Efectos de la altura en ritmo circadiano de actividad locomotora de adultos en los Himalayas cepas de Drosophila Helvetica

La latitud y la altitud de origen se sabe que modificar las propiedades fundamentales de los marcapasos el control de los ritmos circadianos de la eclosión, oviposición de adultos y actividad locomotora de reloj natural fenotipos de Drosophila [1]. Por ejemplo, latitud de origen drásticamente alterado los parámetros fundamentales de la eclosión del ritmo del japonés cepas de D. auraria [2, 3], el Consejo Europeo de las cepas de D. littoralis [4 - 6], y D. subobscura [7]. La variabilidad en las propiedades de la eclosión de adultos y actividad locomotora de ritmos D. ananassae capturado cepas de Sri Lanka y la India se explica por las condiciones ambientales que prevalecen en la latitud de origen [8, 9]. Molecular polimorfismo en el gen período latitudinal de las cepas de D. melanogaster, D. littoralis y D. simulans capturados en Europa, África y Australia se atribuye a la selección natural [1, 10 - 13]. La variación en los patrones de actividad locomotora de adultos de once especies de Drosophila procedentes de todo Estados Unidos se atribuyeron a la latitud de origen y la naturaleza física del criadero [14].

Estudios sobre la variación altitudinal en la fisiología circadiana de Drosophila son bastante pocos en comparación con las relativas a la variación latitudinal. Por ejemplo, la variación altitudinal en respuesta a photoperiodic diapausa y el número de generaciones por año fueron estudiados en las cepas de cuatro especies de Drosophila Japón [15]. Componentes genéticos para la diferencias de altitud en la oviposición ritmo fueron analizadas mediante la realización de cruces dentro y entre las poblaciones de D. buzzatii que procedían de diferentes altitudes en Argentina [16]. Altitud de origen también modificó el marcapasos propiedades y el control de la eclosión de oviposición ritmos D. ananassae cepas [17 - 21]. El presente experimentos fueron diseñados para determinar si procede o no la altitud de origen afectados los parámetros de arrastre y de libre funcionamiento ritmo de actividad locomotora de adultos de D. Helvetica cepas procedentes de diferentes altitudes en el Himalaya.

Laboratorio de las poblaciones de gran altitud del Himalaya (HAH) cepa de D. Helvetica (Burla, 1948) procedentes de Hemkund Sahib-(4121 m sobre el nivel del mar, 30,81 ° N, 79,81 ° E) y la baja altura del Himalaya (LAH) cepa originaria de Birahi (1132 m snm, 30,62 ° N, 79,65 ° E ) Se obtuvieron entre el 21 y 15 silvestres capturados en las hembras grávidas en el campo, respectivamente, en abril de 2005. Por lo tanto, eran representantes genética de las poblaciones de sus lugares de cría en la naturaleza. Las moscas se mantuvo en nivel medio de harina de maíz a 20 ° C (± 0,5 ° C) y ~ 60% de humedad relativa en virtud de los ciclos de 12 h de luz blanca a 100 lux y 12 h de completa oscuridad (LD 12:12). Los machos de estas cepas fueron utilizados para el ensayo de adultos actividad locomotora en el campo y de laboratorio. El ritmo de actividad de cada uno de los moscas fue seguido por el método computarizado se describen en detalle en otra parte [8]. El método en breve es la siguiente: la actividad de una persona de sexo masculino fue supervisado por colocar la mosca en un tubo de vidrio (longitud x diámetro exterior: 100 × 7 mm). Un extremo del tubo se inserta en un recipiente que tenga 10 g de medio de cultivo y el otro extremo estaba conectado con el algodón. El tubo fue colocado en el camino de un haz infrarrojo. El medio de cultivo se repone una vez por semana. Interrupción del haz infrarrojo de volar desencadenó un movimiento de todo o ninguna señal electrónica que se amplificó, contados, acumulado y, a continuación, registrada cada 6 minutos en el disco duro de un ordenador.

El inicio de actividad se considera como la fase de punto de referencia el ritmo porque se trataba de una más precisa y previsible fase de punto que el punto medio o al final de la actividad. La fase de inicio de actividad (Ψ _o) se define como el momento de la salida del sol en el campo o en las luces-de LD 12:12 ciclos en el laboratorio hasta el momento de inicio de actividad, tal como figura de un ojo-equipado línea a 11 sucesivas onsets actividad. La fase de terminación de la actividad (Ψ _e) se define como el momento de la puesta del sol en el campo o las luces de fuera de LD 12:12 ciclos en el laboratorio hasta el momento de la final de la actividad, tal como figura de un ojo-equipado línea a 11 sucesivas compensaciones actividad. El intervalo (Ψ _ME) entre el pico por la mañana y noche durante pico de arrastre se mide por los ojos-instalado líneas de compensaciones a los picos de mañana y de tarde onsets picos durante 11 días. Actividad fase (α) fue considerado como el intervalo promedio entre dos ojo-instalado 11 líneas que unen la actividad onsets y 11 se deduce de la actividad. El resto fase (ρ) se calculará restando α de 24 h durante el arrastre o de la época de libre funcionamiento ritmo (τ) en constante oscuridad (DD). τ se determinó de ajuste mínimos cuadrados línea de regresión a 11 sucesivas onsets actividad durante el estado libre de carreras. Actividad total por ciclo (TAPC) en cada cepa se determinó tomando el número promedio de actividad pasa de los datos agrupados de 21 moscas durante 11 días durante el arrastre o de libre funcionamiento del Estado. Cuando arrastrado por naturales LD 14.1:9.9 ciclos en el campo o artificial LD 12:12 ciclos en el laboratorio, los picos de actividad de cada cepa se limita a determinados momentos de la photophase. Por lo tanto, es posible dividir la photophase natural de 14,1 h o la photophase artificial de 12 h por igual en tres sectores: por la mañana, mediodía y noche. Una mosca se considera que tienen la mañana, mediodía y / o por la noche pico de actividad si la actividad pasa por el dado parte de la photophase fueron> 30% de la TAPC.

Parámetros de arrastre y de libre funcionamiento ritmo se analizaron a 21 hombres (edad: 3 días después de la eclosión) de cada cepa en dos series de experimentos. La primera serie de experimentos se realizó simultáneamente en el sitio de cría de cada cepa en el campo para estudiar las modalidades de arrastre natural de estas cepas en LD ciclos de menos de dos regímenes de temperatura, naturalmente, la fluctuación de temperatura (NFT) y a temperatura constante (CT), de 20 ± 0,5 ° C. Inicialmente, cinco botellas de la cultura (10 adultos de cada sexo por botella) y 21 unidades de supervisión de actividades fueron alojados en cada una de las dos idénticos recintos de vidrio (2 × 2 × 2 m), que fueron expuestos de manera uniforme a la luz directa del sol en el sitio de cría de cada cepa . Cruz de ventilación en cada caja de cristal-se consiguió por dos aberturas de selección (15 × 15 cm). Mantenimiento (es decir, la transferencia de las moscas a las botellas que contienen un medio de cultivo fresco, cambiando el medio de cultivo en los contenedores de unidades de actividad de grabación, etc) se llevó a cabo por la manipulación a través de dos mangas adjunta a la ronda de aberturas (21 cm de diámetro) en cada caja de vidrio . Las moscas fueron criadas para una generación y, a continuación, arrastre fue estudiada en adultos de la próxima generación al mismo régimen de temperatura en que fueron criados. Moscas en la primera caja de vidrio se ven expuestos a las NFT régimen. Moscas en la segunda caja de vidrio se ven expuestos a la CT a 20 ± 0,5 ° C por tanto la conexión de las aberturas del local para una división de aire acondicionado máquina cuyo termostato se mantuvo a 20 ° C. Humedad relativa en los cuatro recintos de vidrio fue de 60 ± 10%, como lugares de cría estaban rodeados de vegetación húmeda. Los datos sobre la actividad locomotora de adultos de ambas cepas se obtuvieron en julio de 2005, cuando el fotoperíodo fue natural ~ 14 h. Temperatura, humedad relativa y la intensidad de la luz se registraron continuamente.

Una segunda serie de experimentos examinado el arrastre y el libre funcionamiento de los parámetros de ritmo a 20 ± 0,5 ° C y ~ 60% de humedad relativa en el laboratorio. Arrastre se estudió en LD 12:12 ciclos (100 lux durante L y completa oscuridad durante D) durante 11 días y, a continuación, las moscas fueron trasladados a DD para determinar τ. Efectos de la altitud y temperatura en Ψ _{o, e} Ψ, Ψ _ME, α / ρ ratio, TAPC y τ de ambas cepas se compararon por t-pruebas.

La Figura 1 ilustra los registros de actividad de varones representante de cada cepa en actogram formato y la media de arrastre patrón de 21 hombres de cada cepa durante 11 días en formato histograma. Los valores medios de arrastre de cinco parámetros de estas cepas se dan en la Tabla 1. Aunque ambos fueron arrastrado por LD ciclos naturales en las NFT y CT regímenes, la altitud de origen alterado la uni / bimodalidad de la actividad patrón (Figura 1] y los otros cuatro parámetros de arrastre de la cepa HAH (Tabla 1]. La cepa ha HAH actividad patrón unimodal con un solo pico de retraso que se inició en el forenoon y continuó hasta la noche, mientras que la cepa ha Lah actividad patrón bimodal con picos temprano por la mañana que fue separado del pico de la tarde de un período de inactividad de ~ 4 h (Figura 1A-H]. Figura 2 se presenta los perfiles de la luz natural de intensidad y temperatura ambiental obtenidos en el criadero de cada cepa en el NFT régimen. Aunque la intensidad de la luz perfiles en los dos sitios de reproducción eran casi similares, los perfiles de temperatura fueron sorprendentemente diferentes, como la temperatura varía de 7 a ~ 21 ° C en la gran altitud (Figura 2A], pero de 20 a ~ 33 ° C en los bajos altura (Figura 2B]. Figura 3 da casi similar para los perfiles de intensidad de luz natural obtenido en los lugares de reproducción de estas cepas en el marco del régimen de CT a 20 ± 0,5 ° C. La temperatura ambiente no afecta a la Ψ _o bien de cepa y Ψ _e Lah de la cepa, sino que afecta a la Ψ _e HAH de la cepa, ya que fue aplazada por ~ 2 h en el régimen de CT (Figuras 2 y 3, Tabla 1]. La temperatura ambiente también afecta a la Ψ _ME Lah de la cepa ya que se redujo en un 3 ~ h en el régimen de CT como comparar a que en el régimen de NFT (Figura 1E-H, Tabla 1]. La reducción en Ψ _ME fue causado por la adición de actividad al final de la mañana y pico al comienzo de la tarde pico (Figura 1G, H].

Ambas cepas de D. Helvetica también arrastrado por ciclos LD 12:12 a 20 ± 0,5 ° C en el laboratorio. La figura 4 muestra la doble traza los registros de actividad el representante masculino de cada cepa y Figura 5 ilustra la media de arrastre patrón de 21 hombres de cada cepa para 11 días. Los valores de Ψ _o, Ψ _e, α / ρ y la proporción TAPC de ambas cepas se resumen en la Tabla 2. Arrastre los parámetros de ambas cepas siguió la misma tendencia que exhibió durante el arrastre a los ciclos naturales de LD sobre el terreno. Altitud de origen significativamente afectados _o Ψ, Ψ _e, α / ρ y TAPC (p <0,01) de estas cepas en LD 12:12 ciclos. Las transferencias de LD 12:12 a ciclos de DD fueron siempre seguidos por ciclos de 2-3 transitorio antes de alcanzar el estado de equilibrio de libre funcionamiento ritmos se establecieron en cada cepa (Figura 4]. Aunque ambas cepas exhibió libre funcionamiento ritmicidad con un patrón de actividad unimodal, los valores de τ y TAPC diferían significativamente (p <0.01) (Tabla 2]. El patrón de actividad unimodal de la HAH tensión se mantuvo durante los ciclos de transitorios y la posterior de estado libre se ejecuta en DD. Sin embargo, el patrón de actividad bimodal fue abolida en todos los hombres de la cepa Lah inmediatamente después de las 12:12 a LD DD transferencia, como el pico de la tarde desapareció. El pico de la mañana se mantuvo durante transitorios y en los ciclos posteriores de estado libre se ejecuta.

Altitud de origen retraso en la fase de inicio de actividad de la cepa de HAH D. Helvetica de ~ 6 h si se compara con la de la cepa Lah en todos los ciclos LD entraining en el campo y de laboratorio. El incumplimiento de la HAH vuela a iniciar su actividad antes del amanecer en el campo como el Lah moscas (Figura 1] puede deberse al efecto de ocultación [22] de 'no admisible' baja temperatura (~ 9 ° C) en el campo al amanecer (Figura 2A]. Esta posibilidad debe descartarse porque la 'admisible' la temperatura a 20 ° C al amanecer, como el impuesto en régimen de CT, no para hacer avanzar el Ψ _o de esta cepa (Figura 3A]. Parece ser que las luces-sobre la transición de ciclos de LD es la fase de determinación de photic señal para el HAH vuela a iniciar la actividad, ya que también se inició la actividad ~ 4,5 h después de luces-a de LD 12:12 ciclos (100 lux durante L) (Figura 4A]. Incluso el incremento en la intensidad de la luz de la photophase de 100 a 500 lux o el incremento en la duración de la photophase de 12 a 14 h no para hacer avanzar el Ψ _o de esta cepa (en preparación). El Lah moscas, sin embargo, inició la actividad ~ 1 h antes de las luces-en todos los entraining de luz-oscuridad ciclos. Por lo tanto, estos resultados demuestran que la altitud de origen alterado el Ψ _o de la cepa HAH. Por otra parte, las luces-sobre la transición parece ser la señal de photic LD calendario para los ciclos de la fase de inicio de actividad en ambas cepas. Tres puntos de referencia de photophase - a saber, las luces-a, luces de despegue y el punto medio - son útiles para determinar el inicio de actividad en diversos insectos [23].

El patrón de actividad y la fase de inicio de actividad durante el arrastre parecen tener relevancia adaptativa en Drosophila [8]. El patrón de actividad unimodal, con un retraso en fase de inicio de actividad en la cepa de HAH D. Helvetica puede ser el resultado de la selección natural para evitar la baja temperatura por la mañana a la gran altura de su origen. De altura del Himalaya cepas (1321 a 2346 m snm), de D. ananassae También se caracteriza por un patrón de actividad unimodal con un pico de retraso en la actividad se produzca a finales de la mañana [8]. Baja la temperatura y la disminución de la presión barométrica a gran altura, según se informa, reducir la velocidad con que camina y vuelo a D. melanogaster [24]. La cepa de Lah D. Helvetica, sin embargo, mostró un patrón bimodal actividad en la que el pico temprano en la mañana se separó de la tarde pico de un período de ~ 4 h de inactividad en el mediodía que debe considerarse como el resultado de la selección natural a fin de que estas moscas se aprovecharía de la parte relativamente más frescas del día en horas de la mañana para la búsqueda de alimento, apareamiento, etc, sino que evitar la desecación de la exposición a temperaturas relativamente altas al mediodía en su sitio de cría en el campo. Cuarenta y dos cepas de baja altitud de D. ananassae originarios de la costa occidental de India (0 m, snm) había patrones de actividad bimodal con picos temprano por la mañana [8]. Las hembras de Drosophila una avispa parásita, Leptopilina heterostoma, de las regiones meridionales con bimodalidad había mañana y por la noche picos de actividad, mientras que el norte de las cepas se activa principalmente durante la tarde [25].

Altitud de origen también modificó la fase de terminación de la actividad de la cepa de HAH D. Helvetica como es lábil y que dependen de la temperatura que a diferencia de la cepa Lah. El HAH moscas cesado la actividad alrededor de una hora antes de la puesta de sol en el NFT régimen cuando la temperatura ambiental fue ~ 14 ° C (Figura 2A]. Cese anticipado de la actividad de la cepa HAH en el campo podría ser el resultado negativo de ocultación por el cual la temperatura cae rápidamente en el aire enrarecido por la elevada altitud de su criadero. Cuando esta cepa fue sometido a la temperatura permisible a 20 ° C como en el régimen de CT en el campo, su actividad se extendió por ~ 2 h en comparación con los que en el régimen NFT. Del mismo modo, su actividad cesó ~ 1 h después de luces de despegue cuando arrastrado por LD 12:12 ciclos (100 lux durante L) (Figura 4A] o de ciclos en LD que la photophase (500 lux durante L) varía de 10 a 14 h por 24 h a 20 ° C (en preparación). Estos resultados sugieren que el cese de la actividad de la cepa fue HAH lábil y que dependen de la temperatura. Por el contrario, la cepa Lah terminada la actividad ~ 0,4 h después de la puesta del sol durante el arrastre a todos los naturales y artificiales LD ciclos, como se mencionó anteriormente, lo que sugiere que su Ψ _e fue rígido.

Con el fin de confirmar que la demora en Ψ _o HAH de la cepa o el avanzado Ψ _o de la cepa de Lah D. Helvetica no son simplemente consecuencia de una respuesta exógenos a los semáforos de luces o en el despegue de las transiciones luz-oscuridad ciclos, las moscas arrastrado por LD 12:12 ciclos fueron transferidos a DD determinar el período de funcionamiento libre de ritmo, que es el más confiable de la propiedad de los marcapasos circadiano. La altitud de origen de hecho afectados τ HAH de la cepa como lo fue alrededor de 4,5 h más larga que la de la cepa Lah (Cuadro 2]. En general, un avanzado Ψ _o se correlaciona con τ corto y el retraso _o con Ψ τ largo, tal como se predijo a partir del modelo formulado para explicar la relación entre la eclosión ritmo parámetros de D. pseudoobscura [26]. Los resultados de D. Helvetica cepas de acuerdo con este modelo, y la diferencia de Ψ _o de las cepas podrían quedar claro al considerar las diferentes τ s de estas cepas. La cepa HAH con una larga y τ Lah tensión a corto τ se espera que la fase lag y la fase anticipada, respectivamente, cuando arrastrado por LD 12:12 ciclos. Eso es exactamente lo que observó. Altitud de origen también afectó a la τ de oviposición y eclosión de ritmos D. ananassae cepas [17, 19]. Latitud de origen y τ influido en el ritmo de eclosión de D. littoralis [5], D. subobscura [7] y D. ananassae [9, 20, 21].

Este parece ser el primer informe analizando los efectos de la elevada altitud de origen en la circadiano de actividad locomotora D. Helvetica. Parámetros de arrastre y de libre funcionamiento ritmo de la cepa de HAH D. Helvetica son únicos entre las especies conocidas Drosophila. Su retraso, pero rígido fase de inicio de actividad que se refiere a las luces-sobre la transición de entraining photophase y los primeros, pero lábil fase de terminación de la actividad que podría ser pospuesta por altas temperaturas deben considerarse como adaptaciones de comportamiento en respuesta a la baja temperatura ambiental y otros condiciones que prevalecen en la gran altura de su sitio de cría que han influido profundamente en la evolución del marcapasos para controlar su ritmo de actividad locomotora.

α, la actividad fase; α / ρ, ratio de actividad fase a fase de descanso; CT, temperatura constante; τ, período de libre funcionamiento ritmo bajo condiciones constantes; NFT, naturalmente, la fluctuación de temperatura; Ψ _o, fase de inicio de actividad; _e Ψ, fase final de la actividad; Ψ _ME, intervalo entre mañana y por la noche picos; ρ, la etapa de descanso; TAPC, el total de la actividad pasa por ciclo

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

KVL los experimentos realizados con la ayuda de CV y diputados, y los tres preparó el proyecto inicial del manuscrito. OSE fabricado y mantenido la Drosophila unidades de actividad, relacionadas con el hardware y software. MSK y AJS analizaron estadísticamente los datos. RJB y DSJ concebido y supervisado los experimentos. Todos los autores aprobó la versión final del manuscrito.