تتبع السلوكية وتصوير نيوروماست من كافيفيش المكسيكية
Summary
نقدم هنا، أساليب لدراسة الفائق من سلسلة من كافيفيش المكسيكية السلوكيات وتلطيخ الحيوية لنظام ميتشانوسينسوري. هذه الأساليب تستخدم البرامج النصية البرمجيات الحرة ومصنوعة خصيصا، توفير وسيلة عملية وفعالة من حيث التكلفة للدراسات المتعلقة بالسلوكيات.
Abstract
وقد تطورت الحيوانات تعيش في كهف سلسلة من الصفات المورفولوجية والسلوكية تتكيف مع بيئاتها الدوام الظلام والغذاء-متفرق. من بين هذه الصفات، السلوك مساحات العلف أحد النوافذ مفيدة في المزايا الوظيفية لتطور السمات السلوكية. المقدمة في هذه الوثيقة تحديث أساليب لتحليل سلوك الجذب الاهتزاز (VAB: سلوك التكيفي مساحات العلف) والتصوير من ميتشانوسينسورس المرتبطة بها لتتكيف مع كهف تترا، مكسيكي أستياناكس. وبالإضافة إلى ذلك، تعرض أساليب لتتبع الفائق من سلسلة من السلوكيات كافيفيش إضافية بما في ذلك فرط النشاط وفقدان النوم. كما تظهر كافيفيش أسوسياليتي، والسلوك المتكرر والقلق أعلى. ولذلك، كافيفيش بمثابة نموذج حيوان لتطور السلوكيات. هذه الأساليب تستخدم البرمجيات الحرة ومصنوعة خصيصا من البرامج النصية التي يمكن تطبيقها على أنواع أخرى من السلوك. هذه الأساليب توفير بدائل عملية وفعالة من حيث التكلفة للبرمجيات المتاحة تجارياً التعقب.
Introduction
تترا المكسيكية، أستياناكس مكسيكي (عظميات: تشاراسيداي)، هي فريدة من نوعها بين الأسماك لوجود اثنين نقراً بديلة مختلفة جذريا-وضعهن المبصرين، وتعيش في السطح ووضعهن الأعمى، وتعيش في كهف يتألف من عدة متميزة 1من السكان. وبالرغم من اختلاف في مورفولوجيا وفسيولوجيا، فهي لا تزال إينتيرفيرتيلي2،3. هذه نقراً interfertile يبدو قد تطورت بسرعة (~ 20,000 سنة)4، مما يجعلها نظام نموذج مثالي لدراسة التكيف السريع. كافيفيش من المعروف أن لديها مجموعة من الصفات المورفولوجية والسلوكية المتباينة بما في ذلك زيادة الكثافة من براعم الذوق، زيادة عدد ميتشانوسينسورس، السلوك مساحات العلف ضبطها إلى تردد معين من حافز تهتز، فرط النشاط، و الأرق. وكثير من هذه السلوكيات قد تطورت في وقت واحد، البعض منها قد اقترحت أن تكون مفيدة في ظلام الكهوف لجمع العلف5 والمحافظة على الطاقة في البيئات المظلمة والغذاء متفرق6،7.
في كثير من نظم نموذجية التطوري، من الصعب اكتساب المعرفة المتكاملة المتعلقة بالحيوانات كيف تغير مورفولوجيا والسلوك استجابة للبيئة نظراً لأن معظم الأنواع توزع عبر تدرج مستمر في البيئات المعقدة. بيد تناقض صارخ بين الكهف ويتحول السطح أستياناكس التي تطورت في الغاية المتناقضة البيئات التي رسمتها أكتون حادة قد أدى إلى أستياناكس الناشئة باعتبارها نموذجا رائعا لفهم تطور الحيوانات. وهذا يجعل من الممكن لأكثر سهولة ربط الجينات والعمليات الإنمائية مع الصفات التكيفية والتحديد في البيئة. وعلاوة على ذلك، أظهرت التحقيقات الطبية مؤخرا من هذه الصفات في أستياناكس أن هذه الصفات قد توازي أعراض البشرية8،،من910. على سبيل المثال، فقدان بالمجتمع والنوم، وكسب من فرط النشاط والسلوك المتكرر ومستوى الكورتيزول مماثلة لما لوحظ في البشر مع اضطراب طيف التوحد8.
لمعالجة التطور المشترك معقدة من العديد من السلوكيات والخصائص المورفولوجية، مفيد للعديد منهم لتسليط الضوء على المسارات الجينية والجزيئية الكامنة وراء الاعتداء. المقدمة في هذه الوثيقة طرق لوصف درجة كهف من نوع تعمل السلوكية لنقرأ سطح، وكهف، والهجين من أستياناكس. سلوك التنسيق تحليلها لتحديد خصائص النمط الظاهري هي كهف تكييف السلوك مساحات العلف (السلوك الجذب الاهتزاز، يشار إليها من الآن فصاعدا VAB)، وفرط النشاط/النوم مدة11،12. وقدم أيضا أسلوب تصوير للمنظومة الحسية المرتبطة VAB13. في الآونة الأخيرة، أصبح العديد من البرامج المفتوحة المصدر تتبع لتشغيل الاختبارات السلوكية المتوفرة14،15. وهذه تعمل بشكل جيد لأفلام الفيديو القصيرة، على بعد أقل من 10 دقائق طويلة. ومع ذلك، يصبح مشكلة إذا كان الفيديو أطول بسبب العملية الحسابية المكثفة/تتبع الوقت. يمكن أن تكون قادرة على البرمجيات المتاحة تجارياً مكلفة. طرق عرض أساسا استخدام مجانية وتعتبر لذلك طرق فعالة من حيث التكلفة وعالية الإنتاجية. وشملت أيضا نتائج تمثيلية تستند إلى هذه الأساليب.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذه الأساليب المقدمة سهلة الوصول إليها ولكن يمكن أن يكون معقداً لأداء نظراً لطبيعة أصولها مجانية. لذلك، ينصح بإجراء فحوصات للمحاكمة والتحليلات قبل أي إجراء التجارب الفعلية.
يمكن أن يكون معدل توليد البيانات سريعاً حالما يتم إنشاء إطار التجريبية والتحليلية. وبمجرد إنشاء، م?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونشكر جميع أعضاء المختبر Yoshizawa منها سيترارو أ. وسيمون أ.، فالديز جيم، ماكاباك جيم، تشوي جيه، لو ل.، نغوين J.، س. بودورزير، هيرنانديس H.، فونغ J.، كاتو J.، والرب أولاً الرعاية الأسماك على الأسماك التجريبية المستخدمة في هذه المخطوطة. كما نشكر أعضاء مختبر كين ألف فيهم ماسك ص لتدريب بلدي بتجميع كاميرا “الأشعة تحت الحمراء اتفاقية مكافحة التصحر”. وأخيراً، نود أن نشكر المدرسة “مختبر وسائط الإعلام”-كلية العلوم الاجتماعية-للاتصالات في مانوا جامعة هاواي لمساعدتهم لا تقدر بثمن بجعل الفيديو، لا سيما ب. سميث ولام ياء، والأبيض س.. هذا العمل كان تدعمها “مؤسسة المجتمع هاواي” (16CON 78919 و 18CON-90818) و “المعهد الوطني للصحة نيجمس” (P20GM125508) منح للي.
Materials
| 4-Di-1-ASP (4-(4-(dimethylaminostyryl)-1-methylpyridinium iodide) | MilliporeSigma | D3418 | |
| 880 nm wave length black light | Advanced Illumination | BL41192-880 | |
| avfs | freeware | Version 1.0.0.6 | http://turtlewar.org/avfs/ |
| Avisynth | freeware | Version 2.6.0 | http://avisynth.nl/index.php/Main_Page |
| Cygwin | freeware | Version 2.11.0 | https://www.cygwin.com/ |
| Cylindrical assay chamber (Pyrex 325 ml glass dish) | Corning | 3140-100 | 10 cm diameter 5 cm high |
| Ethovision XT | Noldus Information Technology, Wageningen, The Netherlands | Version 14 | https://www.noldus.com/animal-behavior-research/products/ethovision-xt |
| Fish Aquarium Cylinder Soft Sponge Stone Water Filter, Black | Jardin (through Amazon.com) | NA | Sponge filter for Sleep/hyperactivity recording system |
| Grade A Brine shrimp eggs | Brine shrimp direct | BSEA16Z | |
| ImageJ | freeware | Version 1.52e | https://imagej.nih.gov/ij/ |
| macro 1.8/12.5-75mm C-mount zoom lens | Toyo | NA | Attach to USB webcam by using c-mount, which is printed in 3-D printer |
| Neutral Regulator | Seachem | NA | |
| Optical cast plastic IR long-pass filter | Edmund optics | 43-948 | Cut into a small piece to fit in the CCD of USB webcam |
| pfmap | freeware | Build 178 | http://pismotec.com/download/ (at “Download Archive” link at the bottom) |
| Reef Crystals Reef Salt | Instant Ocean | RC15-10 | |
| SwisTrack | freeware | Version 4 | https://en.wikibooks.org/wiki/SwisTrack |
| USB webcam (LifeCam Studio 1080p HD Webcam) | Microsoft | Q2F-00013 | Cut 2-2.5 cm of the front |
| WinAutomation | freeware | Version 8 | https://www.winautomation.com/ (free stand-alone app for this procedure) |
| Windows operating system | Microsoft | 7, 8 or 10 | https://www.microsoft.com/en-us/windows |
| x264vfw | freeware | NA | https://sourceforge.net/projects/x264vfw/ |
Referências
- Keene, A. C., Yoshizawa, M., McGaugh, S. E. . Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. , (2015).
- Mitchell, R. W., Russell, W. H., Elliott, W. R. . Mexican eyeless characin fishes, genus Astyanax: Environment, distribution, and evolution.Special publications the museum Texas Tech University. (12), (1977).
- Wilkens, H. Evolution and genetics of epigean and cave Astyanax-fasciatus (Characidae, Pisces) – Support for the neutral mutation theory. Evolutionary Biology. 23, 271-367 (1988).
- Fumey, J., Hinaux, H., Noirot, C., Thermes, C., Rétaux, S., Casane, D. Evidence for late Pleistocene origin of Astyanax mexicanus cavefish. BMC Evolutionary Biology. 18 (1), 1-19 (2018).
- Yoshizawa, M., Gorički, S., Soares, D., Jeffery, W. R. Evolution of a behavioral shift mediated by superficial neuromasts helps cavefish find food in darkness. Current Biology. 20 (18), 1631-1636 (2010).
- Moran, D., Softley, R., Warrant, E. J. Eyeless Mexican cavefish save energy by eliminating the circadian rhythm in metabolism. PloS One. 9 (9), e107877 (2014).
- Moran, D., Softley, R., Warrant, E. J. The energetic cost of vision and the evolution of eyeless Mexican cavefish. Science Advances. 1 (8), e1500363 (2015).
- Yoshizawa, M., et al. The Evolution of a Series of Behavioral Traits is associated with Autism-Risk Genes in Cavefish. BMC Evolutionary Biology. 18 (1), 89 (2018).
- Riddle, M. R., et al. Insulin resistance in cavefish as an adaptation to a nutrient-limited environment. Nature. 555 (7698), 647-651 (2018).
- Protas, M. E., et al. Genetic analysis of cavefish reveals molecular convergence in the evolution of albinism. Nature Genetics. 38 (1), 107-111 (2006).
- Yoshizawa, M., et al. Distinct genetic architecture underlies the emergence of sleep loss and prey-seeking behavior in the Mexican cavefish. BMC Biology. 13 (1), 15 (2015).
- Duboué, E. R., Keene, A. C., Borowsky, R. L. Evolutionary convergence on sleep loss in cavefish populations. Current Biology. 21 (8), 671-676 (2011).
- Fernandes, V. F. L., Macaspac, C., Lu, L., Yoshizawa, M. Evolution of the developmental plasticity and a coupling between left mechanosensory neuromasts and an adaptive foraging behavior. Biologia do Desenvolvimento. 441 (2), 262-271 (2018).
- Pérez-Escudero, A., Vicente-Page, J., Hinz, R. C., Arganda, S., de Polavieja, G. G. idTracker: tracking individuals in a group by automatic identification of unmarked animals. Nature Methods. 11, 743 (2014).
- Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nature Methods. 6 (6), 451-457 (2009).
- Yoshizawa, M., Jeffery, W. R., Van Netten, S. M., McHenry, M. J. The sensitivity of lateral line receptors and their role in the behavior of Mexican blind cavefish (Astyanax mexicanus). Journal of Experimental Biology. 217 (6), (2014).
- Lee, A. . Virtualdub. , (2014).
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
- Cavallari, N., et al. A blind circadian clock in cavefish reveals that opsins mediate peripheral clock photoreception. PLoS Biology. 9 (9), e1001142 (2011).
- Swimmer, B., Lang, H. H. . Surface Wave Discrimination between Prey and Nonprey by the Back Swimmer Notonecta glauca L. (Hemiptera , Heteroptera ). 6 (3), 233-246 (1980).
- Montgomery, J. C., Macdonald, J. A. . Sensory Tuning of Lateral Line Receptors in Antarctic Fish to the Movements of Planktonic Prey. 235 (4785), 195-196 (1987).
- Prober, D. A., Rihel, J., Onah, A. A., Sung, R. J., Schier, A. F. Hypocretin/orexin overexpression induces an insomnia-like phenotype in zebrafish. The Journal of Neuroscience. 26 (51), 13400-13410 (2006).
- Zhdanova, I. V., Wang, S. Y., Leclair, O. U., Danilova, N. P. Melatonin promotes sleep-like state in zebrafish. Brain Research. 903 (1-2), 263-268 (2001).
- Nussbaum-Krammer, C. I., Neto, M. F., Brielmann, R. M., Pedersen, J. S., Morimoto, R. I. Investigating the Spreading and Toxicity of Prion-like Proteins Using the Metazoan Model Organism C. elegans. Journal of Visualized Experiments. (95), e52321 (2015).
- Rasband, W. S. . Object Tracker. , (2000).
- Ferreira, T., Rasband, W. Create Shortcuts. ImageJ User Guide. , (2012).
- Lochmatter, T., Roduit, P., Cianci, C., Correll, N., Jacot, J., Martinoli, A. . SwisTrack. , (2008).
