Les labyrinthes en Y permettent aux chercheurs de déterminer la pertinence de stimuli spécifiques qui déterminent le comportement des animaux, en particulier les indices chimiques isolés provenant de diverses sources. Une conception et une planification minutieuses peuvent produire des données robustes (p. ex. discrimination, degré d’exploration, nombreux comportements). Cet appareil expérimental peut fournir un aperçu puissant des questions comportementales et écologiques.
Les reptiles utilisent une variété d’indices environnementaux pour informer et stimuler le comportement des animaux, tels que les traînées d’odeurs chimiques produites par la nourriture ou les conspécifiques. Déchiffrer le comportement olféfacteur des vertébrés, en particulier des espèces envahissantes, permet la découverte d’indices qui induisent un comportement exploratoire et peuvent aider au développement d’outils biologiques de base et appliqués précieux. Cependant, il peut être difficile d’identifier les comportements principalement motivés par des indices chimiques par rapport à d’autres indices environnementaux concurrents. Les labyrinthes en Y sont des outils couramment utilisés dans la recherche sur le comportement animal qui permettent de quantifier le comportement chimiosensoriel des vertébrés dans une gamme de taxons. En réduisant les stimuli externes, les labyrinthes en Y éliminent les facteurs de confusion et présentent aux animaux focaux un choix binaire. Dans nos études sur le labyrinthe en Y, un animal parfumant est limité à un bras du labyrinthe pour laisser une trace olféenne et est retiré une fois que les paramètres de pose d’odeurs ont été respectés. Ensuite, selon le type d’essai, soit l’animal focal est autorisé à entrer dans le labyrinthe, soit une piste de parfum concurrente est créée. Le résultat est un enregistrement du choix et du comportement de l’animal focal tout en faisant la distinction entre les indices chimiques présentés. Ici, deux appareils de labyrinthe en Y adaptés à différentes espèces de reptiles envahissants: les lézards tegu noirs et blancs argentins (Salvator merianae) et lespythons birmans (Pythonbivittatus)sont décrits, décrivant le fonctionnement et le nettoyage de ces labyrinthes en Y. De plus, la variété des données produites, les inconvénients et les solutions expérimentaux et les cadres d’analyse des données suggérés ont été résumés.
Les labyrinthes en Y sont des outils simples et courants dans les études sur le comportement animal qui permettent d’aborder une variété de questions. En plus d’être largement utilisés dans les études en laboratoire, les labyrinthes en Y sont également fonctionnellement compatibles avec divers environnements de terrain pour étudier les animaux sauvages dans des environnements relativement éloignés. Les chercheurs ont examiné les comportements des vertébrés sauvages utilisant des labyrinthes en Y dans une grande variété de taxons dans des applications de terrain tout aussi diverses (par exemple, lamproies1; poissons cichlidés2; grenouilles empoisonnées3; lézards lacertidés4; couleuvres jarretières5).
De nombreux chercheurs se concentrent sur comment et dans quelle mesure les indices chimiques déterminent les comportements des animaux dans l’écologie reproductive, spatiale et de recherche de nourriture6. Une variété de stimuli chimiques peuvent être testés dans des labyrinthes en Y et à des échelles fines, telles que deux traînées chimiques qui ne diffèrent que légèrement par la concentration7, ou la capacité de détection en fonction de l’état reproducteur de l’espèce cible8. Les traînées chimiques — le principal stimulus utilisé dans les essais de labyrinthe en Y — peuvent être créées naturellement par des conspécifiques ou spécifiquement placées dans l’environnement par un chercheur utilisant une source chimique définie1,5. Les stimuli peuvent également être testés dans des combinaisons uniques pour déterminer l’influence multimodale des indices tels que les contextes changeants de présentation des indices (pistes aéroportées vs substrat9; indices visuels plus chimiques10). Bien qu’il existe de nombreuses autres méthodes pour évaluer les réponses chimiosensorieuses chez les reptiles (voir la section discussion), les labyrinthes en Y permettent d’évaluer le ou les comportements de recherche et à de multiples échelles temporelles et spatiales, ce qui peut conduire à des niveaux plus élevés d’inférence comportementale.
Les reptiles ont été largement testés pour leur dépendance aux indices chimiques dans l’écologie de la reproduction et de la recherche de nourriture, et les chercheurs emploient souvent des labyrinthes en Y dans ces études11,12. L’écologie chimique des reptiles continue d’être déchiffrée par des études utilisant des labyrinthes en Y pour répondre à une variété de questions évolutives et comportementales qui sont précieuses pour les gestionnaires de la faune. Par exemple, des tests récents avec des espèces envahissantes de serpents et de lézards ont révélé que les indices chimiques seuls peuvent influencer le choix et l’allocation de temps dans le nouvel environnement d’un labyrinthe en Y13,14,15.
L’utilisation de grands labyrinthes en Y pour les animaux focaux de taille moyenne (p. ex. reptiles de grande taille) est généralement limitée aux milieux de laboratoire où les animaux focaux peuvent être logés facilement à long terme, où les facteurs expérimentaux (p. ex. climat, lumière, stimuli externes) peuvent être contrôlés et où l’accès à l’infrastructure (p. ex. électricité, eau courante) est illimité. Toutefois, les études sur les animaux sauvages sont souvent limitées à des endroits précis pour diverses raisons (p. ex. logistique, permis). Par conséquent, des défis surgissent qui doivent être relevés au moyen d’une résolution créative de problèmes et d’ajustements méthodologiques afin de maintenir des résultats cohérents et comparables.
Ici, deux configurations expérimentales ont été décrites à l’aide de labyrinthes en Y et d’outils de surveillance à distance pour évaluer l’écologie chimique reproductive des reptiles squamates envahissants (c’est-à-dire les serpents et les lézards) dans différents scénarios de terrain: les lézards tegu noirs et blancs argentins capturés à l’état sauvage et en captivité (Salvator merianae) à Gainesville, en Floride, et les pythons birmans capturés à l’état sauvage (Python bivittatus) dans le parc national des Everglades, en Floride. Comme son nom l’implique, l’appareil de labyrinthe en Y crée un environnement expérimental dans lequel un animal pénètre dans un passage principal (la base du Y; « base ») qui mène ensuite à deux passages divergents (les bras du Y; « armes »). Dans ces expériences, deux types d’animaux sont utilisés pour un seul essai: les animaux qui gémettent des odeurs (fournissent l’odeur de stimulus dans une zone restreinte du labyrinthe) et les animaux focaux (les données sont collectées sur cet animal lorsqu’il explore la piste olfyère).
En tant qu’appareil expérimental dans les études chimioécologiques, tout labyrinthe en Y doit être construit de manière à permettre l’enlèvement facile de l’animal à l’intérieur et peut être disséqué pour un nettoyage et une réinitialisation en profondeur. Les contraintes inhérentes à ces différents environnements d’essai (p. ex. animaux diurnes par rapport aux animaux nocturnes, différences d’infrastructure) qui ont entraîné des ajustements méthodologiques sont également abordées. Bien que l’accent ait été mis sur les lézards tegu et les pythons birmans, ces conceptions peuvent être appliquées à un large éventail d’espèces de reptiles. Dans cette recherche sur les reptiles envahissants, les labyrinthes en Y bénéficient du taux et de l’échelle d’inférence, car ils permettent une collecte rapide de données pour éclairer les objectifs de gestion qui évoluent en phase avec la menace d’invasion posée par une espèce donnée. En particulier, l’étude de la chimioécologie des espèces envahissantes est essentielle à la mise au point d’outils de contrôle chimique efficaces.
La discrimination est l’observation clé des tests empiriques utilisant des labyrinthes en Y où un animal focal choisit entre deux stimuli et que le processus de prise de décision est évalué. Une bande de comportements peut également être notée dans les essais de labyrinthe en Y pendant l’essai lui-même (en direct) ou après l’essai (vidéo) pour étendre le pouvoir inférentiel. La complexité des objectifs a priori d’une étude donnée dicte si l’observation en direct ou les enregistrements archivés conviennent le mieux à la conception. Ici, les méthodes de labyrinthe en Y ont été décrites en détail pour aborder les questions chimioécologiques afin d’éclairer les futures études par des chercheurs intéressés par des questions similaires sur le comportement des reptiles, en particulier en écologie chimique.
Bien que les labyrinthes en Y soient des outils très puissants pour étudier l’écologie chimique chez les reptiles, leur conception limitée peut exclure d’autres pistes d’enquête. Cependant, une diversité d’autres options est disponible11,12,20,21,22. Par exemple, les tests langue-flick sont plus simples à exécuter et permettent une évaluation simultanée des comportements exposés à un éventail de stimuli chimiques par rapport aux odeurs de contrôle23,24,25,26. Les tests en plein champ sont une autre option où un animal focal explore librement un enclos jusqu’à ce qu’il rencontre une source de signaux chimiques, et ses réactions comportementales sont ensuite notées27,28. Les combinaisons de ces approches permettent d’évaluer les capacités discriminatoires des reptiles dans des contextes variés tels que la présentation d’un mélange d’odeurs artificielles et naturelles avec des refuges29. Les labyrinthes en Y peuvent également être modifiés pour exposer les animaux à des indices chimiques en suspension dans l’air seuls ou en combinaison avec des indices transmis par substrat16,30,et l’inférence post hoc peut être utilisée pour repenser la collecte de données si des données vidéo archivées sont disponibles31. Les essais biologiques devraient être conçus de manière à simplifier la collecte de données et à réduire au minimum les stimuli contradictoires, en particulier lorsqu’une source précise d’indices est évaluée (p. ex. indices chimiques21).
Les chercheurs en comportement animal observent et quantifient souvent les réponses focales des animaux dans de nouveaux environnements artificiels (p. ex., un labyrinthe fermé avec un paysage sans caractéristiques), et il faut prendre soin d’évaluer si un animal donné présente un comportement naturel et exploratoire par rapport à l’évitement, à l’agitation ou à un comportement de détresse similaire. Le comportement animal en détresse dans les appareils expérimentaux est principalement attribué à la néophobie: peur de la nouveauté32. Un exemple est le comportement d’évasion, où l’animal focal pousse contre les articulations ou les bords de l’appareil pour atteindre l’évacuation. Un autre exemple est la timidité, où l’animal focal démontre une réticence à entrer dans le labyrinthe, dont le degré peut être quantifié par la latence de l’entrée du labyrinthe. La (re)conception de l’appareil peut faciliter l’engagement de l’animal focal pour éviter ces effets confusionants de détresse. L’approche la plus courante est l’introduction répétée de l’animal focal dans l’appareil pour éliminer la nouveauté de l’environnement avant le début des essais, et les modèles statistiques contemporains (p. ex. modèles linéaires mixtes généralisés) permettent aux animaux d’essai d’être utilisés dans de multiples essais. Un aparté important pertinent pour les considérations écologiques dans les tests comportementaux est que la néophobie réduite est associée au succès des espèces envahissantes33. Ainsi, selon la connaissance a priori de l’espèce en question, la néophobie peut avoir une importance variable en tant que considération de conception expérimentale.
L’acquisition de données comportementales à partir de vidéos impose de multiples contraintes qui deviennent des goulots d’étranglement majeurs dans les chronologies expérimentales. Par exemple, la durée d’un essai donné peut augmenter de façon exponentielle le temps d’extraction des données. Une solution de contournement consiste à analyser le comportement uniquement jusqu’à ce qu’un seuil soit atteint (par exemple, durée totale d’activité). Le seuil peut être basé sur la vidéo la plus longue disponible pour un essai donné. Par ailleurs, l’observation par machine (p. ex. l’intelligence artificielle) peut être développée, bien que cela demande beaucoup de temps et de ressources et que des efforts considérables soient requis pour le contrôle de la qualité. Un autre problème est la gestion des données : les vidéos doivent être d’une qualité suffisante pour permettre la notation et l’évaluation comportementales, ce qui entraîne des contraintes de stockage des données. Bien que le stockage en nuage soit désormais accessible, les taux de téléchargement sont souvent problématiques, en particulier lorsque l’acquisition de données se produit sur des sites distants. D’autres défis se manifestent dans les limites des outils d’enregistrement qui affectent l’intégrité de l’observation comportementale. Une visualisation claire du comportement focal des animaux est toujours nécessaire, mais la visibilité est souvent entravée par des facteurs incontrôlables (p. ex. humidité, insectes, mouvement du vent). De plus, lorsque les enregistrements proviennent d’une seule perspective (p. ex., vue à vol d’oiseau), les comportements qui se produisent dans le plan vertical (p. ex., la tête soulève14)sont difficiles à évaluer. Une solution consiste à fournir plusieurs angles de caméra par essai. Enfin, l’heure de la journée affecte considérablement l’enregistrement comportemental. L’analyse comportementale nocturne nécessite une caméra avec un mode nocturne et une projection de lumière minimale pour éviter l’éblouissement obstructif sur la surface du labyrinthe en Y ou l’attraction d’insectes qui peuvent interrompre le flux de la caméra. Compte tenu de ce qui précède, la connaissance préalable du site d’étude ou de la biologie de l’espèce peut éclairer les contraintes susceptibles de se produire à quelle fréquence et ainsi éclairer la taille souhaitable des échantillons.
Le comportement est étroitement couplé avec la physiologie, et l’utilité des Y-labyrinthes pour l’évaluation de l’endocrinologie comportementale dans une série d’espèces a été démontrée. Cependant, cet article met l’accent sur certaines variations dans l’exécution de ces expériences en fonction de l’espèce cible, de la question de recherche et des ressources disponibles. Par conséquent, la sélection des matériaux et des dimensions de chaque configuration d’essai doit être soigneusement examinée en ce qui a le cas pour une éventuelle expansion ultérieure de la recherche. La section 2 décrit les modifications apportées aux matériaux décrits à la section 1, qui ont été incorporées pour tenir compte des futurs essais comportementaux plus complexes avec le tégus. L’augmentation de la profondeur verticale des labyrinthes des Everglades permettra de répondre à de nouvelles questions sur l’écologie chimique dans les tégus sauvages sans prolonger indûment la conception et la configuration du projet, démontrant ainsi la traduisibilité de cet appareil expérimental.
Lorsque l’on utilise les techniques décrites ci-dessus dans un milieu relativement éloigné (voir la section 2), plusieurs facteurs limitatifs doivent être pris en compte, et la planification du projet est primordiale. Selon la puissance statistique nécessaire à l’expérience de traitement prescrite et le moment biologique de l’espèce cible (p. ex. saisonnalité), les ressources et la main-d’œuvre requises seront affectées. De plus, si l’on souhaite utiliser des animaux focaux de façon unique ou répétée, une attention particulière à la réduction des facteurs de stress potentiels est nécessaire. Chacun de ces facteurs prolongera le calendrier du projet ou nécessitera une main-d’œuvre, un espace et des matériaux accrus. Par exemple, la section 2 présente l’utilisation de pythons mâles capturés à l’état sauvage comme animaux focaux traînant un autre groupe de mâles capturés à l’état sauvage et manipulés hormonalement, qui nécessitent tous environ 24 h de temps d’acclimatation silencieux dans les boîtes de maintien afin de minimiser les effets de stress. Bien que ces périodes d’acclimatation prolongent les temps d’essai à plus de deux jours, le stress dû à la captivité et à la manipulation affecte le comportement des animaux sauvages et doit être minimisé pour générer des ensembles de données propres34,35.
En résumé, les labyrinthes en Y sont des outils puissants et adaptables qui peuvent être utilisés pour étudier l’écologie chimique de diverses espèces sauvages dans des conditions très variables, à condition qu’il y ait une planification a priori vigilante. Une attention particulière doit être prise en compte pour choisir les questions appropriées et pour concevoir correctement la configuration expérimentale pour des taxons et des conditions donnés. Les chercheurs et les gestionnaires peuvent tirer un avantage significatif de l’utilisation des labyrinthes en Y pour mieux comprendre la biologie chimiosensorielle animale, car ces outils permettent des conceptions expérimentales flexibles qui fournissent de grands volumes de données comportementales à échelle fine, en particulier lorsqu’ils sont combinés avec des outils de surveillance à distance.
The authors have nothing to disclose.
Le développement du premier labyrinthe en Y a été soutenu par des accords de coopération (15-7412-1155-CA, 16-7412-1269-CA et 17-7412-1318-CA) entre l’Université James Madison (JMU) et le Service d’inspection de la santé animale et végétale de l’USDA. Le développement du labyrinthe en Y dans le parc national des Everglades a été financé par un accord de coopération (P18AC00760) entre JMU et le National Park Service. Nous remercions T. Dean et B. Falk pour leur facilitation de ce projet dans le PN des Everglades et leur aide en matière de permis et de financement. Nous remercions W. Kellow pour son aide dans la construction du labyrinthe en Y de l’USGS. C. Romagosa, L. Bonewell et R. Reed ont fourni un soutien administratif et logistique. Nous remercions les deux évaluateurs anonymes qui nous ont fait part de leurs commentaires utiles. Le financement des travaux des Everglades et le soutien en nature ont été fournis par le Greater Everglades Priority Ecosystem Science Program du U.S. Geological Survey (USGS), le National Park Service (P18PG00352) et le USGS Invasive Species Program. Toute utilisation des noms commerciaux, d’entreprises ou de produits est à des fins descriptives uniquement et n’implique pas l’approbation du gouvernement des États-Unis. Les constatations et les conclusions de la présente publication n’ont pas été officiellement diffusées par le département de l’Agriculture des États-Unis et ne doivent pas être interprétées comme représentant la détermination ou la politique de l’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") |