Tekniker för att utreda det Ant visuella systemet anatomi
Summary
Denna artikel beskriver en uppsättning tekniker i ljus- och elektronmikroskopi att studera de inre och yttre ögat anatomin av insekter. Dessa inkluderar flera traditionella tekniker optimerad för arbete på ant ögon, detaljerad felsökning, och förslag för optimering för olika prover och regioner av intresse.
Abstract
Denna artikel beskriver en uppsättning tekniker i ljusmikroskop (LM) och elektronmikroskopi (EM) som kan användas för att studera de inre och yttre ögat anatomin av insekter. Dessa inkluderar traditionella histologiska tekniker optimerad för arbete på ant ögon och anpassas för att arbeta i samförstånd med andra tekniker såsom transmissionselektronmikroskopi (TEM) och scanning electron microscopy (SEM). Dessa tekniker, kan även väldigt användbar, vara svårt för en novis botaniker, så stor tonvikt har placerats i denna artikel på felsökning och optimering för olika exemplar. Vi informerar avbildningstekniker för hela preparatet (foto-mikroskopi och SEM) och diskutera sina fördelar och nackdelar. Vi lyfter fram den teknik som används för att fastställa lins diametrar för hela ögat och diskutera nya tekniker för förbättring. Slutligen diskuterar vi tekniker som används i förbereda prover för LM och TEM, snittning, färgning och imaging dessa prover. Vi diskutera de hinder som man kan komma över när förbereda prover och hur man bäst att navigera runt dem.
Introduction
Vision är ett viktigt sensorisk modalitet för de flesta djur. Vision är särskilt viktigt i samband med navigering för precisera mål, upprätta och följa rutter, och att erhålla kompass information1,2. Insekter upptäcker visuell information med hjälp av ett par förening ögon och, i vissa fall, en till tre dorsalt placerade enkla ögon kallas vingribborna3,4,5.
Ögonen på myror är av särskilt intresse eftersom, medan myror är härligt skiftande, de bevara vissa nyckelegenskaper mellan arter. Trots dramatiska variation i anatomi, storlek och ekologi, den stora majoriteten av arter är eusociala och lever i kolonier. som ett resultat, olika arter står inför liknande visuella utmaningar när det gäller navigera fram och tillbaka mellan en central plats och resurser. Över myror kan den samma grundläggande öga bauplan observeras i djur allt från 0,5-26 mm i kroppslängd, från uteslutande dagaktiva strikt nattaktiva arter och långsamma promenader underjordiska till leaping visuella predatorer6,7, 8,9,10. Alla dessa häpnadsväckande skillnader i ekologi och beteende ger upphov till otaliga varianter av samma grundläggande ögat strukturer som passar olika miljöer, livsstilar och storlekar11,12. Följaktligen, ger studera myror visuella ekologi en veritabel guldgruva av möjligheter till beslutsamma prövaren.
Förstå det visuella systemet av insekter är viktigt att få en inblick i deras beteendemässiga kapacitet. Detta framgår av integrativ studier som kombinerar fint anatomi med ekologi och beteende till en stor framgång i några insekt grupper (t.ex., referenser13,14,15,16, 17). även fältet ant navigering och ant beteende i allmänhet har varit ganska framgångsrik, mycket lite tonvikten har lagts på ant vision utanför några utvalda arter. Här kommer vi att utveckla teknikerna som är inblandade i att undersöka ögat design av myror. Medan vi kommer att fokusera på myror, kan dessa tekniker användas, med smärre ändringar, till andra insekter, alltför.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sviten av metoderna som beskrivs ovan möjliggör en effektiv utredning av det optiska systemet av myror och andra insekter. Dessa tekniker informera vår förståelse av samplingsupplösning, optisk känslighet och potentiella polarisering känslighet i ögat som studeras. Denna kunskap ger en viktig grund för fysiologiska och beteendemässiga utredning av deras visuella funktioner. Dessutom de metoder som beskrivs här har fokuserat på ant visuella system, kan dessa tekniker användas på andra insekter, om än med s…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi är tacksamma mot Jochen Zeil, Paul Cooper och Birgit Greiner för att dela sin kunskap i insekters anatomi och för att demonstrera flera av teknikerna vi har beskrivit här. Vi är tacksamma för den begåvade och stödjande Personalen på centrum för avancerad mikroskopi på ANU och The Microscopy Unit på MQU. Detta arbete stöds av en graduate stipendium till FRE och bidrag från det australiska forskningsrådet (DE120100019, FT140100221, DP150101172).
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).
