ここでは、環境条件下での蝶のコールドショック回復を評価するために、低コストでアクセス可能なプロトコルについて説明する。
生態学的生理学、特にエクトタームは、生物とその周囲の相互作用を探求し、生存と適性をよりよく理解するために、種と環境特性の尺度を使用するため、この変化する世界でますます重要となっています。従来の熱アッセイは、時間、お金、設備の面でコストがかかるため、多くの場合、小さなサンプルサイズと少数の種に限定されます。ここで提示される、蝶の例を用いて、大きな、ボラント、地上の昆虫の個々の行動と生理学に関する詳細なデータを生成する新しいプロトコルです。本論文では、環境条件下で現場で行うことのできるコールドショック回収アッセイの方法について説明し、費用のかかる実験装置を必要としない。この方法は、熱帯蝶のコールドショックに対する応答と回復戦略を理解するために使用され、蝶の群集全体にわたって個々のレベルのデータを生成しています。これらの方法は、リモートフィールドの設定と教室の両方で使用することができ、生態学的に関連する生理学的データを生成し、教育ツールとして使用することができます。
1970年代後半から1980年代初期の熱生理学と生態学の統合は、2、生態学生理学の分野を立ち上げました。エクトテルムに関する広範な熱的研究は、多様な環境進化的文脈にわたって生態学的生理学的相乗効果を強調する3、4,5。近年、世界中の気候変動や変化した熱景観に直面して、熱生理学の研究が注目を集めている。生態学的生理学の学問分野における研究を知らせるだけでなく、熱生理学アッセイは研究者が広くアクセス可能であり、あらゆるレベルの実践的な教育アプローチとして役立ちます。熱的な限界や温度ショックの影響を含む熱性能の成分は、動物の生態、行動、および生命史の基本である8,9.
具体的には、エンドサミーが周囲温度と生物温度の間の密接なリンクを指示するので、エコトーサームは生理学の質問に対処するために使用されます。生物が耐えることができる温度範囲(極度の熱最小から最大熱範囲)と、その行動とフィットネスが最大化される温度(熱最適化)は、しばしば生態学的および進化的プロセスに根ざしています。これらの生理学的特徴は、温度として重要性が高まり、平均と極端の両方が、10を増加している。例えば、異常な変化は、温度上昇を含め、生息地の破壊および断片化に伴うが、アヌランを含むエクトサームの群集に影響を及ぼす、生理学的に脆弱な種(狭い熱耐性を有する)を小さな残骸生息地パッチ11、12に制限する。
熱性能の主要なコンポーネントを評価することは、時間とリソースの両方の面で高価であり、従来は実験室の機器と標準化された条件を必要とします。さらに、従来のアッセイは、類似の生理学実験における温度が慎重に制御され、しばしば動物が経験する周囲条件とは無関係であるため、与えられた動物13によって自然界で経験される周囲条件の広さを反映していない。この温度制御は、個々の応答2、14の変動の理解を減少させることができます。生理学者は、実験室ベースの加熱および冷却実験に依存してきました, 熱性能曲線を知らせるために着実に加熱または動物の環境を冷却するためにプログラム可能な水浴を使用して.
通常、動物は熱電対を有するバイアルに入れられ、周囲の水浴の温度を制御することによって周囲温度が着実に変化する。研究者は、変化した生理学的状態(例えば、チル昏睡、ノックダウン)と状態変化が発生した温度を達成するのにかかる時間を測定する16,17.500米ドル以上から始まるこれらのツールは、大型で重く、追加の技術機器(例えば、コンピュータ、熱電対)を必要とします。その結果、熱性能を評価する古典的な方法を実行するための基本的なツールは、1)すべての人が経済的にアクセスできない、2)小さなディプテランに使用される慣習的なバイアルに含まれるには大きすぎる動物をアッ言するのに適していない、および3)リモートフィールド設定で使用するためにポータブルではない。一般的な慣行への遵守は分類および実験条件18、19、20の間で限定された表現をもたらした。
完全な熱性能曲線は、種の分布、生命史の形質、行動を知らせることができますが、他の形質の中でも、より少なくシンプルな熱メトリックの定量化はより効率的で、依然として非常に有益です。生理学的アッセイは、寒冷昏睡発症およびその後の冷ショック回復を測定し、冷硬化、および正しい行動、生物の臨界熱最小の有効かつ実行可能なプロキシである8。ここに記載されているコールドショックアッセイは、大きな地球性異性体の昆虫から生理学的データを引き出すのに有用である。このアッセイは、フィールド条件下または教室で、手頃な価格でアクセス可能で簡単に実行できます。このプロトコルによって生成されたコールドショック回復に関するデータは、種または個々のレベルの形質データと結合して、生態学的生理学に関する質問を追求したり、生理学的原理について学生に教えるために使用することができます。
熱生理学の研究は、生存とフィットネスの鍵となる生物とその周囲の相互作用をよりよく理解するために、種と環境特性の尺度を組み込んでいます。常に植物や動物の自然史と生態を理解するために不可欠であるが、熱形質は、景観や気候変動11、21に直面して重要性が高まっている。特に、鱗翅目およびオドネータンの等級は、比較的大きく豊富であり、独特な行動を示し、操作に適している。ここでは、このような昆虫の生理学的応答を効果的に測定するための効率的で低コストのアッセイを概説する。このプロトコルは、実験前の取り扱い時間が限られているアッセイするために健康な生物の供給源を必要とします。一度にアッセイされる生物の数は柔軟ですが、実験ごとの焦点個体数は、データ収集の目的やオブザーバーの数によって異なります。
例えば、このプロトコルは、コミュニティ全体の蝶に関する詳細な個々のデータを収集するために開発されました。そのため、代表的な結果は、できるだけ多くの種の個体に対して、そして地域環境に関連する様々な条件下でデータ収集を最大化するための取り組みを示している。焦点種の数に関係なく、観察者が回復を経験しているケージ内の各個体を識別できることが重要です。1つの種からデータを収集することが目標の場合、1つまたは2つの個体(異なる翼摩耗に基づいて識別できる場合、または個別にマークされている場合)のみを一度にアッセイする必要があります。研究対象は、特定の研究課題または研究計画に従って選択されなければならない。提起された質問とデータ収集の目的(研究や教室など)に基づいて、サンプルのサイズと他の特性の収集は異なります。
このプロトコルによって解明された生理学の基本的な構成要素(寒性昏睡の誘導、回復のステップ、周囲の状態の役割)を説明するために、教室のインストラクターは、単一の種の2つの異なる種または形態を選択することができる。焦点の個人が1つの重要な特性(例えば色)でしか異ならない場合は、より小さなサンプルサイズが必要であり、学生はその形質と組織生理学の関係を綿密に研究することができます。生態学的生理学に興味がある研究者は、実験データを使用して複雑な生態学的および進化的な問題を探求することができる。研究者は、自分の質問に直接対処する焦点昆虫(例えば、ライフステージ、年齢、性別、場所に基づいて)を慎重に選択し、関係する変数の数に基づいて、適切なサンプルサイズを決定する必要があります。複雑なモデルのサンプル サイズは、上記のサイズよりも大きくなります。
行動回復データを収集している間、観察者はケージの底をタップして回復行動を引き出すことができる必要があるため、ケージが地上に残ることは重要です。これにより、生物は生理学的に可能になるとすぐに応答(スタンド、ハエ)を保証し、端末の回復行動(飛行)が文書化されます。コールドショック回復中の周囲の状態を記録することは、このプロトコルが研究し、生物生理学における環境の役割を混乱させるように設計されているように、熱生理学の研究に不可欠です。データロガー( 材料表を参照)は、関連する条件(温度、光、湿度など)の標準化された測定値を記録するのに役立ちます。しかし、これらのツールが使用できない場合は、デジタル温度計や環境条件の変数を単純化し、日陰や太陽などの異なる環境を使用するなど、他の方法で関連する条件を測定することができます。このプロトコルは、研究の目的と範囲に基づいてコールドショック回復中の条件を測定するための研究者のオプションを提供します。
この方法は特定の分類群により適するように変更できますが、大きなボラントな昆虫を使用することをお勧めします。独立して飛ぶ能力を取り戻す飛行昆虫は、完全な回復を達成したと考えられるかもしれません。この方法は、説明したように、熱帯および亜熱帯の蝶にうまく使用された。特定の領域の熱的傾向(すなわち、変化する場所で経験される温度の範囲、したがって、標高、緯度、天蓋カバーに基づく期待に影響を与える)に基づいて、生物は氷水浴でチル昏睡に入るのに1時間以上または1時間未満を必要とするかもしれません。生物の大きさは、寒冷昏睡状態に入るのに必要な時間にも影響を与える可能性があります。寒冷昏睡(動かない)を誘発するために必要な冷たい暴露の時間を見つけることが重要ですが、焦点種を殺すものではありません。寒冷昏睡を誘発するために必要な時間は、個人の大きさ、場所、自然史/行動に依存します。本明細書に記載されたコールドショック実験の結果に基づいて、焦点昆虫の生態に関する知識を用いて、特定の個体が完全に回復しない場合に試験を終える時期を選択する。
研究者の具体的な質問に基づいて、この方法は、それぞれ、重要な変数のための自然環境変動と制御の両方を可能にするために、フィールドまたは実験室のいずれかで採用することができます。このアッセイは、簡単で安価であり、熱生理学の分野で既存のギャップを埋めるのに役立ちます。このプロトコルの容易さは、それがラボに優しい生物以上にフィールドを開く、分類の多様な配列のために採用することが可能になります。標準化された環境熱アッセイを行うことの新しさにより、実験室と現場の結果22との間のギャップが埋まります。生物の回復のための周囲条件を活用することは、研究者が生理学14、22における環境および種要因の役割を分割するのに役立ちます。最後に、低コストと必要な材料の不足のために、このプロトコルは、多くのフィールド生物学者だけでなく、教室で少しの機器で、現場の遠隔地で使用することができ、若い学生に実践的な学習体験を提供します。
The authors have nothing to disclose.
ジャレット・ダニエルズ、イザベラ・プラマー、ブレット・シェファーズ、ダン・ハーンのおかげで、最初に開発されたプロトコルに関する入力が可能でした。このプロトコルのいくつかの反復を実装し、主要なコンポーネントに入力するためのハイメ・ハガード、セバスティアン・デュラン、およびインディアナ・クリストバル・ロイス・マラバーに感謝します。また、原稿全体に関するフィードバックのための匿名のレビュー担当者に感謝します。マクガイア・センター・フォー・レピドプテラと生物多様性の出版基金、農林生命科学部、天然資源環境学部、UFの野生生物生態学と保全部門が支援を行いました。
24 x 24 x 36" Popup Rearing & Observation Cage | Bioquip | 1466PB | Ensure that the cage is slightly elevated from the ground to be able to tap the floor of the cage during experiments. |
Cooler | Any | NA | |
Glassine envelopes | Bioquip | 1130B | |
HOBO Pendant Temperature/Light 8K Data Logger | Onset | UA-002-08 | If a datalogger is not accessible, researchers may choose to use a digital thermometer to record ambient temperatures at regular intervals. See protocol step 4.5 for additional information. |
HOBO Optic USB Base Station | Onset | Base-U-1 | |
Ice water | NA | NA | |
Insects (focal taxa) | NA | Any | Collect sufficient samples to test, ensuring replication of experimental groups (e.g. species, sampling location) |
PVC T-joint | Any | Any | |
Sealable plastic bag | Any | NA | |
Stopwatch/timer | Any | NA | |
Weight | Any | NA | Large coins or small rocks to weigh down the plastic bags will ensure that specimens are submerged in ice water. A standardized weight is ideal. |