Het doel van dit protocol is het manipuleren van de kleur patronen van springen spinnen en andere zeer kleine geleedpotigen met verf om te studeren vragen met betrekking tot seksuele selectie, seksueel kannibalisme, predatie, aposematism, of enig ander gebied van dierlijke kleuring.
Op het gebied van gedrags-ecologie, zijn veel experimenten ontworpen om de evolutionaire doeleinden van kleurrijke eigenschappen te onderzoeken in de context van seksuele selectie en predatie. Methoden zijn divers, maar meestal bestaan uit het wijzigen van de kleur patronen van individuen met diverse kleurstoffen. Dergelijke technieken zijn gebruikt in vele gewervelde taxa, met name in vogels, maar zijn gebleven onderontwikkeld voor ongewervelden vanwege de moeilijkheid van het effectief manipuleren van kleur in kleine organismen. In plaats daarvan, om de verschijning van ongewervelden te manipuleren, hebben de wetenschappers gewoonlijk de verlichtings omgeving gewijzigd om bepaalde golflengten uit te filteren. Nochtans, beïnvloedt zulk een methode niet alleen de fenotypische trek van belang maar de volledige verschijning van het individu en zijn het omringen. Hier, schalen vaststelling van de technieken die eerder gebruikt op kleurrijke vogels, presenteren we manieren van het manipuleren van de kleuren van kleine geleedpotigen, met behulp van even symbolische, maar bestudeerde soorten: de kleurrijke springen spinnen.
Dieren hebben vaak uitgebreide kleur patronen die ze weer te geven tijdens seksuele ontmoetingen, Agonistische ontmoetingen, of om predatie af te schrikken. Deze eigenschappen kunnen informatie over te brengen aan ontvangers, zoals de individuele kwaliteit van de signalering als een mate1, vechten vermogen als een concurrent2, of smakelijkheid als een prooi punt3. Om te begrijpen de adaptieve doeleinden van kleurrijke eigenschappen, hebben onderzoekers ontworpen experimenten die betrekking hebben op het manipuleren van kleuren op verschillende manieren. Sommige onderzoekers hebben gebruikt gekleurde Decoy stimuli zoals modellen4,5,6,7,8, Foto’s9, of Video’s10,11, 12 die aan ontvangers in gedragsexperimenten worden voorgesteld. Anderen, vooral bij het gebruik van ongewervelde dieren, hebben gemanipuleerd de verlichting omgeving van invloed op de verschijning van kleuren van levende personen13,14,15,16, 17. al deze manipulaties, terwijl ingenieuze, hebben het nadeel van het verwijderen van potentieel belangrijke natuurlijke gedrag en/of van invloed zijn veel meer dan de eigenschap van belang. In grote gewervelde dieren, zoals vogels, de onderzoekers zeer vaak manipuleren kleur rechtstreeks op Live Animals (beoordeeld in Hill en McGraw, 200618). Individuele veren of snavels zijn direct gekleurd met markers2,19,20,21,22,23,24, kleurstoffen met waterstofperoxide vaak gebruikt in haar lichters25,26,27, of verschillende verven waaronder nagellak28. In ongewervelden, dergelijke studies die kleur patronen direct manipuleren op levende dieren zijn relatief zeldzaam, maar hebben nog steeds enorme inzicht in de functie en de evolutie van kleur29,30,31 ,32,33,34,35,36,37,38,39. Zelfs geleedpotige studies lijken te zijn bevooroordeeld naar grotere taxa die gemakkelijker kunnen worden behandeld en geschilderd, waardoor kleur patronen in zeer kleine soorten relatief onderbestudeerd.
Hier beschrijven we een delicate kleur manipulatie techniek die werd ontwikkeld voor zeer kleine dierlijke taxa. Concreet, deze methode gaat het manipuleren van de gezichts verkleuring van mannelijke springen spinnen onder een microscoop om het belang van dergelijke kleurrijke eigenschappen in de context van mate keuze en seksueel kannibalisme te onderzoeken. In dit geval gebruikten we Habronattus pyrrithrix (verzameld uit Phoenix, AZ, USA) als een model soort (Figuur 1). We hebben gepubliceerd van de resultaten van de experimentele werk met behulp van een aantal van deze technieken elders38,39, maar hier beschrijven we de methoden in meer detail dan eerder is gedaan, op een manier die moeten ze toegankelijk te maken voor anderen een poging om ze te repliceren of aan te passen voor gebruik op andere zeer kleine taxa. Dergelijke protocollen zouden experimentele kansen op dieren moeten openstellen die zo kleurrijk kunnen zijn zoals de meest symbolische vogels maar die gewoonlijk onderbestudeerd zijn.
Hier laten we zien dat de kleuren van kleine lichaamsdelen van geleedpotigen effectief kan worden gemanipuleerd met behulp van kleurstoffen zoals make-up en glazuur verven.
De eerste kritieke stap om dergelijke delicate manipulatie te bereiken is om kleine dieren te kunnen immobiliseren die meestal niet in de hand kunnen worden gespannen. Hier, om te kunnen gevoelige gebieden zoals Jumping Spider gezicht te schilderen, we verdoofd personen met CO2 en gemonteerd ze op het hoofd van een pin. Dit maakt het werk dicht bij de ogen van de spin met minder stress dan de spin zou waarschijnlijk ervaring als het wakker was (met licht uit de Microscoop schijnt in hun gezichten tijdens het schilderij proces).
De methode vereist ook het krijgen van goede kwaliteit micro borstels, en, meest kritisch, passende kleurstoffen. De moeilijkste stap bij de toepassing van verf zonder morsen, maar met een goede dekking is om de juiste consistentie te krijgen. Daarom, de kleurstoffen moeten gemakkelijk worden verdund met een dunner, en gemakkelijk uitgedroogd voor verdikking. Verschillende soorten verven kunnen worden gebruikt; Hier worden de resultaten gepresenteerd met water oplosbare (niet-waterdichte) eyeliners en emailverven. De niet-waterdichte eyeliners hebben het voordeel om gemakkelijk vloeibaar te zijn wanneer gemengd met water. Echter, dit verhandelt met de verdunning van de pigmentatie (die niet kan of kan wenselijk zijn (zie bijvoorbeeld Figuur 3)). Emaille verven hebben een consistentie die gemakkelijk kan worden gecontroleerd door het toevoegen van glazuur dunner, terwijl nog steeds het verstrekken van volledige dekking. Nochtans, handelt dit kenmerk weg met de mogelijkheid om het haar of de schaalstructuur van het geschilderde lichaamsdeel te handhaven. Bovendien zijn emailverven langdurig. Het nadeel hiervan is dat glazuur verf en dunner sterke geuren uitstoten tijdens de toepassing en voor het drogen. Een extra moeilijkheid met betrekking tot de kleurstoffen kunnen worden om de juiste schaduw te vinden, met de juiste spectrale eigenschappen. Het is bijvoorbeeld moeilijk te krijgen rode eyeliner te gebruiken in parallel met zwarte eyeliner, zoals eyeliners zijn vaak meer roze dan rood. Het is ook moeilijk te krijgen make-up poeder (of pigmenten) die geen glitter bevatten (die soms alleen zichtbaar onder de Microscoop). Veel make-up producten ook weerspiegelen UV-licht, die, terwijl onzichtbaar voor de experimenten, kunnen worden opvallend aan de onderzochte dieren.
Het manipuleren van de kleur van geleedpotigen door direct toe te passen kleurstoffen op hun lichaamsdelen komt met voordelen en ongemakken in vergelijking met andere methoden. De belangrijkste beperking is dat men niet kan absoluut ontslaan de mogelijkheid van een aantal subtiele toxiciteit effecten. Nochtans, kan men ervoor zorgen om geen biases tegen één behandelingsgroep te introduceren door verf aan alle behandelings categorieën toe te passen, en/of men kan testen of de verf toepassing zich met gedrag van belang mengt. Met de hier voorgestelde methodes, verzamelden wij genoeg bewijsmateriaal om voor te stellen dat de verf toepassing tot verwaarloosbaar aan geen negatief effect (lijst 1 pt lijst 2) leidde. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat kleine patches van kleur kan worden gericht, hun kleur ‘ verwijderd ‘ (Zie Figuur 2), gemaakt saaier (Figuur 3) of helderder (Figuur 4), in isolement van de rest van het lichaam kleur en het individu Milieu. Dit contrasteert met de meest voorkomende alternatieve methode die bestaat uit het manipuleren van de lichtomstandigheden, en daarmee het wijzigen van de visuele verschijning van het hele individu en zijn omgeving. In feite, zelfs wanneer niet specifiek het manipuleren van lichtomstandigheden, kan men met succes manipuleren van kleur en Zie beperkte of geen effecten van deze manipulatie als de verlichting omgeving is niet geschikt39. Daarom is het belangrijk om te meten en te overwegen de lichte omgeving waar alle experimenten zullen worden uitgevoerd (dat wil zeggen, maatregel straling) en zorg ervoor dat nauw aansluiten bij de natuurlijke lichtomstandigheden (bijvoorbeeld met behulp van full spectrum gloeilampen die na te bootsen natuurlijk licht in gevangenschap). Globaal, door micro-borstels en een microscoop te gebruiken, staat dit protocol voor nauwkeurigere manipulatie van uiterst kleine kleuren flarden dan de meeste andere directe kleurende methodes toe die eerder op ongewervelden zijn gebruikt. De meeste eerdere studies hebben gebruikt dieren met kleur patches die relatief groot zijn in vergelijking met de gezichten van springen spinnen (bijv. manipulatie van vlinder vleugel kleuren29,34,35, de lichamen van volwassen hemipterans (‘ ware insecten ‘)30,36 en sprinkhanen31, of de benen van vrij grote wolfspinnen32,33,37). De hier gepresenteerde methoden open te stellen mogelijkheden om de verbazingwekkende diversiteit van kleur patches te bestuderen op taxa die zijn onderbestudeerd vanwege hun geringe omvang.
Soortgelijke technieken kunnen worden toegepast op andere geleedpotigen die kunnen worden gemobiliseerd of verdoofd en voor gebieden waar verf zou niet van invloed op de mobiliteit of de gezondheid van het individu (dat wil zeggen, met uitzondering van gebieden zoals gewrichten, structuren zoals haar of arolia die nodig zijn voor passende motoriek, monddelen, of andere openingen zoals Ademhalings structuren). Deze technieken kunnen ook worden uitgebreid tot een groter palet van kleurstoffen, verven, en makeups die op grote schaal beschikbaar zijn te nemen.
Ten slotte kunnen deze delicate technieken niet alleen worden gebruikt om kleur te manipuleren op kleine organismen, maar ook om patronen te manipuleren (zoals strepen) in relatief grotere organismen. Dit moet gunstig zijn voor een breed scala van onderzoekers die onze methoden kunnen aanpassen aan hun eigen studies van seksuele selectie, communicatie, aposematic prooi signalen, en andere contexten waarin dieren gebruik van kleur.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door de financiering van de National Science Foundation (IOS-1557867 aan LAT), het Florida Natuurhistorisch Museum, en de entomologie en Nematologie Department aan de Universiteit van Florida. Publicatie fee van dit artikel werd gefinancierd voor een deel door de Universiteit van Florida Open Access Publishing Fund.
CO2 tank | AirGas (Radnor, PA) | #CD 50 | to anesthesize spiders |
Enamel paint thinner | Testors (Vernon Hills, IL) | 75611792569 | to thin enamel paint |
Flat enamel paint | Testors (Vernon Hills, IL) | red: 075611115009, black: 075611114903, white: 075611116808 | can be thinned with enamel paint thinner |
Light microscope | Zeiss (Jena, Germany) | stemi 508 | to paint small areas with precision |
Light microscope camera | Zeiss (Jena, Germany) | Axiocam 105 color | to take picture before and after manipulation for documentation |
Light microscope camera software | Zeiss (Jena, Germany) | Zen 2 blue edition | to process pictures taken before and after manipulation |
Liquid liner eyeliner, shade “Perversion” | Urban Decay (Costa Mesa, CA) | (discontinued) | non-waterproof eyeliner which can be thinned with water; eyeliner 2 |
MegaLiner liquid eyeliner, black | WetnWild (Los Angeles, CA) | SKU# 871A | non-waterproof eyeliner which can be thinned with water; eyeliner 1 |
Micro brushes | MicroMark (Berkeley Heights, NJ) | #84648 | to allow precise painting of small areas |
Non-hardening modelling clay | Van Aken International Claytoon (North Charleston, SC) | 18165 | to stick small nail or insect pin in and flexily adjust their angles |
Small nail or insect mounting pins | BioQuip (Rancho Dominguez, CA) | #1208B7 | to glue spiders on as well as moving away spider’s appendages in front of the area to paint |
Small plastic containers such as the lids of snap-cap insect collection vials | BioQuip (Rancho Dominguez, CA) | #8912 | to mix paint and thinner to the right consistency |
Small syringe | Fisher Scientific | 1482910F | to transfer small amount of enamel thinner |
Spectralon white standard | Labsphere Inc. (North Sutton, NH) | WS-1-SL | to measure spectral properties of colors |
UV-VIS spectrophotometer | Ocean Optics (Dunedin, FL) | USB 2000 (spectrophotometer) with PX-2 (light source) | to measure spectral properties of colors |
Water soluble school glue | Elmer's (High Point, NC) | #E304 | to mount the spiders onto a nail/pin |
Wood toothpicks | Up&Up, Target Corporation (Minneapolis, MN) | #253-05-0125 | to transfer drops of enamel paint |