Introduction

Meskipun lateralisasi otak dipelajari secara luas pada vertebrata, hanya sedikit penelitian yang dilakukan pada serangga. Dalam penelitian ini, kami menyelidiki perilaku kecoa Amerika, Periplaneta americana, untuk menentukan apakah lateralisasi tersebut terbukti dalam proses pengambilan keputusan mereka. Antena serangga merupakan organ yang sangat kompleks dan sensitif (Kuwana et al. 1995). Antena kecoa Amerika, Periplaneta americana (Linnaeus) (Blattodea: Blattidae), telah dipelajari fungsinya sebagai reseptor mekanik dan kimia (Morita 1959; Morita dan Yamashita 1959). Permukaan antenanya ditutupi dengan setae kecil yang merupakan mekano- dan kemoreseptor yang memberikan informasi kepada kecoa mengenai lingkungan. Jaringan besar serabut saraf dari organ proprioseptif dan eksteroseptif antena meluas melalui antena ke otak (Schaller 1978; Seelinger dan Tobin 1981). Secara umum, kecoak Periplaneta americana menunjukkan ketertarikan terhadap bangunan dan tempat tinggal manusia serta hidup di tempat yang mudah menyediakan air, makanan, tempat berteduh, dan kehangatan.

Mereka melakukan sebagian besar aktivitasnya pada malam hari. Mereka juga bersifat kursorial, yang berarti mereka beradaptasi untuk berlari dengan kecepatan gerak 750–1.400 mm per detik pada suhu 25°C. Antena panjang pada banyak serangga tampaknya telah berevolusi untuk meningkatkan jumlah reseptor kimia untuk meningkatkan sensitivitas (Schneider 1964). Dominasi sisi kiri dan kanan belum banyak dipelajari pada invertebrata seperti serangga. Hal ini terlihat pada vertebrata, misalnya kutilang Bengal, terdapat preferensi sisi yang berbeda dalam merespons panggilan nyanyian (Okanoya dkk. 2001). Dipercaya bahwa sebagian besar invertebrata, burung, dan mamalia tingkat rendah menunjukkan lateralisasi karena sifat homolog yang dimiliki oleh nenek moyang yang sama (Vallortigara dkk. 1999). Namun, ada penelitian yang menunjukkan bahwa lebah memiliki preferensi sampingan dalam kunjungan atau pendekatan bunga, sementara lebah madu memiliki lateralisasi untuk kemudahan belajar dan mengingat ingatan. Selain itu, pengujian pada lalat buah menunjukkan bahwa otak asimetris diperlukan untuk menghasilkan memori jangka panjang (Pascual et al. 2004; Duistermars et al. 2009 Otak P. americana memiliki struktur simetris. Dalam penelitian ini kami fokus pada P. americana untuk menentukan apakah perilaku mereka dapat menunjukkan tingkat lateralisasi yang ditunjukkan pada serangga lain.

Methods

Insect

Pengujian dilakukan dengan menggunakan kecoa Amerika yang umum, P. americana. Serangga ini dipelihara dan dipelihara di laboratorium kami dalam wadah plastik yang dilengkapi dengan makanan (Makanan anjing, Puppy Chow, Inc.) dan air ad libitum. Semua serangga yang digunakan dalam percobaan ini adalah serangga dewasa dan perhatian khusus diberikan untuk memastikan jumlah yang sama antara jantan dan betina yang diuji. Tiga puluh delapan kecoak diuji untuk masing-masing dari lima kondisi: antena utuh, separuh antena kiri terpotong, antena kiri utuh terpotong, separuh antena kanan terpotong, dan antena kanan terpotong seluruhnya. Amputasi setengah antena dilakukan untuk mengamati apakah ada efek antara pada reaksi serangga. Amputasi antena penuh dilakukan untuk menentukan apakah kedua antena digunakan secara merata saat berjalan dalam kondisi jarak pandang rendah. Jika amputasi antena penuh pada salah satu antena menghasilkan persentase keputusan tabung ipsilateral yang sama, maka kedua antena akan memiliki bias yang sama.

Bahan Kimia

Dua bahan kimia dengan bau berbeda, ekstrak vanila (McCormick, Inc.) dan etanol digunakan dalam percobaan. Sebuah bola kapas direndam hingga jenuh di setiap bahan kimia yang akan diuji dan ditempatkan di ujung masing-masing lengan tabung-y. Ekstrak vanila murni dipilih karena daya tariknya yang nyata (Balderrama 1980). Karena serangga ini lebih suka bergaul dengan tempat sampah yang mengandung makanan busuk, etanol (Sygma-Aldrich, 99,5% murni) digunakan sebagai bahan kimia kedua karena merupakan produk sampingan dari buah-buahan yang membusuk. Semua pengujian dilakukan dengan kedua aroma ditempatkan di salah satu ujung tabung-y. Lokasi setiap aroma diacak sementara tindakan pencegahan khusus dilakukan untuk memastikan bahwa setiap aroma ditempatkan pada kedua tabung dengan jumlah jejak yang sama.

Y-tube Design

P. americana diketahui menghasilkan lapisan lilin pada kutikula (Beament 1955; Cooper et al. 2009). Lilin ini, di antara banyak kegunaan lainnya, memiliki kemampuan untuk menghasilkan jejak aroma feromon (Boeckh et al. 1963) yang dapat dideteksi oleh individu spesifik lainnya (Jeanson dan Deneubourg 2006). Pengiriman ini dapat mempengaruhi proses pengambilan keputusan mereka. P. americana jantan memiliki jumlah reseptor penciuman yang lebih tinggi (Bell 1982) yang membuatnya lebih sensitif terhadap feromon tersebut. Untuk alasan yang disebutkan di atas, tabung y dengan bagian bawah yang dapat diganti dibuat untuk mencegah pengaruh kimia dari P. americana yang diuji sebelumnya. Saluran tabung-y mempunyai penampang persegi 100×100 mm yang terbuat dari kaca Plexiglas setebal 5 mm. Tabung-y tanpa dasar ditempatkan pada permukaan datar yang dilapisi kertas daging (Office Depot®). Makalahnya diganti pada akhir setiap tes. Selain itu, dinding bagian dalam saluran dilapisi dengan Vaseline® untuk mencegah serangga berjalan di dinding.

Choice Selection

Semua pengujian dilakukan di ruangan gelap dengan lampu mati, kecuali lampu baca lembut yang ditempatkan pada jarak yang sama dari saluran keluar dan saluran masuk. Untuk menguji preferensi pilihan, masing-masing P. americana diuji secara individual. Tiga puluh delapan kecoak digunakan untuk menguji setiap kondisi. Setiap serangga diizinkan menyelesaikan tabung-y hanya satu kali untuk mencegah pembiasaan. Dalam banyak kasus, kecoak gagal keluar dari ruang masuk atau membuat pilihan ketika berada di dalam tabung-y. Kecoak dikembalikan ke kotak koloni jika tidak masuk ke kandang keluar setelah 10 menit. Dalam kebanyakan kasus, serangga memasuki kandang keluar dalam waktu 3 menit. Kadang-kadang ketika serangga uji gagal memilih salah satu lengan tabung y setelah 5 menit, serangga tersebut dikeluarkan dan dikembalikan ke kotak koloni. Untuk membatasi pengulangan kegagalan lari, setiap serangga dibatasi untuk mencoba tabung tidak lebih dari dua kali sehari dan tidak lebih dari 4 kali seminggu sampai seleksi berhasil dilakukan.

Setelah proses yang sukses selesai, kecoa ditempatkan dalam wadah terpisah dan tidak digunakan kembali dalam pengujian lebih lanjut. Kecoak yang diuji pada satu kondisi tidak digunakan kembali pada kondisi lain untuk menghindari efek pembiasaan yang mungkin terjadi pada percobaan pertama. Mula-mula lubang pada pintu masuk sangkar ditutup dengan sumbat karet. Seekor individu P. americana ditempatkan di kandang masuk dan sumbat karet ditempatkan hanya untuk transportasi. Serangga yang terkejut disimpan di dalam kandang selama 5 menit. Waktu tersebut cukup bagi kecoak untuk melanjutkan ritme istirahat atau berjalan lambat yang menunjukkan bahwa kecoak sudah terbiasa berada di dalam kandang sebelum dilepaskan ke dalam tabung-y. Sumbat karet dilepas dan sangkar dimasukkan ke dalam saluran berujung tunggal. Sebuah kipas dari komputer bekas yang menarik udara dipasang pada sangkar pintu masuk yang mengekstraksi udara dari tabung-y, memaksa udara melewati bahan kimia dan masuk ke dalam tabung-y dengan kecepatan 5CFM.

Perhatian khusus diberikan untuk membuat lubang pada kandang dengan ukuran yang sama untuk memastikan aliran udara yang seragam melalui kedua saluran. Setelah serangga memasuki kandang keluar, kandang yang dipasangkan dan tempat aroma dikeluarkan. Sumbat karet dipasang pada lubang kandang keluar untuk mencegah serangga keluar saat kembali ke ruang pemeliharaan. Sebelum setiap pengujian ketiga, tabung-y diputar 180° untuk mengontrol variabel apa pun dari ruangan seperti perbedaan aliran udara, perbedaan pencahayaan, dan dampak lingkungan lainnya.

Batas Akhir

Penutup ujung khusus dirancang untuk memungkinkan penanganan P. americana dan memungkinkan aliran udara ke dalam tabung-y. Ujung tabung-y dilengkapi dengan adaptor untuk sangkar masuk. Sangkarnya berbentuk silinder dari polistiren dengan lubang terbuka berdiameter 25 mm pada bagian sampingnya yang dimasukkan ke dalam tabung-y. Lubang tersebut memungkinkan serangga yang masuk keluar dari kandang menuju tabung-y. Setelah serangga melewati lubang ini ke dalam tabung, waktu percobaan dimulai. Kedua ujung pilihan tabung-y dilengkapi dengan peralatan serupa untuk memudahkan pelepasan sangkar dan tempat aroma. Silinder dengan jenis yang sama seperti yang dijelaskan sebelumnya digunakan sebagai kandang keluar dan penahan aroma. Silinder pertama dari ujung tabung y adalah sangkar perangkap. Kecoak masuk ke dalam silinder melalui lubang bundar (25 mm) di tengah silinder. Begitu serangga memasuki kandang perangkap ini, waktu percobaan berakhir. Silinder kedua berisi bahan kimia pewangi. Lubang bundar dengan jaring kawat memungkinkan aroma masuk ke kandang keluar dan tabung-y, tetapi mencegah serangga bersentuhan langsung dengan bahan kimia.

Pengujian Amputasi Antena

Dua bentuk amputasi antena dilakukan pada individu yang dianestesi CO2—memotong bagian distal dan antennektomi lengkap. Anestesi serangga pada saat amputasi umumnya dilakukan untuk mengurangi trauma dan memudahkan penanganan (Eisemann et al. 1984). Kerusakan serupa terjadi secara alami pada kecoak yang dibesarkan di alam liar. Namun, serangga tersebut tetap dipelihara di kotak pemeliharaan karena tidak perlu dilakukan eutanasia karena mereka mampu beradaptasi terhadap mutilasi dan tidak dapat merasakan sakit (Wigglesworth 1980). Untuk amputasi setengah antena, panjang antena diukur terlebih dahulu lalu dipotong menjadi dua menggunakan gunting bedah mikro presisi tinggi. Amputasi antena secara keseluruhan dilakukan dengan memotong antena pada sambungan antara scape dan pedicel. Setelah amputasi, serangga dibiarkan pulih sepenuhnya selama minimal 30 menit sebelum dimasukkan ke dalam tabung-y.

Statistical Analysis

Analisis statistik dilakukan dengan menggunakan teorema hipotesis nol (Mason et al. 2003), yang dapat disajikan sebagai persamaan:

dimana β adalah faktor penskalaan, matriks X adalah bentuk matriks dari kondisi pengujian, ε adalah kesalahan (dalam hal ini diabaikan), dan Y adalah bentuk matriks dari hasil. Matriks {X} terdiri dari tiga kondisi: {X1}= sisi potongan antena, {X2} = jumlah potongan antena, dan {X3} = lokasi aroma terhadap pintu masuk tabung.

Setiap matriks individual disusun dengan memberikan nilai numerik pada kasus tertentu dari variabel yang ditentukan oleh matriks tersebut. Misalnya, {X1} disusun dengan memberikan kasus dengan potongan antena kiri bernilai 1 dan kasus dengan potongan antena kanan bernilai 2. Demikian pula, matriks {Y} dibentuk dengan memberikan nilai pada pemilihan kecoak. Satu-satunya matriks yang tidak diketahui adalah faktor β. Semakin tinggi nilai β, semakin tinggi pula relevansinya terhadap keluaran hasil. Namun, nilai-nilai tersebut tidak menentukan tingkat ketergantungan yang dapat diukur, hanya nilai ketergantungan relatif antar variabel lainnya.

Uji binomial yang tepat dilakukan pada data untuk menentukan keandalan kesimpulan. Hipotesis nolnya adalah bahwa semua serangga yang kedua antenanya utuh akan memilih kedua sisi tabung-y dengan perbandingan yang sama, seekor kecoak yang seluruh antenanya dilepas akan pergi ke sisi yang berlawanan sepanjang waktu, dan seekor kecoa yang separuh antenanya dilepas akan memilih kedua sisi tabung-y dengan perbandingan yang sama. akan pergi ke sisi berlawanan tiga perempat waktu. Nilai P untuk kasus dua sisi diperoleh. Uji binomial kedua yang tepat dilakukan untuk menentukan hasil pemilihan aroma. Hipotesis nol memperkirakan bahwa semua kecoak akan memilih kedua aroma tersebut secara setara.

Result & Discussion

Membiarkan kecoak bersantai di pintu masuk kandang sebelum dilepaskan ke dalam tabung-y akan mencegah perilaku melarikan diri yang mengkhawatirkan melalui saluran tersebut. Setelah aliran udara dimulai dan sumbat karet dilepas, kecoak menyelidiki pintu masuk kandang secara menyeluruh, dan menemukan lubang keluar dalam waktu 3 menit. Kecoak kemudian melanjutkan perjalanan ke saluran utama untuk memeriksa kedua dinding tetapi tidak dapat memanjatnya.

Probabilitas yang diperoleh melalui percobaan ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2. Untuk kasus di mana kecoak memiliki kedua antena yang utuh, 57% kecoak lebih memilih mengambil jalur yang benar. Kecoak yang seluruh antena kirinya terpotong memilih jalur yang benar sebanyak 93%, sedangkan kecoak yang seluruh antena kanannya dilepas hanya memilih jalur kiri sebanyak 70%. Demikian pula, kecoak dengan separuh antena kiri lebih memilih jalur kanan pada 71% uji coba, sedangkan kecoak dengan separuh antena kanan lebih memilih jalur kiri hanya 59%.

Kecoak mempunyai kecenderungan lebih tinggi untuk berbelok ke kanan bila antena kiri rusak, dan kecenderungan lebih rendah untuk berbelok ke kiri bila antena kanan rusak. Hasilnya dirangkum dalam Gambar 3. Hal ini berarti adanya bias untuk berbelok ke kanan terlepas dari kerusakan pada antena. Karena perlakuan diacak dalam uji tabung-y, faktor eksternal dianggap dapat diabaikan. Seperti disebutkan sebelumnya, antena P. americana sangat sensitif terhadap bau dan bila rusak, sensitivitasnya berkurang.

Bau dari bahan kimia di ujung saluran ditempatkan karena dua alasan: untuk memotivasi kecoa untuk melakukan perjalanan melalui saluran dan untuk menentukan apakah cedera akan mempengaruhi penggunaan indra penciumannya. Gambar 4 menunjukkan bahwa lokasi aroma tidak berpengaruh terhadap pilihan jalur. Kemungkinan kecoak memilih satu aroma dibandingkan aroma lainnya berkisar antara 50% dan 54%. Menarik untuk disebutkan bahwa hanya ketika seluruh antena kanan diamputasi barulah pilihan ini mempertahankan efek nyata, dengan kecoak mengikuti aroma etanol dalam 70% percobaan.

Analisis statistik dilakukan untuk mengetahui berbagai faktor yang berperan dalam proses pengambilan keputusan kecoa. Dengan menggunakan metode hipotesis nol dan penyelesaian faktor penskalaan β. Nilai β diambil untuk sisi potongan antena, jumlah potongan antena, dan letak aroma. Dari percobaan kami, kami menentukan nilai-nilai ini menjadi [β]=[0,5819 0,3175 0,2120]. Hal ini menunjukkan bahwa proses pemilihan jalur didominasi oleh antena mana yang dipotong, diikuti oleh jumlah antena yang dipotong, dan lokasi aroma yang paling tidak penting. Uji binomial yang tepat untuk kesesuaian data dibandingkan dengan prediksi awal yang ditemui sebelumnya. Nilai P untuk hasil dua sisi disajikan pada Tabel 1. Nilai tersebut menunjukkan bahwa hipotesis nol didukung, kecuali untuk kasus amputasi seluruh antena kanan. Hal ini menunjukkan bahwa walaupun kita dapat berasumsi bahwa sebagian besar kecoa yang antena kirinya diamputasi akan bergerak ke kanan, hal yang sama belum tentu berlaku jika seluruh antena kanan dilepas.

Uji binomial serupa dilakukan untuk data yang membandingkan pemilihan aroma. Dalam hal ini, karena antena tidak memiliki banyak kemoreseptor, pemilihannya diyakini tidak akan dipengaruhi oleh aroma. Memang seperti terlihat pada Tabel 2, tidak ada penyimpangan yang berarti dari prediksi tersebut untuk menyatakan salah

Pada semua kondisi pengujian dengan potongan antena berlawanan dengan panjang yang sama, terlihat bahwa jalur yang benar mendominasi dalam proses seleksi kecoak. Jadi nampaknya ada efek yang tidak merata yang disebabkan oleh amputasi yang sama pada antena yang berbeda. Selain itu, ketika seluruh antena kanan dipotong, kecoak akan cenderung mengikuti aroma yang lebih mudah menguap, yaitu etanol. Hal ini mungkin disebabkan oleh meningkatnya penggunaan indra lain karena tidak adanya antena yang 'mendominasi', seperti halnya manusia mengkompensasi kerugian. satu indera dengan meningkatnya persepsi indera lainnya. Pada kecoak, preferensi dalam pemilihan jalur yang benar dan pemilihan etanol hanya jika tidak ada seluruh antena yang tepat dapat dikaitkan dengan dominasi penginderaan pada antena yang tepat. Karena antena adalah metode utama penyelidikan dan gerakan melarikan diri, kami mengeksplorasi gagasan bahwa kecoak secara efektif tidak kidal, atau dalam kasus P. americana, berantena kanan.

Conclusion

Dominasi sisi pada kecoa ditunjukkan melalui serangkaian eksperimen tabung-y. Saat membandingkan hasil ketika seluruh antena dipotong dari salah satu sisi, kecoa memiliki kecenderungan yang lebih tinggi untuk berbelok ke kanan daripada ke kiri. Hasil serupa diperoleh ketika salah satu antena dipotong menjadi dua. Lebih jelas lagi adalah kemiringan ke arah kanan ketika kedua antena masih utuh. Penelitian masa depan akan difokuskan pada studi detail mengenai dominasi sisi yang terkait dengan anggota tubuh kecoa.

REFERENSI

Rodrigo Cooper, Nicholas Nudo. et all. 2010. Side-Dominance of Periplaneta americana Persists Through Antenna Amputation. J Insect Behav. Hal 176-184