Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân bố không gian của các mùi trong dòng chảy biên đáy mô phỏng
Tóm tắt
Nhiều loài động vật định hướng đến nguồn mùi trong các môi trường nước, nơi mà các dòng chảy và bề mặt nền khác nhau tác động đến động lực học của các lớp biên đáy. Vì sự phân tán của các hóa chất là do cơ học chất lỏng của môi trường cụ thể, chúng tôi đã định lượng sự thay đổi trong cấu trúc mịn của một luồng mùi dưới các điều kiện động lực học khác nhau trong lớp biên đáy của một kênh thí nghiệm trong phòng. Chúng tôi đã lấy mẫu các luồng mùi hỗn loạn ở tần số 10 Hz bằng một cảm biến vi hóa học (đường kính 150 µm) dưới hai tốc độ dòng chảy: 3.8 và 14.4 cm/giây, và ở độ cao 1, 8, 50 mm trên bề mặt nền. Những khoảng cách này trên bề mặt nền xảy ra trong các vùng dòng chảy khác nhau của lớp biên và tương quan với vị trí của các bộ phận cảm biến hóa học ở động vật giáp xác trong dòng chảy của lớp biên. Tốc độ dòng chảy cao thể hiện một mức độ hỗn loạn lớn hơn và có nhiều xung mùi rõ rệt hơn so với tốc độ dòng chảy thấp. Nói chung, tín hiệu mùi cho thấy sự biến đổi tạm thời cao ở dòng chảy nhanh ở độ cao 1 và 8 mm trên bề mặt nền. Trong dòng chảy chậm, sự biến đổi tạm thời đạt cực đại ở 50 mm trên bề mặt nền, cho thấy sự biến thiên nhiều hơn so với cùng độ cao ở dòng chảy nhanh. Những mẫu hình này của các tín hiệu mùi phần nào xuất phát từ sự khác biệt về độ cao trên bề mặt nền của trục chính của luồng mùi ở hai tốc độ dòng chảy. Các kết quả của chúng tôi hàm ý rằng các động vật định hướng hóa học tới một nguồn mùi sẽ cần phải bù đắp cho những thuộc tính động lực học khác nhau của sự vận chuyển và phân tán mùi. Phương pháp mà các động vật trích xuất thông tin không gian từ các luồng mùi sẽ cần phải tính đến sự thay đổi điều kiện dòng chảy, nếu không sẽ không hiệu quả trong việc trích xuất thông tin về sự phân bố không gian hóa học.
Từ khóa
#động vật #định hướng hóa học #mùi #dòng chảy biên đáy #động lực học #mạng cảm giác #phân tán hóa họcTài liệu tham khảo
Adams, R.N. 1969. Electrochemistry at Solid Electrodes. Marcel Dekker, New York.
Atema, J. 1985. Chemoreception in the sea: Adaptation of chemoreceptors and behavior to aquatic stimulus conditions.Soc. Exp. Biol. Symp. 39:387–423.
Atema, J. 1988. Distribution of chemical stimuli, pp. 29–56,in J. Atema, A. N. Popper, R. R. Fay and W. N. Travolga (eds.). Sensory Biology of Aquatic Animals. Springer-Verlag, Berlin.
Atema, J., Moore, P.A., Madin, L.P., andGerhardt, G.A. 1991. Subnose-I: electrochemical tracking of odor plumes at 900 m beneath the ocean surface.Mar. Ecol. Prog. Ser. 74:303–306.
Aylor, D.E. 1976. Estimating peak concentrations of pheromones in the forest, pp. 177–188,in J.E. Anderson and M.K. Kaya (eds.). Perspectives in Forest Entomology. Academic Press, New York.
Aylor, D.E., Parlange, J.-Y., andGranett, J. 1976. Turbulent dispersion of disparlure in the forest and male gypsy moth response.Environ. Entomol. 10:211–218.
Baker, T.C., Willis, M.A., andPhelan, P.L. 1984. Optomotor anemotaxis polarizes self-steered zigazagging in flying moths.Physiol. Entomol. 9:365–376.
Bell, W. J., andTobin, T.R. 1982. Chemo-orientation.Biol. Rev. 57:219–260.
Borroni, P.F., andAtema, J. 1988. Adaptation in chemoreceptor cells I. Self-adapting backgrounds determine threshold and cause parallel shift of dose-response function.J. Comp. Physiol. A. 164:67–74.
Borroni, P.F., andAtema, J. 1989. Adaptation in chemoreceptor cells II. The effects of cross-adapting backgrounds depend on spectral tuning.J. Comp. Physiol. A. 165:669–677.
Cheer, A.Y.L., andKoehl, M.A.R. 1987. Paddles and rakes: fluid flow through bristled appendages of small organisms.J. Theor. Biol. 129:17–39.
Christensen, T.A., andHildebrand, J.G. 1988. Frequency coding by central olfactory neurons in the sphinx moth,Manduca sexta.Chem. Senses 13:123–130.
David, C.T., Kennedy, J.S., Ludlow, A.R., Perry, J.N., andWall, C. 1982. A reappraisal of insect flight towards a distant, point source of wind borne odor.J. Chem. Ecol. 8:1207–1215.
Denny, M.W. 1988. Biology and the Mechanics of the Wave-Swept Environment. Princeton University Press, Princeton, New Jersey.
Devine, D.V., andAtema, J. 1982. Function of chemoreceptor organs in spatial orientation of the lobster,Homarus americanus: Differences and overlap.Biol. Bull. 163:144–153.
Elkinton, J.S., Cardé, R.T., andMason, C.J. 1984. Evaluation of time-average dispersion models for estimating pheromone concentration in a deciduous forest.J. Chem. Ecol. 10:1081–1108.
Ertman, S.C., andJumars, P.A. 1988. Effects of bivalve siphonal currents on the settlement of inert particles and larvae.J. Mar. Res. 46:797–813.
Fischer, H.B., List, E.J., Koh, R.C.Y., Imberger, J., andBrooks, J.H. 1979. Mixing in Inland and Coastal Waters. Academic Press, New York.
Galus, Z., Schenk, J.O., andAdams, R.N. 1982. Electrochemical behavior of very small electrodes in solution.J. Electroanal. Chem. 135:1–11.
Gerhardt, G.A., Oke, A.F., Nagy, G., Moghaddam, B., andAdams, R.N. 1984. Nafion-coated electrodes with high selectivity for CNS electrochemistry.Brain Res. 290:390–395.
Gerhardt, G.A., Rose, G.M., andHoffer, B.J. 1987. In vivo electrochemical demonstration of potassium-evoked monoamine release from rat cerebellum.Brain Res. 413:327–335.
Ghiradella, H., Case, J.F., andCronshaw, J. 1968. Structure of aesthetascs in selected marine and terrestrial decapods: Chemoreceptor morphology and environment.Am. Zool. 8:603–621.
Gleeson, R.A., Carr, W.E.S., andTrapido-Rosenthal, H.G. 1993. Morphological characteristics facilitating stimulus access and removal in the olfactory organ of the spiny lobster,Panulirus argus: Insight from design.Chem. Senses 18:67–75.
Gomez, G., Voigt, R., andAtema, J. 1992. Frequency coding in chemoreceptor cells.Chem Senses 17:631–632.
Johnsen, P.B., andTeeter, J.H. 1980. Spatial gradient detection of chemical cues by catfish.J. Comp. Physiol. A. 140:95–99.
Kaissling, K.E., Zack-Straussfeld, C., andRumbo, E. 1987. Adaptation processes in insect olfactory receptors: mechanisms and behavioral significance, pp. 104–112,in S. Roper and J. Atema (eds.). Olfaction and Taste IX. New York Academy of Science, New York.
Kennedy, J.S. 1986. Some current issues in orientation to odour sources, pp. 11–25in T.L. Payne, M.C. Birch, and C.E.J. Kennedy (eds.). Mechanisms in Insect Olfaction. Oxford University Press, New York, New York.
Labarbera, M., andVogel, S. 1976. An inexpensive thermistor flowmeter for aquatic biology.Limnol. Oceanogr. 21:750–756.
Laverack, M.S. 1988. The diversity of chemoreceptors, pp. 287–312,in J. Atema, A.N., Popper, R.R. Fay, and W.N. Tavolga (eds.). Sensory Biology of Aquatic Animals. Springer-Verlag, Berlin.
List, E.J. 1982. Turbulent jets and plumes.Annu. Rev. Fluid Mech. 14:189–212.
McLeese, D.W. 1973. Orientation of lobsters (Homarus americanus) to odor.J. Fish. Res. Board Can. 30:838–840.
Miksad, R.W., andKittredge, J. 1979. Pheromone aerial dispersion: A filament model.14th Conf. Agric. and For. Met. Am. Met. Soc. 1:238–243.
Monismith, S.G., Koseff, J.R., Thompson, J.K., O'Riordan, C.A., andNepf, H.M. 1990. A study of model bivalve siphonal currents.Limnol. Oceanogr. 35:680–696.
Moore, P.A., andAtema, J. 1988. A model of a temporal filter in chemoreception to extract directional information from a turbulent odor plume.Biol. Bull. 174:355–363.
Moore, P.A. andAtema, J. 1991. Spatial information in the three-dimensional fine structure of an aquatic odor plume.Biol. Bull. 181:408–418.
Moore, P.A., Gerhardt, G.A., andAtema, J. 1989. High resolution spatio-temporal analysis of aquatic chemical signals using microelectrochemical electrodes.Chem. Senses 14:829–840.
Moore, P.A., Atema, J., andGerhardt, G.A. 1991. Fluid dynamics and microscale odor movement in the chemosensory appendages of the lobster,Homarus americanus.Chem. Senses 16:663–674.
Moore, P.A., Zimmer-Faust, R.K., BeMent, S.L., Weissburg, M.J., Parrish, M.J., andGerhardt, G.A. 1992. Measurement of microscale patchiness in a turbulent aquatic odor plume using a semiconductor-based microprobe.Biol. Bull. 183:138–142.
Murlis, J., andJones, C.D. 1981. Fine-scale structure of odour plumes in relation to insect orientation to distant pheromone and other attractant sources.Physiol. Entomol. 6:71–86.
Murlis, J., Willis, M.A., andCardé, R.T. 1991. Odour signals: patterns in space and time, pp. 6–17,in K. Doving (eds.). Proceedings of the Tenth International Symposium on Olfaction and Taste, Graphic Communication System, Oslo.
Nowell, A.R.M., andJumars, P.A. 1984. Flow environments of aquatic benthos.Annu. Rev. Ecol. Syst. 15:303–328.
Nowell, A.R.M., andJumars, P.A. 1987. Flumes: Theoretical and experimental considerations for simulation of benthic environments.Oceanogr. Mar. Biol. Annu. Rev. 25:91–112.
Reeder, P.B., andAche, B.W. 1980. Chemotaxis in the Florida spiny lobster,Panulirus argus.Anim. Behav. 28:831–839.
Rubenstein, D.I., andKoehl, M.A.R. 1977. The mechanisms of filter feeding: Some theoretical considerations.Am. Nat. 111:981–994.
Scholz, N., andAtema, J. 1991. Effect of flow velocity on chemical signal dispersal and hermit crab orientation.Chem. Senses 16:577–578.
Tennekes, H., andLumley, J.L. 1972. A First Course in Turbulence, MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 300 pp.
Voigt, R., andAtema, J. 1990. Adaptation in chemoreceptor cells. III. Effects of cumulative adaptation.J. Comp. Physiol. A. 166:865–874.
Weissburg, M.J., andZimmer-Faust, R.K. 1993. Life and death in moving fluids: hydrodynamic effects on chemosensory-mediated predation.Ecology. 74:1428–1443.
Westerberg, H. 1991. Properties of aquatic odour trails, pp. 45–65,in K. Døving (eds). Proceedings of the Tenth International Symposium on Olfaction and Taste, Graphic Communication System, Oslo.
Wright, L.D. 1989. Benthic boundary layers of estuarine and coastal environments.Rev. Aquat. Sci. 1:75–95.
Zar, J.H. 1984. Biostatistical Analysis, 2nd ed. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
Zimmer-Faust, R.K. 1989. The relationship between chemoreception and foraging behavior in crustaceans.Limnol. Oceanogr. 34:967–974.
Zimmer-Faust, R.K., Stanfill, J.M., andCollard, S.B. III. 1988. A fast, multichannel fluorometer for investigating aquatic chemoreception and odor trails.Limnol. Oceanogr. 33:1586–1595.