En utilisant les outils de compilation FishSim Animation pour enquêter sur le comportement du poisson : une étude de cas sur la copie de-choix d’un partenaire en Sailfin Mollies

Récemment, utilisant des techniques modernes pour la création de stimuli artificiels, tels que des animations informatiques et réalité virtuelle, a trouvé sa popularité en recherche¹. Ces méthodes offrent plusieurs avantages par rapport aux approches expérimentales classiques avec stimulation vivants animaux^1,2. Animation par ordinateur permet une manipulation non invasif de l’aspect (taille, couleur) et le comportement des animaux virtuels stimulus d’expérimentation. Par exemple, l’ablation chirurgicale de l’épée en xiphophore vert mâle (Xiphophorus helleri) pour tester les préférences de compagnon dans les femelles³ rendait inutile à l’aide d’animation par ordinateur dans une étude ultérieure sur cette espèce⁴. En outre, animations informatiques peuvent créer des phénotypes qui sont rarement rencontrés dans la nature,⁵. Caractéristiques morphologiques des animaux virtuels peuvent même être modifiés au-delà de l’aire de répartition naturelle de cette espèce⁴. En particulier, la possible manipulation systématique du comportement est un avantage majeur de l’animation par ordinateur, puisqu’il est presque impossible avec animaux vivants^6,7.

Diverses techniques existent à ce jour pour créer des animations informatiques. En général, des animations (2D) deux dimensions simples dérivent d’une photo d’un stimulus se déplaçant dans les deux seules dimensions et peuvent être créées avec un logiciel commun comme MS PowerPoint⁸ ou Adobe After Effects⁹. Les animations (3D) en trois dimensions, qui nécessitent plus sophistiqués graphiques 3D logiciel de modélisation, activez le stimulus être déplacé en trois dimensions, augmentant les possibilités de mouvement physique réaliste et complexe^{6,7 , 10 , 11 , 12}. même de réalité virtuelle qui simulent un environnement 3D où naviguer dans les animaux vivants ont été utilisé^13,14. Dans un récent examen Thuly-Chouinard et al. ² discuter ces techniques une par une et mettre en évidence les avantages et les inconvénients sur leur mise en œuvre dans la recherche, qui dépend notamment de la portée de l’étude et les capacités visuelles de l’animal (voir « Discussion »). En outre, Powell et Rosenthal¹⁵ donner des conseils sur la conception expérimentale appropriée et quelles questions peuvent être adressées en utilisant des stimuli artificiels dans la recherche sur le comportement animal.

Étant donné que la création d’animation par ordinateur peut être longue et difficile, le besoin de logiciels faciliter et uniformiser le processus de conception de l’animation est née. Dans cette étude, nous introduisons la libre et open-source Toolchain Animation FishSim ¹⁶ (abrégé : FishSim ; https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/), une approche multidisciplinaire combinant biologie et en sciences informatiques pour répondre à ces besoins. Semblable au plus tôt publié outil anyFish^17,18, le développement de la chaîne d’outils de suivi le but de fournir aux chercheurs une méthode facile à utiliser pour la mise en œuvre des stimuli 3D animés dans des expériences avec des poissons. Notre logiciel est constitué d’un ensemble d’outils qui peut être utilisé pour : (1) créer des poissons virtuels 3D (FishCreator), (2) animer les chemins de nage des poissons virtuels avec un contrôleur de jeu vidéo (FishSteering) et (3) organisent et présentent préenregistrés animations sur les moniteurs de vivre poissons focal (FishPlayer). Notre chaîne d’outils fournit diverses fonctionnalités qui sont particulièrement utiles pour tester dans une situation de choix binaire mais également applicables à d’autres modèles expérimentaux. De plus, l’animation possible de deux ou plusieurs poissons virtuels permet la simulation de bancs ou de parade nuptiale. Les animations ne sont pas liées à un stimulus spécifique mais peuvent être rejouées avec autres stimuli permettant de modifier l’apparence d’un stimulus, mais garder son comportement constant. La nature open source de la chaîne de compilation, ainsi que le fait qu’il repose sur le système d’exploitation de robot ROS (www.ros.org), fournir la grande modularité du système et offrent des possibilités presque infinies pour inclure des dispositifs de rétroaction externe (comme le contrôleur ou un système de suivi) et d’adapter les outils de compilation pour ses propres besoins dans la recherche. Outre le molly sailfin, quatre autres espèces sont actuellement utilisables : l’Atlantique molly Poecilia mexicana, le guppy Poecilia reticulata, l’épinoche à trois épines Gasterosteus aculeatus et un cichlidé Haplochromis spp. Nouvelles espèces peuvent être créés dans un graphisme 3D modélisation outil (p. ex., Blender, www.blender.org). Pour illustrer le flux de travail avec FishSim et de fournir un protocole sur la façon de mener une expérience de copie-choix d’un partenaire avec l’animation par ordinateur, nous avons réalisé une étude de cas avec sailfin mollies.

Choix d’un partenaire est l’une des décisions plus importantes animaux font dans leur histoire de vie. Animaux ont développé des stratégies différentes pour trouver les meilleurs partenaires de l’accouplement. Ils peuvent se prévaloir des informations personnelles lors de l’évaluation de potentiel accouplement partenaires indépendamment, éventuellement selon les préférences de génétiques prédéterminés pour un certain caractère phénotypique^19,20. Mais elles peuvent aussi observer le choix d’un partenaire de leurs congénères et ainsi utiliser l’information²¹. Si l’observateur décide alors de choisir le même maté (ou le même phénotype) comme le conspécifiques observés — le « modèle » — choisi précédemment, il s’agit alors la copie choix d’un partenaire (ci-après abrégé en MCC)^22,23. Choix d’un partenaire copie est une forme d’apprentissage social et, partant, une stratégie de choix d’un partenaire dépendant²⁴, qui a été observé dans les deux vertébrés^{25,26,27,28, 29} et invertébrés^30,31,32. Jusqu’à présent, CMC a été étudié principalement dans le poisson et se trouve sous le laboratoire conditions^{33,34,35,36,37,38} et en le sauvage^39,40,41,42. Choix d’un partenaire la copie est particulièrement utile pour un particulier, si deux ou plusieurs partenaires potentiels d’accouplements sont apparemment semblables en qualité et un choix d’un « bon » partenaire — en termes de maximisation de remise en forme, est difficile de faire⁴³. La qualité d’un modèle féminin elle-même peut affecter si les femelles focales copier son choix ou pas^44,45,46,47. Respectivement, modèle « bonne » ou « mauvaise » qualité féminine a été attribuée à son étant plus ou moins connu dans le choix d’un partenaire, par exemple en ce qui concerne la taille et l’âge^44,45,46, ou par son être un congénère ou un hétérospécifiques⁴⁷. Dans sailfin mollies que copier le choix d’un partenaire de leurs congénères^{39,48,49,50,51}, on a constaté que les femelles focales même copier le rejet d’un mâle⁵² . Étant donné que le MCC est censé jouer un rôle important dans l’évolution des caractères phénotypiques ainsi que la spéciation et hybridation^21,23,53,54, les conséquences de la copie une » » faux dilemme peut être considérable dans la réduction de l’aptitude du copieur⁵⁵. Si un individu décide de copier le choix d’un autre individu, qu’il est important d’évaluer si le modèle observé est une source fiable d’information, c’est-à-dire que le modèle lui-même fait un « bon » choix à cause de lui ou elle est bien connu dans Second choix. Ici se pose la question : Quelles sont les caractéristiques visuelles susceptibles de caractériser un modèle fiable pour copier à partir chez les femelles de sailfin molly ?

Une particularité visuelle sailfin femelle mollies et autres Poeciliidae est l’endroit gravide (également connu sous le nom de « anal spot », « plaque incubatrice » ou « grossesse spot »). Cette zone fortement pigmentée dans leur région anale dérive de mélanisation du tissu tapissant le sac ovarien⁵⁶. La taille et la présence de la tache gravide varient à travers les femelles conspécifiques et peuvent changer plus individuellement au cours de la progression des cycles ovariens^56,,⁵⁷. Taches gravides peuvent servir à attirer les mâles et faciliter l’orientation de l’intromission pour insémination interne⁵⁸ ou comme moyen de publicité fertilité^59,60. Compte tenu du lien entre l’endroit gravide et statut reproductif de la femelle, nous avons prédit que l’endroit gravide sert comme un signe de la qualité des modèles féminins en fournissant des informations sur son état actuel de reproduction pour observer les femelles focales. Nous avons étudié deux hypothèses de rechange. Tout d’abord, si l’endroit gravide est un signe général de maturité, tel que prédit par Farr et Travis⁵⁹, il dénote un modèle sans doute fiable et expérimenté par rapport à un modèle immature (sans la tache). Ici, les femmes focales sont plus susceptibles de copier le choix d’un modèle avec une tache, mais pas celle d’un modèle sans un endroit. Deuxièmement, si l’endroit gravide marque non-réceptivité à cause déjà des couvées, tel que prédit par Sumner et al. ⁶⁰, le modèle est sans doute moins fiable puisqu’une femelle non réceptive serait considérée moins exigeants. Dans ce cas, focales femelles ne copiera pas leur choix mais celui de modèles sans tache. Jusqu’ici, le rôle du spot gravide pour MCC chez les femelles de sailfin molly a jamais été testé, ni manipulé expérimentalement.

Nous permettant de réaliser une expérience MCC en présentant des stimulus virtuel mâles et femelles de le mannequin virtuel sur des écrans d’ordinateur au lieu d’utiliser la stimulation direct et le modèle poisson tel qu’utilisé dans la procédure expérimentale classique^{49,50 FishSim ,51,},⁶¹. La facilité d’utilisation générale de notre logiciel a été préalablement validée pour tester des hypothèses sur le choix d’un partenaire en sailfin mollies¹². Ici, nous avons vérifié si l’absence ou la présence d’une tache gravide chez les femelles mannequin virtuel influe sur le choix d’un partenaire d’observer les femelles focales direct. Nous laissons tout d’abord les femelles focales s’acclimater à la cuve d’essai (Figure 1.1) et laissez-les choisir entre deux mâles différents stimulus virtuel dans un test de second choix (Figure 1.2). Par la suite, au cours de la période d’observation, le préalable mâle virtuel non préférés a été présenté avec une femme mannequin virtuel (Figure 1.3). Dans un essai subséquent de choix d’un partenaire deuxième, focales femelles a choisi à nouveau entre les mâles mêmes (Figure 1.4). Nous avons analysé si focales femelles avaient copié le choix d’un partenaire de la femelle modèle observée en comparant sa décision choix d’un partenaire dans le critère de choix d’un partenaire premier et deuxième. Nous avons effectué deux différents traitements expérimentaux dans lequel nous avons manipulé visuellement la qualité de la femelle du mannequin virtuel. Au cours de la période d’observation, nous avons présenté soit le préalable non préférés virtuel mâle (1) avec une femme mannequin virtuel avec une tache gravide (traitement « spot ») ; ou (2) avec une femme mannequin virtuel sans un endroit gravide (traitement « sans tache »). En outre, dans un contrôle sans n’importe quelle femelle modèle, nous avons vérifié si les femelles focales choisi systématiquement quand aucune information publique a été fournie.

Figure 1. Aperçu général des mesures expérimentales plus importantes pour une expérience MCC à l’aide de stimuli poissons virtuels. (1) période d’acclimatation. Test de second choix (2) : femelle focale direct choisit entre mâles virtuels stimulation. Période d’observation (3) : focal montres préalable non préférés mâle avec une femelle de modèle virtuel avec spot gravides. (4) -choix d’un partenaire deuxième essai : la femelle focale choisit à nouveau entre mâles de stimulation virtuelle. Dans cet exemple, elle copie le choix du modèle. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.