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Title: Searching without information:a quantitative analysis of Caenorhabditis elegans locomotion
Authors: Salvador, Liliana M.
Advisor: Levin, Simon A., 1941-
Dionísio, Francisco, 1971-
Keywords: Caenorhabditis elegans
Análise do movimento
Locomoção animal
Ecologia animal
Teses de doutoramento - 2012
Issue Date: 2012
Abstract: Animal movement accounts for an important and highly complex process that affects many ecological systems at different temporal and spatial scales. When sources of food are not accessible in the surroundings, animals move through the environment to increase their chances of locating them and by adjusting the balance between local and non-local searches. Despite of being such an important ecological process, the behavioral mechanisms of search are still not well understood. The focus of this thesis is to disentangle the behavioral mechanisms responsible for individual locomotion of Caenorhabditis elegans, while searching in a bare, homogeneous experimental setting. Considering the nature of behavioral intermittency, we use sound statistical tests and methods to characterize the spatiotemporal search patterns. Our results show that, in the absence of environmental factors, C. elegans search behavior is influenced both by past experiences (informed behavior) and by a stochastic basal (non-informed) motor output. Informed movement, which is related with previous experiences and current memory state, originates at the beginning of the experiment, a local search behavior distinguished by an intensive exploration with high number of reorientations and short crawls. The non-informed motor output is characterized by a constant temporal and spatial pattern (over the whole experiment) of reorientations and long crawls. This behavior could be thought as of a locomotion template for the organism since it is neither controlled by external cues nor by specific internal state metabolisms. The existence of these two search modes suggest that the generated movement patterns are influenced by an interplay between internal and external motor outputs that is dependent on the information gathered from the environment. These findings contribute greatly for our understanding of the behavioral mechanisms responsible for the generation of complex movement patterns.
Movimento animal é um processo muito importante e altamente complexo que afecta vários sistemas ecológicos a diferentes escalas temporais e espaciais . Quando a fonte de alimento não está acessível, os animais exploram o ambiente tentando aumentar as suas chances de a localizar, e tendo que balancear, da melhor forma, a execução entre uma busca local e uma busca não-local do ambiente. Apesar do processo de busca ser um processo ecológico muito importante, ainda muito pouco se sabe sobre os seus mecanismos biológicos. O objectivo desta tese é desvendar os mecanismos biológicos responsáveis pela locomoção do nemátodo C. elegans enquanto se move num ambiente experimental homogéneo sem fonte de alimento. Considerando a natureza do comportamento intermitente, usámos testes e métodos estatísticos para caracterizar os padrões de busca espacio-temporais. Os nossos resultados mostram que, na ausência de factores ambientais, o comportamento de busca do C. elegans é influenciado por experiências passadas (comportamento com informação) e por um comportamento motor basal estocástico (comportamento sem informação). O comportamento com informação, que está relacionado com experiências passadas e com o presente estado de memória do animal, origina no início da experiência, um padrão de busca local caracterizado por uma exploração intensiva com grande número de reorientações e com movimentos contínuos curtos. O comportamento sem informação é caracterizado por um padrão temporal e espacial constante (durante toda a experiência) de reorientações e de movimentos contínuos largos. Este comportamento pode ser visto como um modo de locomoção base para o organismo uma vez que não é controlado nem por informação externa nem por um estado interno metabólico específico. A existência destes dois modos de busca sugere que os padrões de movimento gerados são influenciados pela interação entre os movimentos motores internos e externos, que é dependente da informação ambiental adquirida. Estes resultados contribuem para uma melhor compreensão dos mecanismos comportamentais responsáveis pela geração de padrões de movimento complexos.
Description: Tese de doutoramento, Biologia (Ecologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2012
URI: http://hdl.handle.net/10451/7379
http://catalogo.ul.pt/F/?func=item-global&doc_library=ULB01&type=03&doc_number=000659622
Appears in Collections:FC - Teses de Doutoramento

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