Techniken für die Untersuchung von der Anatomie des Sehsystems Ant
Summary
Dieser Artikel beschreibt eine Reihe von Techniken in der Licht- und Elektronenmikroskopie, die internen und externen Auge Anatomie von Insekten zu studieren. Dazu gehören mehrere traditionelle Techniken optimiert für Ameise Augen, detaillierte Fehlersuche und Vorschläge für die Optimierung für verschiedene Proben und Regionen von Interesse.
Abstract
Dieser Artikel beschreibt eine Reihe von Techniken in der Lichtmikroskopie (LM) und Elektronenmikroskopie (EM), die verwendet werden können, um die internen und externen Auge Anatomie von Insekten zu studieren. Dazu gehören traditionelle histologische Techniken für die Arbeit an Ant Augen optimiert und angepasst, um im Konzert mit anderen Techniken wie Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM) arbeiten. Diese Techniken können zwar enorm nützlich, schwierig für den unerfahrenen Mikroskopierer sein groß geschrieben in diesem Artikel auf Problembehandlung und Optimierung für verschiedene Exemplare. Wir informieren über bildgebende Verfahren für die gesamte Probe (Foto-Mikroskopie und SEM) und ihre vor- und Nachteile zu diskutieren. Wir markieren die Technik zur Ermittlung Objektiv Durchmesser für das gesamte Auge und diskutieren neue Techniken zur Verbesserung. Schließlich diskutieren wir Techniken beteiligt Probenvorbereitung für LM und TEM, schneiden, färben und imaging-diese Proben. Wir diskutieren die Hürden, die man erwarten würde, wenn vorbereiten Proben und wie Sie am besten zu ihnen navigieren.
Introduction
Vision ist eine wichtige sensorische Modalität für die meisten Tiere. Vision ist besonders wichtig im Zusammenhang mit der Navigation für festlegend Ziele, Schaffung und Einhaltung von Routen und Erlangung Kompass Informationen1,2. Insekten erkennen visuellen Informationen mit ein paar Facettenaugen und in einigen Fällen ein bis drei dorsal platziert einfachere Augen genannt Ozellen3,4,5.
Die Augen von Ameisen sind von besonderem Interesse, weil, während Ameisen wunderbar vielfältig sind, sie einige Schlüsselmerkmale über Artgrenzen sparen. Trotz der dramatischen Veränderung in Anatomie, Größe und Ökologie die überwiegende Mehrheit der Arten sind eusozialen und Leben in Kolonien; Infolgedessen, Herausforderungen verschiedene Arten ähnliche visuelle in Bezug auf einen zentralen Platz und Ressourcen hin und her navigieren. Über Ameisen kann die gleichen grundlegenden Auge Bauplan bei Tieren von 0,5-26 mm Körperlänge, aus ausschließlich tagaktiv, streng nachtaktive Arten und langsam zu Fuß unterirdisch zu springen visuelle Raubtiere6,7beobachtet werden, 8,9,10. All diese erstaunlichen Unterschiede in der Ökologie und Verhalten ergeben sich unzählige Variationen der gleichen grundlegenden Augenstrukturen entsprechend unterschiedlichen Umgebungen, Lebensstile und Körpergrößen11,12. Infolgedessen bietet das Studium der visuellen Ökologie der Ameisen eine wahre Fundgrube an Möglichkeiten, die entschlossen Prüfer.
Das visuelle System der Insekten zu verstehen ist wichtig einen Einblick in ihre Verhaltensstörungen Fähigkeiten zu erlangen. Dies ergibt sich aus integrative Studien, die Anatomie mit Ökologie und Verhalten zu einem großen Erfolg in wenige Insektengruppen (z.B.Referenzen13,14,15,16, schön zu kombinieren 17). Obwohl Bereich Ameise Navigation und Ameise Verhalten im Allgemeinen recht erfolgreich war, wurde sehr wenig Wert auf Ant Vision außerhalb von ein paar ausgewählten Arten gelegt. Hier erarbeiten wir auf die Techniken bei der Untersuchung Auge Design von Ameisen beteiligt. Während wir auf Ameisen Fokus, können diese Techniken werden, mit geringfügigen Änderungen zu anderen Insekten auch angewendet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Suite der oben beschriebenen Methoden ermöglichen eine effektive Untersuchung über das optische System von Ameisen und anderen Insekten. Diese Techniken informieren Sie unser Verständnis von Abtastauflösung, optische Empfindlichkeit und potenzielle Polarisation Empfindlichkeit des Auges untersucht. Dieses Wissen ist ein wichtiges Fundament für die physiologischen und verhaltensbezogenen Untersuchung ihre visuellen Fähigkeiten. Darüber, während die hier beschriebenen Methoden auf Ant visuelle Systeme konzentri…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir sind dankbar, Jochen Zeil, Paul Cooper und Birgit Greiner für ihre Wissensaustausch im Insekt Anatomie und zur Demonstration verschiedener Techniken, die wir hier beschrieben haben. Wir sind dankbar, die talentierte und unterstützenden Mitarbeiter im Zentrum für Advanced Microscopy bei ANU und der Mikroskopie am MQU. Diese Arbeit wurde durch ein graduate Stipendium für FRE und Zuschüsse von der Australian Research Council (DE120100019, FT140100221, DP150101172) unterstützt.
Materials
| Ant | Myrmecia midas | ||
| Stereomicroscope | Leica M205 FA | ||
| Sputter coater | Pro Sci Tech | ||
| Ethanol | Sigma Aldrich | ||
| Petri dish | ProSciTech | ||
| Dissecting microscope | Leica MZ6 | ||
| Insect Pin | ProSciTech | ||
| Colourless nail polish | Non branded: from any cosmetic store | ||
| Glass slide | ProSciTech | ||
| Razor blade | ProSciTech | ||
| Foreceps | ProSciTech | ||
| Cover slip | ProSciTech | ||
| Compound microscope | Leica DM5000 B | ||
| Glutaraldehyde | Sigma Aldrich | ||
| Paraformalydehyde | Sigma Aldrich | ||
| Potassium Chloride (KCl) | Sigma Aldrich | ||
| di-Sodium Hydrogen phosphate (Na2HPO4) | Sigma Aldrich | ||
| Potassium di-Hydrogen Phosphate (KH2PO4) | Sigma Aldrich | ||
| Sodium Chloride (NaCl) | Sigma Aldrich | ||
| Osmium tetroxide | Sigma Aldrich | ||
| Acetone | Sigma Aldrich | ||
| Araldite Epoxy Resin | Sigma Aldrich | ||
| Pasteur pipette | Sigma Aldrich | ||
| Toluidie Blue | Sigma Aldrich | ||
| Hotplate | Riechert HK120 |
Referencias
- Zeil, J. Visual homing: an insect perspective. Curr. Opin. Neurobiol. 22, 285-293 (2012).
- Wehner, R. Desert ant navigation: how miniature brains solve complex tasks. J. Comp. Physiol. A. 189, 579-588 (2003).
- Fent, K., Wehner, R. Ocelli: a celestial compass in the desert ant Cataglyphis. Science. 228, 192-194 (1985).
- Warrant, E. J., Dacke, M. Visual navigation in nocturnal Insects. Physiology. 31, 182-192 (2016).
- Taylor, G. J., et al. The dual function of Orchid bee ocelli as revealed by x-ray microtomography. Curr. Biol. 26, 1-6 (2016).
- Hölldobler, B., Wilson, E. O. . The Ants. , (1990).
- Ali, T. M. M., Urbani, C. B., Billen, J. Multiple jumping behaviors in the ant Harpegnathos saltator. Naturwissen. 79, 374-376 (1992).
- Weiser, M. D., Kaspari, M. Ecological morphospace of New World ants. Ecol. Entomol. 31, 131-142 (2006).
- Bulova, S., Purce, K., Khodak, P., Sulger, E., O’Donnell, S. Into the black and back: the ecology of brain investment in Neotropical army ants (Formicidae: Dorylinae). Naturwissen. 103, 3-4 (2016).
- Narendra, A., Reid, S. F., Hemmi, J. M. The twilight zone: ambient light levels trigger activity in primitive ants. Proc. R. Soc. B. 277, 1531-1538 (2010).
- Narendra, A., et al. Caste-specific visual adaptations to distinct daily activity schedules in Australian Myrmecia ants. Proc. R. Soc. B. 278, 1141-1149 (2011).
- Moser, J., et al. Eye size and behaviour of day-and night-flying leafcutting ant alates. J. Zool. 264, 69-75 (2004).
- Stöckl, A. L., Ribi, W. A., Warrant, E. J. Adaptations for nocturnal and diurnal vision in the hawkmoth lamina. J. Comp. Neurol. 524, 160-175 (2016).
- Zeil, J. Sexual dimorphism in the visual system of flies: the compound eyes and neural superposition in Bibionidae (Diptera). J. Comp. Physiol. A. 150, 379-393 (1983).
- Dacke, M., Nordström, P., Scholtz, C. H. Twilight orientation to polarised light in the crepuscular dung beetle Scarabaeus zambesianus. J. Exp. Biol. 206, 1535-1543 (2003).
- Greiner, B., Ribi, W. A., Warrant, E. J. Retinal and optical adaptations for nocturnal vision in the halictid bee Megalopta genalis. Cell Tiss Res. 316, 377-390 (2004).
- Warrant, E. J., et al. Nocturnal vision and landmark orientation in a tropical halictid bee. Curr. Biol. 14, 1309-1318 (2004).
- Lattke, J. E. . Ants Standard Methods for Measuring and Monitoring Biodiversity. , 155-171 (2000).
- Ribi, W. A. . A Handbook in Biological Electron Microscopy. , 1-106 (1987).
- Narendra, A., Ramirez-Esquivel, F., Ribi, W. A. Compound eye and ocellar structure for walking and flying modes of locomotion in the Australian ant, Camponotus consobrinus. Sci. Rep. 6, 22331 (2016).
- Narendra, A., Greiner, B., Ribi, W. A., Zeil, J. Light and dark adaptation mechanisms in the compound eyes of Myrmecia ants that occupy discrete temporal niches. J. Exp. Biol. 219, 2435-2442 (2016).
- Ribi, W. A., Zeil, J. The visual system of the Australian "Redeye" cicada (Psaltoda moerens). Arthr. Struct. Dev. 44, 574-586 (2015).
- Ribi, W. A., Warrant, E. J., Zeil, J. The organization of honeybee ocelli: regional specializations and rhabdom arrangements. Arthr. Struct. Dev. 40, 509-520 (2011).
- Ribi, W. A. Colour receptors in the eye of the digger wasp, Sphex cognatus Smith: evaluation by selective adaptation. Cell Tiss. Res. 195, 471-483 (1978).
- Ribi, W. A. Ultrastructure and migration of screening pigments in the retina of Pieris rapae L. (Lepidoptera, Pieridae). Cell Tiss. Res. 191, 57-73 (1978).
- Lau, T., Gross, E., Meyer-Rochow, V. B. Sexual dimorphism and light/dark adaptation in the compound eyes of male and female Acentria ephemerella (Lepidoptera: Pyraloidea: Crambidae). Eur. J. Entomol. 104, 459-470 (2007).
- Wipfler, B., Pohl, H., Yavorskaya, M. I., Beutel, R. G. A review of methods for analysing insect structures – the role of morphology in the age of phylogenomics. Curr. Opin. Insect Sci. 18, 60-68 (2016).
- Streinzer, M., Brockmann, A., Nagaraja, N., Spaethe, J. Sex and caste-specific variation in compound eye morphology of five honeybee species. PLoS ONE. 8, e57702 (2013).
- Somanathan, H., Warrant, E. J., Borges, R. M., Wallén, R., Kelber, A. Resolution and sensitivity of the eyes of the Asian honeybees Apis florea, Apis cerana and Apis dorsata. J. Exp. Biol. 212, 2448-2453 (2009).
