Valutare l'influenza della personalità sulla sensibilità ai campi magnetici in Zebrafish

Nello studio presente, descriviamo un protocollo comportamentale basato su laboratorio che ha lo scopo di investigare il ruolo della personalità di pesce sulla risposta orientamento di shoaling pesce a segnali di orientamento esterno, ad esempio correnti d’acqua e campi magnetici.

Le decisioni di orientamento degli animali dovute a varie informazioni sensoriali di pesatura. Il processo di decisione è influenzato dalla capacità dell’animale di navigare (ad esempio, la capacità di selezionare e mantenere una direzione), stato interno (ad es., esigenze di alimentazione o riproduttive), la capacità di movimento (ad es., biomeccanica di locomozione) e diversi ulteriori fattori esterni (ad es., ora del giorno, interazione con i conspecifici)¹.

Il ruolo dello stato interno o animale personalità del comportamento di orientamento è spesso poco conosciuto o non esplorato². Ulteriori sfide derivano nello studio dell’orientamento delle specie acquatiche sociale, che spesso eseguire coordinato e polarizzati gruppo movimento comportamento³.

Correnti d’acqua giocano un ruolo chiave nel processo di orientamento del pesce. Pesce orientano per acqua correnti attraverso una risposta di unconditioned chiamato rheotaxis⁴, che può essere positivo (cioè, a Monte orientato) o negativo (cioè a valle orientata) e viene utilizzati per diverse attività, che vanno dal foraggiamento alla minimizzazione degli dispendio energetico^5,6. Inoltre, un corpo crescente di letteratura segnala che molte specie di pesci utilizzare il campo geomagnetico per orientamento e navigazione^7,8,9.

Lo studio delle prestazioni rheotaxis e nuoto nel pesce si svolge generalmente in alloggiamenti di flusso (canale), dove pesci sono esposti all’aumento graduale della velocità del flusso, da bassa ad alta velocità, spesso fino ad esaurimento (chiamato velocità critica)^{10, 11}. D’altra parte, gli studi precedenti studiato il ruolo del campo magnetico nell’orientamento attraverso l’osservazione del comportamento nuoto degli animali nelle arene con ancora acqua^12,13. Qui, descriviamo una tecnica di laboratorio che permette ai ricercatori di studiare il comportamento del pesce durante la manipolazione sia le correnti di acqua ed il campo magnetico. Questo metodo è stato utilizzato per la prima volta su shoaling zebrafish (Danio rerio) nel nostro studio precedente, portando alla conclusione che la manipolazione del campo magnetico circostante determina la soglia di rheotactic (cioè, la velocità minima d’acqua presso quale shoaling pesce orient a Monte)¹⁴. Questo metodo si basa sull’uso di una camera di flume con lenti flussi combinati con un programma di installazione progettato per controllare il campo magnetico nel canale, all’interno della gamma di intensità del campo magnetico della terra.

Il tunnel di nuoto utilizzato per osservare il comportamento di zebrafish è descritto nella Figura 1. Il tunnel (costituito da un cilindro di acrilico nonreflecting con un diametro di 7 cm e 15 cm di lunghezza) è collegato a una configurazione per il controllo del flusso tasso¹⁴. Con questa configurazione, la gamma di velocità di flusso nel tunnel varia tra 0 e 9 cm/s.

Per manipolare il campo magnetico nella galleria del nuoto, usiamo due approcci metodologici: il primo è unidimensionale e il secondo è tridimensionale. Per qualsiasi applicazione, questi metodi modificano il campo geomagnetico per ottenere condizioni specifiche magnetiche in un volume definito di acqua — così, tutti i valori di intensità di campo magnetico riferiti in questo studio includono il campo geomagnetico.

Per quanto riguarda l’unidimensionale approccio¹⁵, il campo magnetico viene manipolato lungo la direzione del flusso dell’acqua (definita come l’asse x) utilizzando un solenoide avvolto attorno al tunnel di nuoto. Questo è collegato a un’unità di alimentazione, e che genera campi magnetici statici uniformi (Figura 2A). Allo stesso modo, nel caso l’approccio tridimensionale, viene modificato il campo geomagnetico del volume contenente il tunnel di nuoto usando le bobine di fili elettrici. Tuttavia, per controllare il campo magnetico in tre dimensioni, le bobine sono la progettazione di tre paia di Helmholtz ortogonale (Figura 2B). Ogni coppia di Helmholtz è composto da due bobine circolari orientati lungo le tre direzioni ortogonali spazio (x, ye z) e dotato di un magnetometro tri-assiale lavorando in condizioni di circuito chiuso. Il magnetometro funziona con le intensità di campo paragonabile con campo naturale della terra, e si trova vicino al centro geometrico del set di bobine (dove si trova il tunnel di nuoto).

Implementiamo le tecniche sopra descritte per testare l’ipotesi che i tratti di personalità del pesce che compongono una secca influenzano il modo che rispondono a campi magnetici¹⁶. Verifichiamo l’ipotesi che gli individui con personalità proattiva e reattiva^17,18 rispondono in modo diverso quando esposti ai flussi di acqua e campi magnetici. Per eseguire questo test, abbiamo innanzitutto ordinare zebrafish utilizzando una metodologia consolidata per assegnare e gli individui del gruppo che sono proattivo o reattivo^17,19,20,21. Quindi, valutiamo il comportamento rheotactic di zebrafish nuotare in branchi composti da solo reattivi individui o composto solo proattivi individui nel serbatoio magnetica flume, che presentiamo come dati di esempio.

Il metodo di ordinamento si basa sulla diversa tendenza degli individui proattivi e reattivi per esplorare nuovi ambienti²¹. In particolare, usiamo un serbatoio diviso in un brillante e un lato oscuro^17,19,20,21 (Figura 3). Gli animali sono acclimatati al lato oscuro. Quando l’accesso al lato luminoso è aperta e proattiva gli individui tendono ad abbandonare la metà oscura del serbatoio per esplorare il nuovo ambiente, mentre il pesce reattivo non lasciare il serbatoio scuro.