Nematod Caenorhabditis Elegans'ın Oksijen Seviyesine Bağlı Hareket ve Sürü Oluşturma Davranışının Belirlenmesi

Yıl 2022, Cilt: 17 Sayı: 2, 45 - 48, 01.10.2022

Aşkın Kocabaş

https://doi.org/10.5152/VetSciPract.2022.221323

Öz

Nematod Caenorhabditis elegans (C. elegans) doğada sürü davranışı gösterebilen bir model organizmadır. C. elegans sürü oluşturma özellikleri, bulunduğu ortamdaki oksijen ve bakteri seviyesi ile direk ilişkilidir. Bu etkilerin karmaşık bir sonucu olarak C. elegans kendiliğinden organize olabilen kalabalık gruplar oluşturmaktadır. Bu grupların kolektif hareketleri canlının hız profilinin oksijen seviyesine bağlılığı tarafından kontrol edilmekte ve yoğunluğa göre farklı faz geçişleri göstermektedir. Bu grup oluşturma davranışlarını kontrol eden, gerçek hız profili tam olarak tespit edilememektedir. Bu çalışmada C. elegans’ın hareket hızının, bulunduğu ortamın oksijen seviyesine bağlılığı tespit edilmiştir. Bu çalışmanın ayırıcı özelliği, canlının hem kuyruk hem de kafa sinirleri aynı ortamı algılayacak şekilde, bir sıvı ortam ölçümü ile yapılmasıdır. Oksijen seviyeleri fiber optik oksijen sensörü ile belirlenmiş ve hareket hızı ile bağlantısı tespit edilmiştir. Tespit edilen deneysel hız profili, faz ayrımı prensibi kullanılarak sürü oluşturma davranışı matematiksel olarak modellenmiştir.

Anahtar Kelimeler

C. elegans, hareket, sürü

Investigation of oxygen-dependent motility and swarming behavior in nematode Nematode Caenorhabditis Elegans

Öz

Model organism Caenorhabditis elegans can perform swarming behavior in nature. This behavior is intricately linked to the presence of bacteria and oxygen levels in the environment. The complex interplay of all these factors drives the emergence of a self-organized swarming response. The collective motility of this behavior is particularly controlled by the oxygen-dependent velocity profile of the animals which triggers phase separation into dense and dilute clusters. However, the exact velocity profile leading to this transition has not been determined yet. In this study, we experimentally identified this missing information by using a liquid environment. The main difference in this measurement is to use liquid culture to be able to stimulate both head and tail neurons with the same oxygen level. We utilized fiber optic-based sensors to precisely measure oxygen levels that correlated with the animal’s velocity. Finally, based on these experimental results, we modeled swarming behavior using phase separation principles.

Anahtar Kelimeler

C. elegans, hareket, sürü

Kaynakça

• 1. Martínez AE, Gomez JP, Ponciano JM, Robinson SK. Functional traits, flocking propensity, and perceived predation risk in an Amazonian understory bird community. Am Nat. 2016;187(5):607-619.
• 2. Miller N, Gerlai R. From schooling to shoaling: patterns of collective motion in zebrafish (Danio rerio). PLOS ONE. 2012;7(11):e48865.
• 3. Guo XJ, Yu Q, Chen D, et al. 4-Vinylanisole is an aggregation pheromone in locusts. Nature. 2020;584(7822):584-588.
• 4. Matthews GA. New technology for desert locust control. Agron Basel. 2021;11(6).
• 5. Hollis JP. Induced swarming of a nematode as a means of isolation. Nature. 1958;182(4640):956-957.
• 6. Guisnet A, Maitra M, Pradhan S, Hendricks M. A three-dimensional habitat for C. elegans environmental enrichment. PLoS One. 2021;16(1):e0245139.
• 7. Coulson A, Sulston J, Brenner S, Karn J. Toward a physical map of the genome of the nematode Caeno rhabd itis- elega ns. Proc Natl Acad Sci U S A. 1986;83(20):7821-7825.
• 8. White JG, Southgate E, Thomson JN, Brenner S. The structure of the nervous-system of the nematode Caeno rhabd itis- elega ns. Philos T R Soc B Biol Sci. 1986;314(1165):1-340.
• 9. Kocabas A, Shen CH, Guo ZV, Ramanathan S. Controlling interneuron activity in Caenorhabditis elegans to evoke chemotactic behaviour. Nature. 2012;490(7419):273-277.
• 10. Demir E, Yaman YI, Basaran M, Kocabas A. Dynamics of pattern formation and emergence of swarming in Caenorhabditis elegans. eLife. 2020;9.
• 11. de Bono M, Bargmann CI. Natural variation in a neuropeptide Y receptor homolog modifies social behavior and food response in C-elegans. Cell. 1998;94(5):679-689.
• 12. de Bono M, Tobin DM, Davis MW, Avery L, Bargmann CI. Social feeding in Caenorhabditis elegans is induced by neurons that detect aversive stimuli. Nature. 2002;419(6910):899-903.
• 13. Rogers C, Persson A, Cheung B, de Bono M. Behavioral motifs and neural pathways coordinating O2 responses and aggregation in C. elegans. Curr Biol. 2006;16(7):649-659.
• 14. Solon AP, Stenhammar J, Cates ME, Kafri Y, Tailleur J. Generalized thermodynamics of motility-induced phase separation: phase equilibria, Laplace pressure, and change of ensembles. New J Phys. 2018;20(7).
• 15. Cates ME, Tailleur J, Phase M-I. Separation. Annu Rev Conden Ma. 2015;P 6:219-244.
• 16. Gonnella G, Marenduzzo D, Suma A, Tiribocchi A. Motility-induced phase separation and coarsening in active matter. C R Phys. 2015;16(3):316-331.
• 17. Li YI, Cates ME. Hierarchical microphase separation in non-conserved active mixtures. Eur Phys J E Soft Matter. 2021;44(9):119.
• 18. Fausti G, Tjhung E, Cates ME, Nardini C. Capillary interfacial tension in active phase separation. Phys Rev Lett. 2021;127(6):068001.
• 19. Gray JM, Karow DS, Lu H, et al. Oxygen sensation and social feeding mediated by a C-elegans guanylate cyclase homologue. Nature. 2004;430(6997):317-322.
• 20. Yang XB, Manning ML, Marchetti MC. Aggregation and segregation of confined active particles. Soft Matter. 2014;10(34):6477-6484.