Bir Balık-besleme Laboratuvar biyodeneyinde Deniz Organizmaların Dokular Sekonder Metabolitlerin Antipredatory Aktivite değerlendirmek için
Summary
Bu biyo-deney, bir besleyici olarak benzer gıda matris kullanılarak, doğal konsantrasyonlarda deniz organizmalarının dokuların Organik özütlerden besleme-caydırıcı metabolitlerinin varlığını değerlendirmek için bir model yırtıcı balık kullanmaktadır.
Abstract
Marine chemical ecology is a young discipline, having emerged from the collaboration of natural products chemists and marine ecologists in the 1980s with the goal of examining the ecological functions of secondary metabolites from the tissues of marine organisms. The result has been a progression of protocols that have increasingly refined the ecological relevance of the experimental approach. Here we present the most up-to-date version of a fish-feeding laboratory bioassay that enables investigators to assess the antipredatory activity of secondary metabolites from the tissues of marine organisms. Organic metabolites of all polarities are exhaustively extracted from the tissue of the target organism and reconstituted at natural concentrations in a nutritionally appropriate food matrix. Experimental food pellets are presented to a generalist predator in laboratory feeding assays to assess the antipredatory activity of the extract. The procedure described herein uses the bluehead, Thalassoma bifasciatum, to test the palatability of Caribbean marine invertebrates; however, the design may be readily adapted to other systems. Results obtained using this laboratory assay are an important prelude to field experiments that rely on the feeding responses of a full complement of potential predators. Additionally, this bioassay can be used to direct the isolation of feeding-deterrent metabolites through bioassay-guided fractionation. This feeding bioassay has advanced our understanding of the factors that control the distribution and abundance of marine invertebrates on Caribbean coral reefs and may inform investigations in diverse fields of inquiry, including pharmacology, biotechnology, and evolutionary ecology.
Introduction
Kimyasal ekoloji kimyagerler ve ekolojist işbirliği ile geliştirdi. Karasal kimyasal ekoloji subdiscipline bir süre için yaklaşık edilmiş olsa da, deniz kimyasal ekoloji sadece bir kaç yıl eski ama deniz organizmalarının 1-8 evrimsel ekoloji ve toplum yapısına önemli bilgiler sağlamıştır. Aletli dalış ve NMR spektroskopisi acil teknolojileri yararlanan, organik kimyacılar hızla 1970'lerde ve 1980'lerde 9 bentik omurgasız deniz ve yosun gelen yeni metabolitleri anlatan yayınların çok sayıda üretti. Sekonder metabolitler ampirik kanıt olmadan yeni bileşikler ekolojik önemli özellikleri atfedilen bu yayınların çoğu bazı amaca hizmet etmelidir varsayarsak. Hakkında aynı zamanda, ekolojistler de dağılımları ve daha önce sağa sola bilinen bentik hayvanların ve bitkilerin zengindi SCUBA dalış gelişiyle yararlanarak ve açıklayan edildiBöyle tarama gibi nispeten etkisiz örnekleme yöntemleri m. Bu araştırmacıların varsayım sesil şey ve yumuşak gövdeli kimyasal avcılardan 10 tarafından tüketimini önlemek için savunulması gerektiğini oldu. Türler bolluk aksi açıklayıcı bir işti ne ampirizmi tanıtmak için bir çaba, bazı ekolojistler toksisite deneyleri 11 kimyasal savunma extrapolating başladı. Çoğu toksisite deneyleri yarım tahlil organizmaları öldürmekten sorumlu özleri kuru kütle konsantrasyonlarının sonraki kararlılıkla, bütün balık veya omurgasız dokuların ham organik özler sulu süspansiyonlar diğer organizmaların poz çıkıyor. Ancak, toksisite deneyleri, potansiyel saldırganları doğal şartlar altında av algıladıkları hangi şekilde taklit değil, ve daha sonraki çalışmalar toksisite ve lezzet 12-13 arasında hiçbir ilişki bulduk. Bu prestijli dergilerde yayınlar çok az ya da hiç Ecologica olan teknikleri kullanılan şaşırtıcıdırl alaka 14-15 ve bu çalışmalar hala yaygın atıf bugün. Bu toksisite verilerine dayalı çalışmalar 16-18 yayınlanmaya devam unutmayın daha da endişe verici olduğunu. Burada açıklanan biyodeney yöntemi antipredatory kimyasal savunma değerlendirmek için deniz kimyasal ekolojistler için bir ekolojik ilgili yaklaşım sağlamak için 1980'lerin sonlarında geliştirilmiştir. yöntem daha ekolojik anlamlı toksisite verilerine göre olan lezzet veri sağlayan, bir beslenme karşılaştırılabilir gıda matrisi içinde doğal bir konsantrasyonda hedef organizmadan bir ham organik özü örnek bir modeli yırtıcı gerektirir.
(1) uygun bir kültürlü yırtıcı besleme deneylerinde kullanılabilir olmalıdır, (2) her polarizasyona organik metabolitleri etraflıca dokusundan ekstre edilmelidir: deniz organizmalarının dokuların antipredatory aktivitesinin değerlendirilmesi için genel bir yaklaşım, dört önemli kriterler içerir organizmayı hedef, (3) metabolitleri b gerekirAynı hacimsel konsantrasyonda bir beslenme uygun deneysel gıda içine karışık bir e onlar çıkarıldı, ve (4) deneysel tasarım ve istatistiksel bir yaklaşım anlamlı bir metrik göreceli distastefulness göstermek için sağlaması gerekir hangi organizmada bulunduğu gibi.
Aşağıda belirtilen prosedür Karayip deniz omurgasız antipredatory kimyasal savunma değerlendirmek için tasarlanmıştır. Bu tür Karayip mercan resifleri üzerinde yaygındır ve bentik omurgasızlar 19 geniş bir ürün yelpazesine örnek bilinmektedir çünkü bir örnek yırtıcı balık gibi bluehead akya, Thalassoma bifasciatum, istihdam. Hedef organizmadan alınan dokular, ilk önce, ekstre bir gıda karışımı ile bir araya getirilmiş ve son olarak T. gruplarına sunulmaktadır bifasciatum onlar özü ile tedavi edilen gıdalar reddetmek olmadığını gözlemlemek için. Bu yöntemi kullanarak tahlil verileri deniz organizmalarının 12,20-21, l savunma kimya önemli bilgiler sağladıife geçmişi ticaret-off 22-24, ve toplum ekolojisi 25-26.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada tarif edilen prosedür, deniz organizmalarında antipredatory kimyasal savunma değerlendirmek için nispeten basit ve ekolojik olarak uygun laboratuar protokolü sağlar. Burada yöntemler bu set ile memnun olan önemli kriterleri gözden:
(1) Uygun yırtıcı. Bu beslenme deneyi bluehead akya, Thalassoma bifasciatum, Karayipler genelinde mercan resifleri üzerinde en bol balıklar birini kullanır. bluehead bentik omurgasızlar 19 geniş bir ürün yelpa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank James Maeda and Aaron Cooke for assistance with the filming and editing of this video. Funding was provided by the National Science Foundation (OCE-0550468, 1029515).
Materials
| Dichloromethane | Fisher Scientific | D37-20 | |
| Methanol | Fisher Scientific | A41220 | |
| Anhydrous Calcium Chloride | Fisher Scientific | C614-500 | |
| Cryocool Heat Transfer Fluid | Fisher Scientific | 20-548-146 | For vacuum concentrator |
| Alginic Acid Sodium Salt High Viscosity | MP Biomedicals | 154723 | |
| Squid mantle rings | N/A | N/A | Can be purchased at grocery store |
| Denatonium benzoate | Aldrich | D5765 | |
| 50 ml graduated centrifuge tube | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
| 20 ml scintillation vial | Fisher Scientific | 03-337-7 | |
| Disposable Pasteur pipets | Fisher Scientific | 13-678-20D | |
| Rubber bulbs for Pasteur pipets | Fisher Scientific | 03-448-24 | |
| Red bulbs for pellet delivery | Fisher Scientific | 03-448-27 | |
| 250 ml round-bottom flask | Fisher Scientific | 10-067E | |
| Scintillation vial adapter for rotavap | Fisher Scientific | K747130-1324 | |
| Weightboats | Fisher Scientific | 02-202B | |
| Microspatula | Fisher Scientific | 21-401-10 | |
| 5 ml graduated syringe | Fisher Scientific | 14-817-53 | |
| 10 ml graduated syringe | Fisher Scientific | 14-817-54 | |
| Razor blade | Fisher Scientific | S17302 |
References
- Paul, V. J., ed, . Ecological roles of marine natural products. , (1992).
- Pawlik, J. R. Marine invertebrate chemical defenses. Chemical Reviews. 93 (5), 1911 (1993).
- Hay, M. E. Marine chemical ecology: what's known and what's next. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 44 (5), 476-476 (1996).
- McClintock, J. B., Baker, B. J. . Marine Chemical Ecology. , (2001).
- Amsler, C. D. . Algal Chemical Ecology. , (2008).
- Hay, M. E. Marine chemical ecology: Chemical signals and cues structure marine populations, communities, and ecosystems. Annual Review of Marine Science. 1, 193-212 (2009).
- Pawlik, J. R. The chemical ecology of sponges on Caribbean reefs: Natural products shape natural systems. BioScience. 61 (11), 888 (2011).
- Pawlik, J. R. Antipredatory Defensive Roles of Natural Products from Marine Invertebrates. Handbook of Marine Natural Products. , 677-710 (2012).
- Pawlik, J. R., Amsler, C. D., Ritson-Williams, R., McClintock, J. B., Baker, B. J., Paul, V. J. Marine Chemical Ecology: A Science Born of Scuba. . Research and Discoveries: The Revolution of Science through Scuba. 39, 53-69 (2013).
- Randall, J. E., Hartman, W. D. Sponge-feeding fishes of the West Indies. Marine Biology. 1, 216-225 (1968).
- Bakus, G. J., Green, G. Toxicity in sponges and holothurians — geographic pattern. Science. 185, 951-953 (1974).
- Pawlik, J. R., Chanas, B., Toonen, R. J., Fenical, W. Defenses of Caribbean sponges against predatory reef fish. 1. Chemical deterrency. Marine Ecology Progress Series. 127, 183-194 (1995).
- Schulte, B. A., Bakus, G. J. Predation deterrence in marine sponges — laboratory versus field studies. Bulletin of Marine Science. 50, 205-211 (1992).
- Jackson, J. B. C., Buss, L. Allelopathy and spatial competition among coral reef invertebrates. Proceedings of the National Academy of Sciences. 72, 5160-5163 (1975).
- Bakus, G. J. Chemical defense mechanisms on the great barrier reef. Australia. Science. 211, 497-499 (1981).
- Gemballa, S., Schermutzki, F. Cytotoxic haplosclerid sponges preferred: a field study on the diet of the dotted sea slug Peltodoris atromaculata (doridoidea: nudibranchia). Marine Biology. 144, 1213-1222 (2004).
- Voogd, N. J., Cleary, D. F. R. Relating species traits to environmental variables in Indonesian coral reef sponge assemblages. Marine and Freshwater Research. 58, 240-249 (2007).
- Mollo, E., et al. Factors promoting marine invasions: a chemolecological approach. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 4582-4586 (2008).
- Randall, J. E. Food habits of reef fishes of the West Indies. Studies in Tropical Oceanography. 5, 665-847 (1967).
- O’Neal, W., Pawlik, J. R. A reappraisal of the chemical and physical defenses of Caribbean gorgonian corals against predatory fishes. Marine Ecology Progress Series. 240, 117-126 (2002).
- Hines, D. E., Pawlik, J. R. Assessing the antipredatory defensive strategies of Caribbean non-scleractinian zoantharians (Cnidaria): is the sting the only thing. Marine Biology. 159 (2), 389-398 (2012).
- Walters, K. D., Pawlik, J. R. Is there a trade-off between wound-healing and chemical defenses among Caribbean reef sponges. Integrative and Comparative Biology. 45 (2), 352-358 (2005).
- Leong, W., Pawlik, J. R. Evidence of a resource trade-off between growth and chemical defenses among Caribbean coral reef sponges. Marine Ecology Progress Series. 406, 71-78 (2010).
- Leong, W., Pawlik, J. R. Comparison of reproductive patterns among 7 Caribbean sponge species does not reveal a resource trade-off with chemical defenses. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 401 (1-2), 80-84 (2011).
- Pawlik, J. R., Loh, T. -. L., McMurray, S. E., Finelli, C. M. Sponge Communities on Caribbean Coral Reefs Are Structured by Factors That Are Top-Down, Not Bottom-Up. PLoS ONE. 8 (5), e62573 (2013).
- Loh, T. -. L., Pawlik, J. R. Chemical defenses and resource trade-offs structure sponge communities on Caribbean coral reefs. Proceedings of the National Academy of Science. 111, 4151-4156 (2014).
- Miller, A. M., Pawlik, J. R. Do coral reef fish learn to avoid unpalatable prey using visual cues. Animal Behaviour. 85, 339-347 (2013).
- Pawlik, J. R., Fenical, W. A re-evaluation of the ichthyodeterrent role of prostaglandins in the Caribbean gorgonian coral, Plexaura homomalla. Marine Ecology Progress Series. 52, 95-98 (1989).
- Fenical, W., Pawlik, J. R. Defensive properties of secondary metabolites from the Caribbean gorgonian coral Erythropodium caribaeorum. Marine Ecology Progress Series. 75, 1-8 (1991).
- Pawlik, J. R., Fenical, W. Chemical defense of Pterogorgia anceps, a Caribbean gorgonian coral. Marine Ecology Progress Series. 87, 183-188 (1992).
- Chanas, B., Pawlik, J. R. Does the skeleton of a sponge provide a defense against predatory reef fish. Oecologia. 107 (2), 225-231 (1996).
- Chanas, B., Pawlik, J. R., Lindel, T., Fenical, W. Chemical defense of the Caribbean sponge Agelas clathrodes (Schmidt). Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 208 (1-2), 185-196 (1997).
- Wilson, D. M., Puyana, M., Fenical, W., Pawlik, J. R. Chemical defense of the Caribbean reef sponge Axinella corrugata against predatory fishes. Journal of Chemical Ecology. 25 (12), 2811-2823 (1999).
- Chanas, B., Pawlik, J. R. Defenses of Caribbean sponges against predatory reef fish II. Spicules, tissue toughness, and nutritional quality. Marine Ecology Progress Series. 127 (1), 195-211 (1995).
- Albrizio, S., Ciminiello, P., Fattorusso, E., Magno, S., Pawlik, J. R. Amphitoxin, a new high molecular weight antifeedant pyridinium salt from the Caribbean sponge Amphimedon compressa. Journal of Natural Products. 58 (5), 647-652 (1995).
- Assmann, M., Lichte, E., Pawlik, J. R., Köck, M. . Chemical defenses of the Caribbean sponges Agelas wiedenmayeri and Agelas conifera. Marine Ecology Progress Series. 207, 255-262 (2000).
- Kubanek, J., Fenical, W., Pawlik, J. R. New antifeedant triterpene glycosides from the Caribbean sponge Erylus Formosus. Natural Product Letters. 15 (4), 275-285 (2001).
- Pawlik, J. R., McFall, G., Zea, S. Does the odor from sponges of the genus Ircinia protect them from fish predators. Journal of Chemical Ecology. 28 (6), 1103-1115 (2002).
- Waddell, B., Pawlik, J. R. Defenses of Caribbean sponges against invertebrate predators. I. Assays with hermit crabs. Marine Ecology Progress Series. 195, 125-132 (2000).
- Waddell, B., Pawlik, J. R. Defense of Caribbean sponges against invertebrate predators. II. Assays with sea stars. Marine Ecology Progress Series. 195, 133-144 (2000).
- Burns, E., Ifrach, I., Carmeli, S., Pawlik, J. R., Ilan, M. Comparison of anti-predatory defenses of Red Sea and Caribbean sponges. I. Chemical defense. Marine Ecology Progress Series. 252, 105-114 (2003).
- Jones, A. C., Blum, J. E., Pawlik, J. R. Testing for defensive synergy in Caribbean sponges: Bad taste or glass spicules. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 322 (1), 67 (2005).
