قياس موسع استمرار أنشطة القلب والسلوكية جراد البحر
Summary
تعرض هذه المقالة نظام الرصد البيولوجي موسع للتسجيل المستمر وتحليل أنشطة القلب والحركي جراد البحر. ويتألف هذا النظام من أجهزة استشعار ضوئية القريبة من الأشعة تحت الحمراء ووحدة تتبع الفيديو والبرمجيات لتقييم النبض جراد البحر يعكس حالتها الفسيولوجية، ويميز سلوك جراد البحر أثناء تقلبات ضربات القلب.
Abstract
جراد البحر هي أحد الكائنات المائية محوري الذي يخدم كنموذج عملي البيولوجي للدراسات السلوكية والفسيولوجية من اللافقاريات ومؤشر بيولوجية مفيدة لنوعية المياه. على الرغم من أنه لا يمكن تحديد جراد البحر مباشرة المواد التي تتسبب في تدهور نوعية المياه، يمكن أنهم فورا (في غضون عدة ثوان) تحذير البشر تدهور نوعية المياه عن طريق التغييرات الحادة في أنشطتها القلبية والسلوكية.
في هذه الدراسة، نقدم أسلوب موسع بسيط جداً تنفذ تحت ظروف مختلفة نتيجة لمزيج من البساطة والموثوقية في نموذج واحد.
ويوفر هذا النهج، الذي تنفذ الكائنات البيولوجية في عمليات التقييم البيئي، وإنذار للتحذير من ومنع تدهور حاد في المياه في بيئة المحيطة من موثوقة وفي الوقت المناسب. ولذلك، هذا نظام موسع يستند جراد الفسيولوجية وتسجيلات المعلمة اثولوجيكال كان التحقيق للكشف عن التغييرات في بيئة المائية. يتم الآن تطبيق هذا النظام في مصنع جعة محلية لمراقبة نوعية المياه المستخدمة لإنتاج المشروبات، ولكن يمكن استخدامه في أي مرفق الإمداد ومعالجة المياه لتقييم نوعية المياه المستمر، في الوقت الحقيقي والمختبرات العادية التحقيقات من جراد البحر فسيولوجيا القلب والسلوك.
Introduction
موضوع تطبيقات الكائنات الحية المائية، كنموذج الكائنات الحية لمختلف المختبرات التحقيقات1،2 وأدوات لرصد نوعية المياه الصناعية والطبيعية والبيئة3،4 ، يبدو أن تدرس جيدا. ومع ذلك، لا يزال هذا الموضوع الاهتمام الجدير بالذكر بالنسبة للبشر، بصرف النظر عما إذا كانت تنتمي إلى الأوساط العلمية أو إلى مهن أخرى. وعلى الرغم من وجود عدد من أساليب متقدمة لرصد بعض المعلمات (ما يسمى “المؤشرات الحيوية”)5،6،،من78، الاحتياجات الأكثر أهمية لتحديد مؤشر يتكون من ثلاثة عوامل بسيطة: (ط) البساطة والموثوقية (ثانيا)، وتوافر (ثالثا) عامة.
جراد البحر، كممثل أساسي لحيوانات المياه العذبة، ويميز نفسه لأنه يتم العثور عليها في جميع أنحاء العالم، على نطاق واسع، وفي معظم الحالات9، وقد حسب كبيرة بما فيه الكفاية والصلب مناسبة للتلاعب. هذه القشريات ينتمي إلى مجموعة أعلى من اللافقاريات التي توفر التنمية كافية النظم الفسيولوجية الحيوية والأجهزة الخاصة بكل منها، في حين في نفس الوقت، مع الإبقاء على منظمة بسيطة نسبيا10.
أساليب تستند إلى تقييم مجموعة البارامترات البيولوجية و/أو السلوكية كرايفيشيس، كما هو موضح في الكتابات العلمية، أسهمت إلى حد كبير تطوير دراسات الرصد البيولوجي وجراد البحر بشكل عام. وتستند معظم الأساليب المتاحة حاليا الغازية لقياسات معدل ضربات القلب جراد البحر تسجيلات رسم القلب التي تحتاج إجراء العمليات جراحية المعقدة والدقيقة11،،من1213؛ يمكن أن يسبب الإجهاد الكبير لمثل هذا التلاعب وقد تتطلب التكيف مع فترات طويلة من جراد البحر. أيضا، ومن غير المعروف كيف منذ فترة طويلة جراد البحر يمكن أن تحمل هذه الأقطاب وما إذا أنها سوف تساقط بنجاح بينما تحمل هذه مرفق. وصف أساليب موسع تستند إلى تسجيلات بليثيسموجرافيك، التي تتعقد بتعقد الأجهزة وتتطلب تكييف دائرة لإشارة التصفية14 وتضخيم أو مكونات الألياف البصرية الدقيقة ومكلفة15 ،16.
في هذه الدراسة، وصفت لنا اتباع نهج يساهم في النتائج الحالية ويقدم بدائل جديدة لتحسين الإجراءات الحالية لقياس معدل ضربات القلب جراد البحر. من بين المزايا، هناك (ط) مرفق موسع وسريع يحتاج تكيف فسيولوجية مطول؛ (ثانيا) كرايفيشيس القدرة على تحمل أجهزة الاستشعار في غضون بضعة أشهر من الصوف الصوف؛ (ثالثا) برمجيات قادرة على رصد القلب في الوقت الحقيقي والأنشطة السلوكية وتقييم البيانات التي تم الحصول عليها في نفس الوقت من جراد البحر متعددة؛ (رابعا) بسعر التصنيع منخفضة والبساطة. ويتيح نظام الرصد البيولوجي الذي يصف لنا موسع والرصد المستمر لأنشطة القلب والحركي جراد البحر استناداً إلى التغيرات في الخصائص الفسيولوجية اثو كرايفيشيس. يمكن بسهولة تطبيق هذا النظام في الفحوص المختبرية جراد فسيولوجيا القلب و/أو الأخلاقيات، بالإضافة إلى تطبيقات صناعية لمراقبة نوعية المياه في مرافق العلاج، وإمدادات المياه.
Protocol
Representative Results
Discussion
قد أشير على نطاق واسع أن قياس بعض المعلمات الفسيولوجية (مثل القلب أو معدل التهوية أو كليهما) هو أسلوب أكثر موثوقية لتسجيل ردود فعل جراد البحر من تقييم الاستجابات السلوكية التي لا تحدث دائماً فورا11. ومع ذلك، من الواضح أن النهج الأكثر فعالية لتقييم ردود فعل جراد البحر الحقيقي لل…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيده هذه الدراسة وزارة التربية والتعليم والشباب والرياضة رقم “سيناكفا” الجمهورية التشيكية-المشاريع CZ.1.05/2.1.00/01.0024 ورقم “سيناكفا الثاني ” LO1205 تحت الوطنية استدامة البرنامج الأول، الوكالة منحة من جامعة جنوب بوهيميا في České Budějovice (012/2016/Z)، والوكالة المسؤولة عن المنح من الجمهورية التشيكية (رقم 16-06498S)
Materials
| IR LED diode | KINGBRIGHT ELECTRONIC | KP-3216F3C | |
| Phototransistor | EVERLIGHT | ELPT15-21C | |
| Resistor | ROYAL OHM | 0805S8J0201T5E | |
| Resistor | ROYAL OHM | 0805S8F2200T5E | |
| Capacitor | KEMET | C0805C334K5RACTU | |
| Cable | TECHNOKABEL | FTP KAT.5E 4X2X0,14C | |
| Connector | HARTING | 21348100380005 | |
| Connector | HARTING | 21348000380005 | |
| Dielectric gel | KRAYDEN | Sylgard 535 | |
| Analogue-to-digital convertor | TEDIA | UDAQ-1416CA | |
| Glue | KUPSITO.SK | 7338723044 | |
| Kinect video camera | ABCSTORE.CZ | GT3-00002 | |
| Analysis software | University of South Bohemia in Ceske Budejovice, Faculty of Fisheries and Protection of Waters, Institute of Complex Systems | Link to the software: www.frov.jcu.cz/crayfishmonitoring User name: frov Password: CF2018 |
Riferimenti
- Bownik, A., Sokołowska, N., Ślaska, B. Effects of apomorphine, a dopamine agonist, on Daphnia magna: Imaging of swimming track density as a novel tool in the assessment of swimming activity. Science of the Total Environment. 635, 249-258 (2018).
- Jeong, T. Y., Yoon, D., Kim, S., Kim, H. Y., Kim, S. D. Mode of action characterization for adverse effect of propranolol in Daphnia magna. based on behavior and physiology monitoring and metabolite profiling. Environmental Pollution. 233, 99-108 (2018).
- do Nascimento, M. T. L., et al. Determination of water quality, toxicity and estrogenic activity in a nearshore marine environment in Rio de Janeiro, Southeastern Brazil. Ecotoxicology and Environmental Safety. 149, 197-202 (2018).
- Xiao, G., et al. Water quality monitoring using abnormal tail-beat frequency of crucian carp. Ecotoxicology and Environmental Safety. 111, 185-191 (2015).
- Aagaard, A., Andersen, B. B., Depledge, M. H. Simultaneous monitoring of physiological and behavioral activity in marine organisms using non-invasive, computer aided techniques. Marine Ecology Progress Series. 73 (2), 277-282 (1991).
- Bloxham, M. J., Worsfold, P. J., Depledge, M. H. Integrated biological and chemical monitoring: in situ. physiological responses of freshwater crayfish to fluctuations in environmental ammonia concentrations. Ecotoxicology. 8 (3), 225-237 (1999).
- Depledge, M. H., Andersen, B. B. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. Comparative Biochemistry and Physiology. A, Comparative Physiology. 96 (4), 473-477 (1990).
- Depledge, M. H., Galloway, T. S. Healthy animals, healthy ecosystems. Frontiers in Ecology and the Environment. 3 (5), 251-258 (2005).
- Holdich, D. M., Reynolds, J. D., Souty-Grosset, C., Sibley, P. J. A review of the ever increasing threat to European crayfish from non-indigenous crayfish species. Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems. 11, 394-395 (2009).
- Vogt, G., Holdich, D. M. Functional anatomy. Biology of freshwater crayfish. , 53-151 (2002).
- Bierbower, S. M., Cooper, R. L. Measures of heart and ventilatory rates in freely moving crayfish. Journal of Visualized Experiments. (32), e1594 (2009).
- Li, H., Listerman, L. R., Doshi, D., Cooper, R. L. Heart rate in blind cave crayfish during environmental disturbances and social interactions. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 127 (1), 55-70 (2000).
- Listerman, L. R., Deskins, J., Bradacs, H., Cooper, R. L. Heart rate within male crayfish: social interactions and effects of 5-HT. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 125 (2), 251-263 (2000).
- Burnett, N. P., et al. An improved noninvasive method for measuring heartbeat of intertidal animals. Limnology and Oceanography: Methods. 11 (2), 91-100 (2013).
- Fedotov, V. P., Kholodkevich, S. V., Strochilo, A. G. Study of contractile activity of the crayfish heart with the aid of a new non-invasive technique. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 36 (3), 288-293 (2000).
- Kholodkevich, S. V., Ivanov, A. V., Kurakin, A. S., Kornienko, E. L., Fedotov, V. P. Real time biomonitoring of surface water toxicity level at water supply stations. Environmental Bioindicators. 3 (1), 23-34 (2008).
- Kuznetsova, T. V., Sladkova, S. V., Kholodkevich, S. V. Evaluation of functional state of crayfish Pontastacus leptodactylus in normal and toxic environment by characteristics of their cardiac activity and hemolymph biochemical parameters. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 46 (3), 241-250 (2010).
- Sladkova, S. V., Kholodkevich, S. V. Total protein in hemolymph of crawfish Pontastacus leptodactylus as a parameter of the functional state of animals and a biomarker of quality of habitat. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 47 (2), 160-167 (2011).
- Pautsina, A., Kuklina, I., Štys, D., Císař, P., Kozák, P. Noninvasive crayfish cardiac activity monitoring system. Limnology and Oceanography: Methods. 12 (10), 670-679 (2014).
- Císař, P., Saberioon, M., Kozák, P., Pautsina, A. Fully contactless system for crayfish heartbeat monitoring: Undisturbed crayfish as bio-indicator. Sensors and Actuators B: Chemical. 255, 29-34 (2018).
