Ferskvann blåskjell bevaring er avhengig av overvåking reproduktive mønstre og prosesser av arter. Denne studien standardiserer en ikke-dødelig protokoll for prøvetaking Gill innhold, karakteriserer larvestadiet utvikling, og gir et digitalt oppbevaringssted for innsamlede data. Denne protokoll-databasepakken vil være et viktig verktøy for blåskjell forskere i utvinningen av imperiled arter.
Aktivt overvåke timing, utvikling, og reproduktive mønstre av truede arter er avgjørende når du administrerer for befolkningen utvinning. Ferskvann blåskjell er blant de mest imperiled organismer i verden, men informasjon om tidlig larvestadiet (glochidial) utvikling og ruge perioder er fortsatt mangler for mange arter. Tidligere studier har fokusert på den komplekse livshistorie scenen når kvinnelige blåskjell er klar til å Ceratophyllidae vert fisk, men få studier har fokusert på ruge perioden og timing av larvestadiet utvikling. Protokollen som beskrives her, tillater forskerne å ikke-drepende evaluere tilstanden til svangerskap for kvinnelige blåskjell. Resultatene av denne studien viser at denne metoden ikke påvirker en kvinnelig musling evne til å holde gravid eller bli gravid igjen etter prøvetaking er utført. Fordelen med denne metoden kan tillate bruk på føderalt truet eller truede arter eller andre populasjoner av høy bevaring bekymring. Denne protokollen kan tilpasses for bruk på både bevarte og levende individer og ble testet på en rekke blåskjell arter. Databasen leveres er et oppbevaringssted for en bredde av informasjon om timing av reproduktive vaner og vil tilrettelegge fremtidige ferskvann blåskjell forskning, konservering, og utvinning innsats.
Utholdenhet av populasjoner i ferskvann systemer avhenger av suksessen til reproduksjon og rekruttering. For parasitter organismer, identifisere vanskelighetene med livssyklusen (f. eks stadier av larvestadiet utvikling og vert attraksjon strategier) kan gi innsikt i kroppens reproduktive vaner og kritiske prosesser som påvirker rekruttering. Slik informasjon blir viktig når arten er imperiled, og vellykket rekruttering er nødvendig for å opprettholde gjenværende populasjoner, eller hvis utvinningen nødvendiggjør bruk av fange forplantning for gjenopprette fjernet populasjoner.
Ferskvann blåskjell (muslinger: Unionida) regnes som en av de mest imperiled grupper av organismer over hele verden og en samling av arter-spesifikke reproduktive vaner kan hjelpe i forskningsarbeid1,2,3 ,4,5. Med over 800 for tiden anerkjente arter fordelt over hele verden, ferskvann blåskjell har hotspots av mangfold i Nord-og Sør-Amerika, og Sørøst-Asia, men viktig livshistorie informasjon er ukjent for mange arter2, 5,6,7. Familier innenfor denne rekkefølgen er preget av å ha parasitt larvestadiet stadier som fullstendig forvandling til fritt levende yngel under vedlegg til en vert7,8. Denne unike livshistorie scenen bidrar til biologisk mangfold i ferskvannssystemer, som for tiden er i krise9. Høye nivåer av imperilment kan tilskrives mange menneskeskapte trusler inkludert forurensning av vassdrag, habitat endring og ødeleggelse, reduksjoner i overflod og mangfoldet av verts fisker, og innføring av invasiv Art1, 10i. Som bunn filter matere, graver blåskjell inn i underlaget og er mottakelige for forurensninger og forurensende stoffer som renner ut i vannskillet11. Gjenvinning av blåskjell arter er relevant ettersom de tilbyr et bredt utvalg av økosystemtjenester, inkludert karbonopptak, mat kilde, og vannrensing ved filter fôring11. I tillegg har blåskjell blitt funnet å indikere økosystem helse, fremme biologisk mangfold, og i sin tur øke toleransen av et økosystem12.
Mange studier av ferskvann blåskjell har fokusert på å undersøke tidlige livshistorie krav for å bedre informere arter status vurderinger og ledelses strategier. Den ferskvanns blåskjell familiene som er relevante for denne studien (f. eks Hyriidae, Margaritiferidae, Unionidae) har en unik livshistorie strategi der kvinner gruble larver (glochidia) i sine marsupial gjellene8. Gjennom en rekke strategier, expels den kvinnelige blåskjell modne glochidia fra marsupial gjellene å Ceratophyllidae en virveldyr vert med glochidia13. Forskning på glochidial utvikling innen gjellene ble modifisert fra en teknikk som utnytter sprøyte sprøyter for å prøve gonadal væske fra levende blåskjell og evaluere Kjønnscelle produksjon14,15,16. Som forskere validert denne ikke-dødelige metodikk for gonad prøvetaking, det var tilpasset marsupial Gill prøvetaking for å evaluere kull utvikling15,16. Kull utvikling kan brukes til å dechiffrere Fylogenetiske relasjoner som noen blåskjell arter kan gruble glochidia i bare de ytre to gjellene (ectobranchus), bare de indre to gjellene (endobranchus), eller i alle fire gjellene (tetrabranchus), men dette karakteristiske er ikke kjent for alle arter17. Ruge mønstre har tidligere blitt brukt til å klassifisere blåskjell arter av om kvinnelige blåskjell kull glochidia over vinteren (bradytictic) eller for en kort periode om sommeren (tachytictic)18. De over overvintring av blåskjell kull ble støttet da den reproduktive syklus av Anodonta ble studert19. Men, grunnleggende reproduksjons biologi ble studert grundigere gjennom årene og fant denne motsetningen var en grov generalisering og ruge perioder av noen arter er mye mer kompleks enn opprinnelig antatt20,21. For eksempel har arten av slekten Hyridella (familie Hyriidae), Glebula og Elliptio (familie Unionidae) blitt observert med i overkant av tre kull per avl sesong22,23, 24. Kompleksiteten av arter-spesifikke, og noen ganger også befolknings spesifikke20, reproduktive vaner har ført til et gap i kunnskap om timing og varighet av ruge, og antall kull en kvinnelig blåskjell kan produsere.
Selv om sprøyte sprøyter har blitt brukt til å trekke Gill innhold, rapportering resultatene er komplisert på grunn av mangel på standardisering å sikre sammenlignbare resultater på tvers av alle studier. Tidligere har fire utviklingsmessige stadier av glochidia (dvs. egg, embryo, umodne, fullt utviklet) er identifisert i Unionidae, men har ikke blitt vedtatt i standard prosedyre16,25,26. Andre studier observere medlemmer av Margaritiferidae har erstattet klassifisering av “umodne glochidia” med “utvikling glochidia”, fører til potensielle forvirring27,28. Mangelen på konsistens i karakteriserer de ulike larvestadiet utviklings faser har etterlatt mange forskere til å generelt beskrive ruge kvinner som “gravid”, som ikke omfatter vanskelighetene med larvestadiet utvikling. Livet historie studier gjennomfører vert-fisken rettssaker ha prioritet behovet for gravid kvinner med fullt ut-bebygget glochidia, bortsett fra denne beskjed er spredt helt gjennom offentliggjort og upublisert litteraturen29,30. For tiden mangler data om reproduksjons vanene til mange blåskjell arter, inkludert timing av overgangen mellom egg, umodne glochidia, og fullt utviklet glochidia klar for vedlegg til verter. For de fleste arter, er det uklart hvor lenge kvinner gruble glochidia og hvor raskt befruktet egg fullt utvikle. Kunnskapshullene er ofte bredere for arter av bevaring bekymring, som presenterer behovet for en standardisert metode for å utvinne Gill innhold som har blitt testet for ikke-dødelige effekter og kan fremmes til det vitenskapelige samfunnet for å supplere ordinære datainnsamlingsmetoder, uten å utgjøre en trussel mot beskyttede populasjoner24,31,32.
Denne studien hadde tre målsettinger: 1) formalisere en Gill prøvetaking teknikk og teste den for dødelige og ikke-dødelige effekter på kvinnelige blåskjell in situ, 2) karakterisere ulike stadier av glochidial utvikling og beskrive en standardisert metode for å identifisere og rapportere ulike larvestadiet stadier, og 3) opprette et offentlig oppbevaringssted for innsamlede data. Feltundersøkelser, langsiktige overvåknings prosjekter og Museums samlinger representerer alle muligheter for protokollen som beskrives her, som skal implementeres, og tilleggsdata som skal samles inn for en større interesse gruppe. Formalisert protokollen inkluderer grafikk og tegn beskrivelser for å skille hvert trinn i larvestadiet utvikling. Ved standardisering kategoriene, resultatene samlet kan sammenlignes blant alle forekomster og arter. Når data er samlet inn, kan alle sendes til ferskvanns blåskjell svangerskap almanakk (FMGA), som er en database for svangerskap informasjon som samles inn ved hjelp av denne protokollen. Et sluttprodukt til å lagre og kompilere alle svangerskap informasjon samlet vil gi et forskningsverktøy for å lette fremtidige forskning, bevaring, og utvinning innsats. Innlemmelse av denne metodikken i ulike blåskjell prosjekter og innlevering av data til FMGA ville ekspandere på bredden av kunnskap om svangerskap status for blåskjell arter gjennom hele året. Som en svært imperiled gruppe organismer, denne protokollen og resulterende databasen på reproduktive vaner av ferskvann blåskjell er avgjørende for å forstå befolkningen dynamikk og tilrettelegge for bevaring av disse artene.
Betydning
Bevaring av imperiled arter er avhengig av vellykket rekruttering i bevarte populasjoner. I noen tilfeller kan kunstig forplantning være nødvendig å forsterke rekrutteringen av disse i risikosonen populasjoner. Dette krever at forskerne blir informert om tidspunktet for aktiv reproduksjon for hver art og eventuelt anvende ulike metoder eller forvaltningspraksis for å redusere innvirkning på rekruttering. Som en imperiled gruppe organismer, er det viktig å etablere en standardisert og ikke-dødelig tilnærming for å studere reproduktive vaner, og å gi en plattform som å kompilere og visualisere data for å informere det vitenskapelige samfunn med den mest oppdaterte informasjon tilgjengelig. Denne studien gir en trinnvis protokoll for å sikre forholdsregler er tatt, og Gill innholdet kan være tilstrekkelig samplet og evalueres fra kvinnelige blåskjell. Denne protokollen ble testet for dødelige og ikke-dødelige effekter, slik at forskere og ledere til ansvarlig implementere denne metodikken. Vi har også utviklet en pakke med database administrasjonsverktøy og-programmer for å gjøre det enklere å samle svangerskap informasjon på et offentlig tilgjengelig, brukervennlig dashbord. Studier på epidemiologi, glochidia morfologi, livshistorie, phylogenetics, forplantning og translokasjoner kan alle ha nytte og utnytte dette depotet av timelig svangerskap informasjon for alle arter av ferskvann blåskjell.
Denne studien alene støttet tidligere studier ‘ funn av noen arter reproduktive vaner, men også avslørt romanen informasjon om andre. Selv om v. vibex ble samlet inn i færre tall enn v. lienosa, kan likheter bli funnet mellom de to basert på svangerskap data. Begge arter av villosa synes å gruble fullt utviklet glochidia under en stor del av året, som karakteriserer dem som en overvintring brooder. Dette er i overensstemmelse med tidligere studier på andre villosa arter43,44,45. Resultatene av denne studien tyder H. australis kan bli funnet gravid fra oktober og overvintring i juni, bortsett fra ingen fanger ble funnet gravid i desember. En tidligere publisert studie identifiserte congener H. altilis med en svangerskap periode på fire måneder, mars til juni46,47. Dette funnet illustrerer en lengre svangerskap periode enn tidligere antatt og generelt grupper H. australis som en overvintring brooder. Som føderalt beskyttede arter kunne varierende ruge perioder for h. altilis og h. australis påvirke Ledelsens beslutninger for å bedre beskytte befolkningen under reproductively aktive tider. Elliptio pullata ble bare funnet gravid med egg i mai og juni som tilsvarer deres karakterisering som en tachytictic arter med en svært kort ruge periode24,48,49, i 50. Som data er kompilert på Elliptio arter ved hjelp av denne protokollen, detaljert informasjon kan gjøre feltet innsats mer effektiv når visse glochidial utviklingstrinn er målrettet, siden glochidia er bare funnet et par måneder av året. Slutning fra de andre artene med lavere utvalgsstørrelser er begrenset, men etter hvert som dataene kompileres inn i databasen, vil de høyere utvalgsstørrelsene gi innsikt i reproduktive vaner med ytterligere blåskjell arter.
Prosessuelle kommentarer
Ferskvann blåskjell og deres glochidia er kjent for å være utsatt for menneskeskapte stressfaktorer10,35. Under svangerskap inspeksjon, kan blåskjell ventilene ikke være lett å åpne, og uforsiktig tvinge ventilene åpne kan forårsake utilsiktet skade og resultere i stress eller dødelighet. Noen skjøre skallet arter (f. eks arter av Anodonta, Leptodea, Utterbackia, etc.) og mindre størrelse individer kan ha svært skjøre skjell og svake adductor muskler som kan bryte og rive lett. Gill prøvetaking kan betraktes som en stressor hvis håndtering er ikke gjort ansvarlig og med forsiktighet. En tidligere studie fant at håndtering og antenne eksponering av blåskjell under reproductively aktive tider kan føre til ulike fysiologiske stress, inkludert prematur utgivelse av Gill innholdet34. Men en studie utnytte en lignende metodikk som beskrevet her, fant håndtering gravid kvinnelige blåskjell under Gill prøvetaking ikke avbryte den nåværende kull eller forårsake for tidlig utgivelse i både kort-og langsiktige ruge arter16. Videre må en steril sprøyte brukes under denne protokollen for å forhindre utilsiktet infeksjon eller krysskontaminering når punktering gjellene av flere individer. I tillegg er glochidia skjøre og kull kan bli modnet og stresset, men ikke utvist. Modne glochidia i dårlig helse kan resultere i færre individer reagerer på salt tester35. Når du gjør skillet mellom DG (T) og FDG (T) er det viktig å salt test med en stor utvalgsstørrelse, gjøre notater på observasjoner å nøye identifisere forskjeller mellom DG og FDG glochidia ved hjelp av beskrivelsene i denne studien. Når riktig behandling er tatt, kan minimal belastning indusert ved denne prosedyren tillate kvinnelige blåskjell å fortsette ruge glochidia naturlig og redusere virkninger på rekruttering i befolkningen.
Ytterligere data kan registreres for å supplere databasen og gi bred kontekst for reproduktive vaner av ferskvann blåskjell. Noen arter (f. eks, arter av Fusconaia), har blitt observert å ha gjellene av forskjellige farger basert på utviklingen stadium av glochidia51. Under en innledende svangerskap sjekk av den kvinnelige, en beskrivelse av Gill farge kan være inkludert i de rapporterte data for å muliggjøre fremtidige undersøkelser. Likeledes, på dette tidspunkt inne protokollen, forskning kanne note hvorvidt ruge kvinner var grunnlegge ruge glochidia inne det to ytre gjellene (ectobranchus), to indre gjellene (endobranchus), eller alle fire gjellene (tetragenous)17. Denne informasjonen kan legges til FMGA og bidra til å fylle inn data hullene om ruge for hver art undersøkt. Miljøforhold, spesielt vanntemperatur, kan samles og registreres i feltet for en mer helhetlig observasjon av svangerskap status og tidspunkt for arter på ulike bredde områder. Forskning viser at miljø parametre, slik som temperatur, photoperiod, strømningshastighet og mat tilgjengelighet, kan indusere reproduktive hendelser i ferskvann blåskjell52,53,54,55 ,56. Ytterligere felt kan legges til databasen som de er sendt for å fremme fremtidig forskning på abiotiske faktorer som påvirker svangerskap. A Capture-merke-gjenerobre modifikasjon modellert etter vår studie kan også legges til denne protokollen, som ville tillate forskere å overvåke en bestemt blåskjell ‘ s reproduktive vaner og avdekke informasjon om flere kull per år.
Nøyaktigheten av informasjonen i FMGA avhenger av kilden. For eksempel, forveksling av ferskvann blåskjell er vanlig på grunn av mange arter som har lignende ytre egenskaper som gjør det vanskelig å skille mellom arter57. En Gill prøve fra en feilidentifisert person kan skape forvirring og falsk informasjon for en Art ‘ ruge periode. Hvis en Gill prøven er tatt, bør fotografier tas på innsiden av begge ventiler (hvis enkelte ikke er i live), utenfor høyre ventil, og umbo (hengslene der to ventiler koble) og sendt med svangerskap data via skrivebordet nettstedet eller mobil applikasjon. Vi tar også bilder av innholdet i Gill. Innenfor innlevering skjemaene er det en rullegardinmeny slik at samleren å indikere deres nivå av tillit om arten identifikasjon. Før posten er validert, vil denne informasjonen bli tatt i betraktning når du sjekker Collector identifikasjon mot sannsynlig distribusjon, etc. På grunn av den høye graden av intraspesifikk morfologiske variasjon i arter av Unionidae, er innlevering av vevsprøver oppmuntret og kan være nødvendig for å lette molekylær identifisering.
Fremtidige implikasjoner
Som en ikke-dødelig metode, kan denne protokollen brukes på både vanlige og imperiled arter. Den svangerskap kalendere for imperiled arter kan bistå bevaring ledere involvert med truede arter lovgivning og utvinning planlegging ved å gi informasjon om tidsperioder når arter er reproductively aktive. Staten og føderale etater som forvalter i risikosonen arter kan bedre råd tillatelse bevilgninger for tider når arten ikke er sårbar og reproduksjon, og selv begrense innhøstingen av verten fisk i tider blåskjell er ruge fullt utviklet glochidia. I tillegg kan feltundersøkelser målrette arter i løpet av ikke-reproduktive perioder for å minimere innvirkningen på rekrutteringsprosesser. Den offentlig tilgjengelige databasen, FMGA, er et verktøy for forskere og ledere for å få viktig reproduksjons informasjon om alle mål typer av ferskvanns blåskjell. Databasen vil også fremheve data gap, oppmuntre til videre forskning på Art-spesifikke ruge mønstre. Siden forstå en art reproduktive mønster gjør det mulig for tilstrekkelig ledelse beslutninger skal gjennomføres, håper vi at vår protokoll og database tilrettelegge fremtidige ferskvanns blåskjell forskning, konservering og utvinning.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil gjerne takke finansieringen kilder: US Fish and Wildlife Service og US Geological Survey. En spesiell takk til Andrew Goodman og Sandra Pursifull for organisering feltet mannskaper og datainnsamling, sammen med Lauren Patterson og Chris Anderson for sine verdifulle bidrag til database utvikling. Vi vil også gjerne takke alle som hjalp i felten og laboratoriet med Sherry Bostick, Markus Cantrell, Sahale Casebolt, Jordan Holcomb, Howard Jelks, Gary Mahon, John McLeod, Kyle Moon, Cayla Morningstar, Emma ligaer, Matt Rowe, Channing St. Aubin, og Jim Williams. All bruk av handels-, firma-eller produktnavn er kun ment som beskrivende, og innebærer ikke godkjennelse fra amerikanske myndigheter.
1.5 mL snap cap centrifuge tubes | USA Scientific | 1615-5510 | Snap cap tubes are important in the field so the loose screw cap is not lost. |
20 G needle on 10 mL disposable syringe | Exelint International | 26255 | sterile 10 mL disposable syringe with needle Model: 10ml Luer Lock Tip W/20G X 1 1/2" |
Dissecting Microscope | any | any | |
Marking Pen | Fisher Scientific | 13-379-4 | This is what we used but any marker that can write on small plastic tubes will do. This one is fairly ethanol and water proof. |
Molecular grade ethanol | any | any | Needed if preserving gill contents. Non-denatured 95% is needed for genetic work, 70% is needed for SEM imaging work. |
Paper | any | any | Needed to record information on samples collected. |
Pen/pencil | any | any | If in the field, better to write on waterproof paper with pencil so it doesn't smear. If in the museum/lab, any writing utensil is fine. |
Petri dish | DWK Life Sciences (Kimble) | 23000-9050 | This is what we used but any petri dish available is fine. It is nicer to have the taller walls in case too much water is used. |
Sodium Chloride | any | any | Needed for NaCl test for reactive glochidia. Preserved samples do not need this. |
Speculum | any | any | Only needed if you want help opening the valves of a live mussel. |
Sterile water | any | any | Added to gill samples to be evaluated for reactivity within 24 hours of collection. |
Super glue | Gorilla | Gorilla super glue gel | Used to apply tags and only needed if conducting a capture-mark-recapture study. |
Tags | Hallprint | FPN 8×4 | Only needed if conducting a capture-mark-recapture study. |
Transfer Pipet | Thermo Scientific Samco | 225 | This is what we use but any transfer pipet or squirt bottle is applicable. |
Tweezers | any | any | Needed to move crystals of NaCl for salt test. Preserved samples do not need this. |
Waterproof paper | RainWriter | any | Only needed if conducting work in the field. This allows you to record information on each individual gill contents are extracted from. |
Wooden pick | any | any | Only needed if you want help opening the valves of a live mussel. |