Teknikker for å undersøke anatomi av maur visuelle systemet
Summary
Denne artikkelen beskriver en rekke teknikker i lys og elektronmikroskop å studere den interne og eksterne øye Anatomien av insekter. Disse inkluderer flere tradisjonelle teknikker optimalisert for maur øyne, detaljert feilsøking, og forslag til optimalisering for forskjellige prøver og områder av interesse.
Abstract
Denne artikkelen beskriver en rekke teknikker i * lys (LM) og elektronmikroskop (EM) som kan brukes til å studere den interne og eksterne øye Anatomien av insekter. Disse inkluderer tradisjonelle histologiske teknikker optimalisert for arbeid med maur øyne og tilpasset for å jobbe sammen med andre teknikker som overføring elektronmikroskop (TEM) og skanning elektronmikroskop (SEM). Disse teknikkene, kan men svært nyttig, være vanskelig for nybegynneren-microscopist så stor vekt er plassert i denne artikkelen og optimalisering for forskjellige prøver. Vi gir informasjon om Bildeteknikker for hele prøven (Foto-mikroskopi og SEM) og diskutere sine fordeler og ulemper. Vi markere teknikken brukes å bestemme lens diameter for hele øyet og diskutere nye teknikker for forbedring. Til slutt, vi diskutere teknikker involvert i forbereder prøver LM og TEM, skjæring, flekker og imaging prøvene. Vi diskutere hurdles som man kan komme over når forbereder prøver og hvordan best å navigere rundt dem.
Introduction
Visjon er en viktig sensoriske modaliteten for de fleste dyr. Visjon er spesielt viktig i sammenheng med navigasjon for pinpointing mål, etablere følge ruter og skaffe kompass informasjon1,2. Insekter oppdage visuell informasjon med en øyne og, i noen tilfeller en til tre ytterst plasserte enkle øyne kalles ocelli3,4,5.
Øynene av maur er av spesiell interesse fordi, mens maur er fantastisk mangfoldig, de spare noen viktige egenskaper over arter. Til tross for dramatiske variasjon i anatomi, størrelse og økologi, det store flertallet av arter eusocial og bor i koloniene; som et resultat, møte ulike arter liknende visuelle utfordringer i form av navigere frem og tilbake mellom sentralt og ressurser. Over maur kan den samme grunnleggende øye bauplan observeres i dyr fra 0,5-26 mm i kroppens lengde, fra utelukkende dagaktive strengt nattlige arter og fra langsom gange underjordiske hoppe visuelle rovdyr6,7, 8,9,10. Alle disse svimlende forskjellene i økologi og atferd gir opphav til utallige permutasjoner av samme grunnleggende øye strukturer for ulike miljøer, livsstil og kropp-størrelser11,12. Som en konsekvens, gir studere visuelle økologi av maur en veritabel skattekiste av mulighetene til bestemt etterforskeren.
Forstå det visuelle systemet av insekter er avgjørende i å få et innblikk i deres opptreden evner. Dette er tydelig fra integrerende studier som pent kombinerer anatomi med økologi og atferd til en stor suksess i noen insekt-grupper (f.eksreferanser13,14,15,16, 17). om maur navigasjon og maur atferd generelt har vært ganske vellykket, svært liten vekt er lagt på maur visjon utenfor noen utvalgte arter. Her vil vi utdype teknikkene involvert i gransker øye design av maur. Mens vi vil fokusere på maur, kan disse teknikkene brukes med små endringer, andre insekter, også.
Protocol
Representative Results
Discussion
Suiten av metodene beskrevet ovenfor gir en effektiv etterforskning optiske systemet av maur og andre insekter. Disse teknikkene informere vår forståelse av prøvetaking oppløsning, optisk følsomhet og potensielle polarisering følsomheten til øyet blir studert. Denne kunnskapen gir en viktig fundament for fysiologiske og behavioral etterforskning sine visuelle evner. Videre mens metodene finnesher har fokusert på maur synlig systemer, kan disse teknikkene brukes på andre insekter, men med små endringer i protoko…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi er takknemlige for Jochen Zeil, Paul Cooper og Birgit Greiner for deler sine kunnskaper i insekt anatomi og for å vise flere av teknikkene vi har beskrevet her. Vi er takknemlige for talentfulle og støttende personalet ved Centre for Advanced mikroskopi på ANU og The mikroskopi Unit på MQU. Dette arbeidet ble støttet av en utdannet stipend til FRE og tilskudd fra den australske forskningsråd (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).
