en Y son herramientas muy poderosas para investigar la ecología química en reptiles, su diseño limitado puede excluir otras vías de investigación. Sin embargo, hay una diversidad de otras opciones disponibles11,12,20,21,22. Por ejemplo, los ensayos de movimiento de lengua son más simples de ejecutar y permiten la evaluación simultánea de los comportamientos exhibidos a una serie de estímulos químicos en relación con los olores de control23,24,25,26. Las pruebas de campo abierto son otra opción en la que un animal focal explora libremente un recinto hasta que encuentra una fuente de señales químicas, y sus reacciones de comportamiento se puntuan posteriormente27,28. Las combinaciones de estos enfoques pueden evaluar las capacidades discriminatorias de los reptiles en diversos contextos, como la presentación de una mezcla de olores artificiales y naturales junto con la refutación29. Los laberintos en Y también se pueden modificar para exponer a los animales a señales químicas en el aire solas o en combinación con señales transmitidas por sustrato16,30,y la inferencia post hoc se puede utilizar para rediseñar la recopilación de datos si se dispone de datos de vídeo archivados31. Los bioensayos deben diseñarse para simplificar la recopilación de datos y minimizar los estímulos conflictivos, especialmente cuando se está evaluando una fuente específica de señales (por ejemplo, señales químicas21).
Los investigadores en el comportamiento animal a menudo observan y cuantifican las respuestas focales de los animales en entornos artificiales novedosos (por ejemplo, un laberinto cerrado con un paisaje sin rasgos distintivos), y se debe tener cuidado de evaluar si un animal determinado está exhibiendo un comportamiento natural, exploratorio versus evitación, agitación o comportamiento angustiado similar. El comportamiento animal angustiado en aparatos experimentales se atribuye principalmente a la neofobia: miedo a la novedad32. Un ejemplo es el comportamiento de escape, donde el animal focal empuja contra las articulaciones o los bordes del aparato para lograr la salida. Otro ejemplo es la timidez, donde el animal focal demuestra renuencia a entrar en el laberinto, cuyo grado se puede cuantificar por la latencia de entrada del laberinto. El (re)diseño del aparato puede facilitar la participación del animal focal para evitar estos efectos confusos de la angustia. El enfoque más común es la introducción repetida del animal focal en el aparato para eliminar la novedad del medio ambiente antes de que comiencen las pruebas, y los modelos estadísticos contemporáneos (por ejemplo, modelos mixtos lineales generalizados) permiten que los animales de prueba se utilicen en múltiples ensayos. Un importante aparte relevante para las consideraciones ecológicas en las pruebas de comportamiento es que la reducción de la neofobia se asocia con el éxito de las especies invasoras33. Así, dependiendo del conocimiento a priori de la especie en cuestión, la neofobia puede tener una importancia variable como consideración de diseño experimental.
La adquisición de datos de comportamiento de videos impone múltiples restricciones que se convierten en cuellos de botella importantes en las líneas de tiempo experimentales. Por ejemplo, la duración de una prueba determinada puede aumentar exponencialmente el tiempo de extracción de datos. Una solución consiste en analizar el comportamiento solo hasta que se cumpla un umbral (por ejemplo, el tiempo total de actividad). El umbral se puede basar en el vídeo más largo disponible para una prueba determinada. Alternativamente, se puede desarrollar la observación basada en máquinas (por ejemplo, inteligencia artificial), aunque esto consume mucho tiempo y recursos con un esfuerzo considerable requerido para el control de calidad. Otro problema es la administración de datos: los videos deben ser de calidad suficiente para permitir la puntuación y evaluación del comportamiento, lo que resulta en restricciones de almacenamiento de datos. Si bien el almacenamiento en la nube ahora es accesible, las tasas de carga / descarga a menudo son problemáticas, especialmente cuando la adquisición de datos se produce en ubicaciones de campo remotas. Los desafíos adicionales se manifiestan en las limitaciones de las herramientas de registro que afectan la integridad de la observación conductual. La visión clara del comportamiento focal de los animales siempre es necesaria, pero la visibilidad a menudo se ve obstaculizada por factores incontrolables (por ejemplo, humedad, insectos, movimiento del viento). Además, cuando las grabaciones provienen de una sola perspectiva (por ejemplo, vista de pájaro), los comportamientos que ocurren en el plano vertical (por ejemplo, la cabeza se eleva14)son difíciles de evaluar. Una solución es proporcionar múltiples ángulos de cámara por prueba. Por último, la hora del día afecta significativamente el registro del comportamiento. El análisis de comportamiento nocturno requiere una cámara con un modo nocturno y una proyección de luz mínima para evitar el deslumbramiento obstructivo en la superficie del laberinto en Y o la atracción de insectos que pueden interrumpir la alimentación de la cámara. Teniendo en cuenta lo anterior, el conocimiento previo del sitio de estudio o la biología de las especies puede informar qué restricciones es probable que ocurran con qué frecuencia y, por lo tanto, informar los tamaños de muestra deseables.
El comportamiento se junta firmemente a la fisiología, y la utilidad de los Y-laberintos para la evaluación de la endocrinología del comportamiento en una variedad de especies se ha demostrado. Sin embargo, este trabajo enfatiza alguna variación en la ejecución de estos experimentos dependiendo de la especie objetivo, la pregunta de investigación y los recursos disponibles. Por lo tanto, la selección de materiales y dimensiones de cada configuración de prueba debe considerarse cuidadosamente para una posible expansión posterior de la investigación. En la sección 2 se describen las modificaciones realizadas en los materiales descritos en la sección 1, que se incorporaron para dar cabida a futuros ensayos conductuales más complejos con tegus. El aumento de la profundidad vertical de los laberintos de los Everglades permitirá responder a nuevas preguntas sobre ecología química en tegus capturados en la naturaleza sin prolongar indebidamente el diseño y la configuración del proyecto, lo que demuestra aún más la traducibilidad de este aparato experimental.
Cuando se emplean las técnicas descritas anteriormente en un entorno relativamente remoto (consulte la sección 2), hay varios factores limitantes que deben tenerse en cuenta, y la planificación del proyecto es primordial. Dependiendo del poder estadístico necesario para el experimento de tratamiento prescrito y el momento biológico de la especie objetivo (por ejemplo, la estacionalidad), los recursos y la mano de obra necesarios se verán afectados. Además, si se desea el uso único o repetido de animales focales, es necesario prestar especial atención a la reducción de los posibles factores de estrés. Cada uno de estos factores ampliará el cronograma del proyecto o requerirá un aumento de la mano de obra, el espacio y los materiales. Por ejemplo, la sección 2 presenta el uso de pitones machos capturados en la naturaleza como animales focales que arrastran a otro grupo de machos capturados en la naturaleza y manipulados hormonalmente, todos los cuales requieren aproximadamente 24 h de tiempo de aclimatación silencioso en cajas de retención para minimizar los efectos del estrés. Aunque estos períodos de aclimatación extendieron los tiempos de prueba a más de dos días, el estrés debido al cautiverio y el manejo afecta el comportamiento de los animales salvajes y debe minimizarse para generar conjuntos de datos limpios34,35.
En resumen, los laberintos en Y son herramientas poderosas y adaptables que se pueden utilizar para investigar la ecología química de la vida silvestre diversa en condiciones muy variables, siempre que haya una planificación a priori vigilante. Se debe considerar cuidadosamente elegir las preguntas apropiadas y diseñar adecuadamente la configuración experimental para los taxones y condiciones dados. Los investigadores y gerentes pueden beneficiarse significativamente del uso de laberintos en Y para comprender mejor la biología quimiosensorial animal, ya que estas herramientas permiten diseños experimentales flexibles que proporcionan grandes volúmenes de datos de comportamiento a gran escala, especialmente cuando se combinan con herramientas de monitoreo remoto.
The authors have nothing to disclose.
El desarrollo del primer laberinto en Y fue apoyado por acuerdos de cooperación (15-7412-1155-CA, 16-7412-1269-CA y 17-7412-1318-CA) entre la Universidad James Madison (JMU) y el Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal del USDA. El desarrollo del laberinto en Y en el Parque Nacional everglades fue financiado por un acuerdo de cooperación (P18AC00760) entre JMU y el Servicio de Parques Nacionales. Agradecemos a T. Dean y B. Falk por su facilitación de este proyecto en Everglades NP y asistencia con permisos y financiamiento. Agradecemos a W. Kellow por su asistencia en la construcción del usgs Y-maze. C. Romagosa, L. Bonewell y R. Reed proporcionaron apoyo administrativo y logístico. Agradecemos a los dos revisores anónimos que ofrecieron comentarios útiles. El financiamiento para el trabajo de los Everglades y el apoyo en especie fueron proporcionados por el Programa de Ciencia de Ecosistemas Prioritarios del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), el Servicio de Parques Nacionales (P18PG00352) y el Programa de Especies Invasoras del USGS. Cualquier uso de nombres comerciales, de empresas o de productos es sólo para fines descriptivos y no implica aprobación por parte del Gobierno de los Estados Unidos. Los hallazgos y conclusiones de esta publicación no han sido difundidos formalmente por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos y no deben interpretarse como una determinación o política del USDA.
1" Steel zinc-plated corner brace | Everbilt, The Home Depot | 13619 | See Supplemental File 1, Step 2.1 "90 degree 2.5 cm steel corner brace" |
121.92cm W x 304.8cm L x 1.27cm H white polypropylene Extended Range High-Heat UHMW Sheet | TIVAR | UHMNV SH | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "white polpropylene") |
182.88 cm L x 81.28 cm W x 0.64 cm Thick Clear Acrylic Sheet | Plexiglass | 32032550912090 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.6. "Acrylic pieces") |
2.54 cm W x 2.54 cm H x 243.84 cm L Mill-Finished Aluminum Solid Angle | Steelworks | 11354 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.1. "aluminum angle bracket") |
4.5 kg spool of 5 mm Round Polypropylene Welding Rods | HotAirTools | AS-PP5N10 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld") |
5 mm Plain Aluminum Rivets | Arrow | RLA3/16IP | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1.1. "rivet") |
Aluminum angle, 1.9 cm | Everbilt, The Home Depot | 802527 | See Supplemental File 1, Step 1.2 "aluminum angle (1.9 cm x 1.9 cm x 0.16 cm thick)" |
Aluminum angle, 2.5 cm | Everbilt, The Home Depot | 800057 | See Supplemental File 1, Steps 1.2 and 2.2.2 "aluminum angle (2.5 cm x 2.5 cm x 0.16 cm thick)" |
Aluminum angle, 3.2 cm | Everbilt, The Home Depot | 800037 | See Supplemental File 1, Step 1.2 "aluminum angle (3.2 cm x 3.2 cm x 0.16 cm thick)" |
Aluminum flat bar 1" x 1/8" thick | Everbilt, The Home Depot | 801927 | See Supplemental File 1, Step 3.2.1 "aluminum strap" |
Avigilon 2.0 MP camera | Avigilon, a Motorola Solutions Company | 2.0C-H4SL-BO1-IR | See "1.5 Camera set-up and video acquisition" (step 1.5.1 "Avigilon 2.0 MP") |
Avigilon NVR | Avigilon, a Motorola Solutions Company | HD-NVR3-VAL-6TB-NA | See "1.5 Camera set-up and video acquisition" (step 1.5.3 "NVR") |
Clear acrylic sheet (5.6 mm thick) | United States Plastic Corp. | 44363 | See Supplemental File 1, Step 1.3 "clear acrylic sheet" and step 3.2.1 "clear acrylic door" |
Fillet Weld Nozzle 3/16" x 15/32" / 4.5 x 12 mm | TRIAC | 107.139 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld") |
Hanging File Folder Box | Sterilite | 18689004 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.1. "Boxes") |
HardiePanel HZ10 | James Hardie Building Products | 9000525 | See Supplemental File 1, Step 1.1 "fiber cement siding" |
Heat Welding Gun | TRIAC | 141.227 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.1. "heat weld") |
Kraft Butcher Paper Roll, 24" | Bryco Goods | 24 inch x 175 FT | See "1.2 Protocol for running scent-laying tegus" (step 1.2.1.2 "butcher paper") |
Kraft Butcher Paper Roll, 46 cm wide | Bryco Goods | BGKW2100 | See "2.3. Protocol for running scent-laying pythons" (step 2.3.4. "scenting paper") |
Micro-90 Concentrated Cleaning Solution | International Products Corporation | M-9050-12 | See "1.4 Breakdown and clean-up" (step 1.4.4 "laboratory-grade soap") |
MKV ToolNix – Matroska tools for linux/Unix and Windows | Moritz Bunkus | v.48.0.0 | See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.4.2. "movie processing software") |
Network Camera | Axis Communications | M3104-LVE | See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.1. "Project camera") |
Palight ProjectPVC 1/4" | Palram | 159841 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.3. "faceplate") |
Palight ProjectPVC 1/8" | Palram | 156249 | See "2.1. Y-maze components and rationale for changes to USDA design " (step 2.1.2.1. "door") |
Privacy windscreen (green) | MacGregor | Size to fit | See Supplemental File 1, Step 4.2 "green heavy duty shade cloth" |
Protective Glove, Full-Finger | ArmOR Hand | HS1010-RGXL | See "2.3. Protocol for running scent-laying pythons" (step 2.3.11.2. NOTE: "puncture-resistant glove") |
REScue Disinfectant | Virox Animal Health | 44176 | See "1.5. Breakdown and clean-up." (step 1.5.4. NOTE "sanitation solution") |
Reversable PVC trim, 1/2" x 24" | UFP Industries, Veranda products | H120XWS17 | See Supplemental File 1, Step 2.1 "PVC board partition", and step 3.2.1 "thinner PVC trim boards" |
S4S / Veranda HP TRIM | UFP Industries, Veranda products | H190OWS4 | See Supplemental File 1, Steps 1.2, 2.2.2, and 2.2.3 "PVC board" |
S4S / Veranda HP TRIM (1" x 8" Nominal) | UFP Industries, Veranda products | 827000005 | See Supplemental File 1, Steps 3.2.1 "PVC trim board" |
ScotchBlue 24 in. Pre-taped Painter’s Plastic | 3M | PTD2093EL-24-S | See "1.2 Protocol for running scent-laying tegus" (step 1.2.1.3 "plastic sheeting") |
Sterilite 114 L tote box | Sterilite Company | 1919, Steel | See Supplemental File 1, Step 3.2 "arm box" |
Sterilite 189 L tote box | Sterilite Company | 1849, Titanium | See Supplemental File 1, Step 3.2 "Base box" |
Super Max Canopy | ShelterLogic | 25773 | See Supplemental File 1, Step 4.3 "white canopy" |
VLC Media Player | VideoLAN | v.3.0.11 | See "2.2. Camera setup and video acquisition" (step 2.2.4.3. "media file reviewing program") |
White Pavilion Tent | King Canopy | BJ2PC | See Supplimental File 2 "3. Enclosure materials and consideratons" (step 3. "pavilion tent") |