Abstract The amine serotonin has been suggested to play a key role in aggression in many species of animals

for analyzing lobster agonistic encounters (®ghts). Ani-

mals that had been visually and physically isolated from

other lobsters since the 4th stage (when they begin their

benthic existence), were used in an attempt to eliminate

the in¯uence of experience on ®ghting behavior. Our

analyses demonstrated that lobster ®ghts include three

highly stereotypical components (described above, in the

Introduction): (1) display, during which animals stand

tall and prominently show their claws, which are their

major weapons; (2) limited aggression, in which the claws

are used to grasp and attempt to overturn an opponent;

and (3) high level aggression, in which animals grab

whatever they can of an opponent, and with short up-

ward tail ¯ips attempt to tear o€ the appendage. At

present we analyze ®ghts by making a videotape of the

entire ®ght (usually 30 min), and then scoring the times

animals approach and are within one body length of

each other (called an encounter). Usually we have ani-

mals ®ght three times: once to establish a hierarchy; a

second time 1 h later to con®rm that a hierarchy is es-

tablished; and a third time either after a variable time

period (to test the ``memory'' of the initial result), or

after some kind of pharmacological manipulation has

been performed. For each encounter we score: who ini-

tiates, who retreats, the duration, and the maximum

intensity on a 0±3 scale (0 ˆ one animal continually re-

treating, usually late in a ®ght; 1 ˆ display; 2 ˆ limited

aggression; 3 ˆ high level aggression). A statistical

analysis then identi®es the components changed by

repeated ®ghts, or by pharmacological intervention.

Using this method we demonstrated that the most

signi®cant variable changed during ®ghts in crustaceans

was the duration of individual encounters (Huber et al.

1997a). After a hierarchy was established the average

durations of encounters in lobsters were reduced from

about 30 s in ®rst ®ghts to about 5±10 s after a hier-

archy was established. Since our studies showed a close

linkage between duration and maximum intensity

(Huber and Kravitz 1995; Huber et al. 1997a), we

usually found a statistically signi®cant decrease in in-

tensity as well. We next asked what the consequences

Fig. 4 Schematic of the known pathways involved in activation and

inhibition of A1-5HT neurons. The right side of the ®gure shows

linkages between the A1 cell and the tonic (postural) muscle system. In

addition to the information already shown in Fig. 3, extensor

commands inhibit the ®ring of A1 cells (Ma et al. 1992) and a major

source of inhibitory input to these cells comes from an unidenti®ed

spontaneously active putative GABAergic neuron in the A3 ganglion

(Weiger and Ma 1993). On the left side of the ®gure, known

interactions with the phasic muscle system involved in escape and

®ghting behavior are shown. The LG and MG axons excite A1-5HT

neurons, while pre®ring the A1 cells reduces the magnitude of the

excitatory input from these sources (HoÈrner et al. 1997). The phasic

(fast) muscles activated by the lateral giant (LG) and medial giant

(MG) axons also show enhanced contractility when treated with 5HT.

The synaptic contacts between sensory receptors in the telson (tail) of

the cray®sh and the LG neuron are modulated by 5HT in opposite

directions in dominant and subordinate animals (Yeh et al. 1997). See

text for further details. This ®gure is slightly modi®ed from Fig. 10 of

HoÈrner et al. (1997)

229

---

would be of acute injections of 5HT on ®ghting be-

havior. Studies were carried out using both cray®sh and

lobster pairs, subordinate cray®sh receiving continuous

infusions of test substances, subordinate lobsters being

removed from the tank and injected with the test sub-

stances. The results with both lobsters and cray®sh

were qualitatively the same: 5HT infusion into subor-

dinate animals, after a variable but lengthy (ca. 45 min)

delay, increased the duration and the maximum inten-

sity reached during subsequent encounters. Subordinate

animals, who hardly ever initiate encounters, could be

seen to advance on the former dominants. The e€ect

was transient, and in all but a very few cases, was

completely reversible, with the former dominant rees-

tablishing its dominant position once more. Thus, 5HT

injection appeared to increase the willingness of ani-

mals that had just lost ®ghts to engage in combat

again.

In asking why it took so long for the e€ect to appear,

we considered two options: (1) 5HT, via surface recep-

tors, activated slowly-acting second messenger pathways

that altered the willingness to ®ght; and (2) 5HT was

taken back into serotonergic neurons (Livingstone et al.

1981; Huber et al. 1997b), thereby increasing the pool of

amine available for release, and the subsequent release

of ``extra'' 5HT contributed to the e€ect. We believe that

the latter is an important part of the explanation, be-

cause Prozac (¯uoxetine), as in vertebrates, blocks the

uptake of 5HT in lobsters (Huber et al. 1997b), and

when co-injected with 5HT, prevents the behavioral re-

versal. Injections of Prozac alone into subordinate ani-

mals have no e€ect on ®ghting behavior. It is interesting

that acute treatment with Prozac in patients also is not

e€ective in the treatment of depression (for review see

Stokes 1993). It takes several weeks for a fully thera-

peutic e€ect to be seen, suggesting that the ability of

Prozac to block 5HT uptake is only part of the expla-

nation for its e€ectiveness. We carried out chronic

treatments of cray®sh and lobsters with Prozac using

osmotic mini-pumps glued to the backs of animals that

continuously infused the drug into the cardiac sinus.

Prozac was injected over a 2-week period in this way and

then animals were paired against larger and smaller

opponents to search for drug e€ects. The e€ects seen

were not dramatic, but animals that had received

chronic Prozac treatment fought for longer periods of

time than saline-infused control groups (A. Delago,

unpublished observations).

We then lowered 5HT levels in animals by injections

of the neurotoxin 5,7-DHT. In general, this treatment

does not destroy serotonergic neurons in invertebrates.

Instead it seems mostly to deplete neurons of 5HT by

blocking uptake and synthesis and by enhancing release,

while allowing the uptake of 5,7 DHT into the neurons

(reviewed in Cook and Orchard 1993). Injections were

given over a period of several weeks (either six or eight

injections), and animals were then paired against larger

and smaller opponents. Once again three ®ghts were

carried out: a ®rst to establish a hierarchy, a second 1 h

later, and a third 1 day later. The goal was to test not

only whether 5HT-depleted animals would ®ght, but

also how e€ectively they would ®ght, and whether they

``remembered'' the outcome of an initial encounter.

After the ®nal ®ght, animals were sacri®ced to measure

their amine contents by high performance liquid chro-

matography or for immunocytochemistry to examine

the arbors of processes of the known 5HT neurons in

lobsters. In all cases the 5,7-DHT treatments signi®-

cantly lowered the amine content in animals. Animals

with reduced levels of 5HT still would ®ght, and still

could win ®ghts. In fact, the main change we observed in

preliminary results, was mainly in the duration of

encounters, which were signi®cantly increased.

While many more experiments of these types are re-

quired, the main conclusion that we can o€er is that

5HT is not important in determining whether animals

will ®ght, or even if they will win ®ghts, but only for how

long they are willing to ®ght. Moreover, as in the de-

velopmental studies, where elevated or lowered levels of

5HT caused developmental abnormalities, too much or

too little 5HT both seem to cause an increased willing-

ness of animals to ®ght. It remains to be established

whether this translates as 5HT serving mainly a ``moti-

vational'' role in ®ghting behavior in lobsters.

A speculative synthesis: amine neurons

and ®ghting behavior

As in the past, when invertebrate models provided es-

sential information to explain fundamental properties

of neurons like how action potentials are generated (for

review see Hodgkin 1964), how synaptic processes like

inhibition work (Fatt and Katz 1953; Boistel and Fatt

1958; Ku‚er and Edwards 1958; Otsuka et al. 1966),

and how modulators function (cf. Adams and Levitan

1982; Glusman and Kravitz 1982; Dixon and Atwood

1989; Harris-Warrick and Marder 1991), many of these

same models now provide key insights into how com-

plex sensory systems function (for reviews see Hilde-

brand 1996; Ache et al. 1998; Passaglia et al. 1998) and

to how behaviors are constructed and organized by

nervous systems (for reviews see Altman and Kien

1987; Kravitz 1988; Bicker and Menzel 1989; Harris-

Warrick and Marder 1991; Morton and Chiel 1994;

Katz 1995). Invariably it is the ability to repeatedly ®nd

and identify single large neurons that is an important

part of why these systems have proven so valuable. At

the behavioral level, elegant studies are leading to im-

portant advances in our understanding of behavior.

The systems used for study range from relatively simple

ones, in which the potential exists for all the neurons

involved to be identi®ed and de®ned, like food pro-

cessing mediated by the stomatogastric systems of

decapod crustaceans (for review see Harris Warrick and

Marder 1991), through more complex models, in which

relatively smaller numbers of the neurons involved have

been identi®ed, like swimming (cf. Kristan and Weeks

230

---