Een eenvoudige benadering van opgeloste zuurstof for Animal Behavior Observaties manipuleren
Summary
Dit artikel beschrijft een eenvoudige en reproduceerbare protocol om opgeloste zuurstof omstandigheden in een laboratorium omgeving voor gedrag dierstudies manipuleren. Dit protocol kan worden gebruikt in zowel het onderwijs en onderzoek laboratorium instellingen organismal reactie van macrofauna, vissen, amfibieën of op veranderingen in de concentratie van opgeloste zuurstof te evalueren.
Abstract
Het vermogen om opgeloste zuurstof (DO) in een laboratoriumomgeving manipuleren significante toepassing op een aantal ecologische en organismaal gedrag vragen onderzoeken. De hier beschreven protocol voorziet in een eenvoudige, reproduceerbare en gecontroleerde manier te manipuleren doen om behavioral reactie in het water levende organismen als gevolg van hypoxie en zuurstofloze omstandigheden te bestuderen. Tijdens het uitvoeren ontgassen water met stikstof gewoonlijk wordt gebruikt in het laboratorium instellingen, geen expliciete methode ecologische (levende) toepassing bestaat in de literatuur, en dit protocol als eerste een protocol om water te ontgassen organismal respons waar te beschrijven. Deze techniek en protocol werden ontwikkeld voor rechtstreekse aanvraag voor aquatische macrofauna; kon echter kleine vissen, amfibieën en andere ongewervelde gewervelde dieren gemakkelijk worden vervangen. Het maakt gemakkelijke manipulatie van DO variërend van 2 mg / l tot 11 mg / l met stabiliteit tot 5 min dierlijke observatieperiode.Beyond a 5 min observatieperiode watertemperaturen begon te stijgen, en op 10 min DOEN levels werd te instabiel te onderhouden. Het protocol is schaalbaar tot de studie organisme, reproduceerbaar en betrouwbaar, waardoor een snelle implementatie in inleidende onderwijs laboratoria en onderzoek op hoog niveau toepassingen. De verwachte resultaten van deze techniek dienen betrekking opgeloste zuurstof wijzigingen gedragsreacties organismen.
Introduction
Opgeloste zuurstof (DO) is een belangrijke parameter fysiochemische belang bij het mediëren diverse biologische en ecologische processen in aquatische ecosystemen. Blootstelling aan acute en chronische sub-dodelijke hypoxie verminderen groeicijfers in bepaalde levende insecten en het voortbestaan van insecten blootgesteld 1 te verminderen. Dit protocol is ontwikkeld om een gecontroleerde manier te verstrekken aan DO niveaus manipuleren stroom water naar de effecten op het gedrag van dieren te observeren. Omdat overleven alle aërobe water levende organismen 'afhankelijk van de zuurstofconcentratie in om te leven en te reproduceren, worden veranderingen in de concentratie van DO vaak tot uiting in gedragsveranderingen door organismen. Meer mobiele ongewervelde dieren en vissen zijn waargenomen om te reageren op lage zuurstofconcentraties (hypoxie) door te trachten locales met hogere DO 2,3. Voor minder mobiele het water levende organismen, gedragsaanpassingen om de inname van DO te verhogen kan de enige realistische optie. De aquatische macro-invertebraat levensgemeenschappen orde van PlecOptera (stonefly) is aangegeven op "push-up" bewegingen uitvoeren om de waterstroom en zuurstofopname te verhogen, tegenover de uitwendige kieuwen 4-6. Deze adaptieve gedrag waargenomen in de natuur en in laboratoriumexperimenten.
Laboratorium manipulatie van DO in water opent aanzienlijke mogelijkheden voor het gedrag van dierproeven, maar belangrijke lacunes in methodologische implementatie bestaan. Bijvoorbeeld, een studie gebruikte grote aquaria om de fysiologische responstijd van Largemouth bass (Micropterus salmoides) naar hypoxische omgevingen na begassing met stikstof te evalueren, maar weinig detail wordt gegeven voor de methodiek 7. Een andere studie uitgevoerd op Zebra vis (Danio rerio) beschreven met behulp van stikstofgas en een poreuze steen om gas te leveren aan water en de DO van het water 8 verminderen. Voor de chemie-gebaseerde toepassingen, methoden voor het ontgassen van oplosmiddelen te gebruiken gespecialiseerdeInrichting 9-11 om zuurstof uit oplosmiddelen te verwijderen, maar niet geschikt voor het gedrag dierstudies. Hoewel deze studies met methoden om zuurstof uit water te verwijderen, kon geen beschrijvende methode gekozen die het mogelijk maken voor de evaluatie van het gedrag van dieren in reactie op veranderingen DO.
Deze werkwijze hierna beschreven is een poging om een protocol voor manipulatie van DO van water volledig te beschrijven met stikstofgas. Verder werd deze methode ontwikkeld in de richting van het observeren van de relaties tussen stonefly gedrag (push-ups) en DO die werd gebruikt in een eerstejaars-niveau biologie laboratorium. Een van de belangrijkste voordelen van deze methode is dat het gemakkelijk kan worden uitgevoerd in een laboratorium met gemeenschappelijke glaswerk en materialen toegankelijk voor de meeste middelbaar en hoger onderwijs instellingen. Het protocol is ook eenvoudig aan te passen, waardoor individuen om de procedure om de uiteengezet voor onderzoek of onderwijs toepassingen doelstellingen te schalen. </p>
Protocol
Representative Results
Discussion
kritische stappen
Deze procedure zorgt voor een eenvoudige en efficiënte manier te doen te manipuleren in een laboratorium setting om behavioral studies uit te voeren op het water levende organismen. We vonden er zijn een aantal cruciale stappen / zaken bewust te zijn van bij het uitvoeren van dit experiment die direct verband houden met de uitkomsten. In een proef, is het essentieel om de kamerdruk op veranderingen in de partiële druk van gassen boven het water te vermijden behouden en daaropvolgende DO schomm…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The Authors would first like to acknowledge all students from the freshman Biology 121- Ecology Module lab at Juniata College for their help in generating data used in this study. We would also like to thank Dr. Randy Bennett, Chris Walls, Sherry Isenberg, and Taylor Cox for their assistance in acquiring materials necessary to develop this methodology. Additionally, we would like to thank Dr. Norris Muth and Dr. John Unger for their advice on methodological development and Dr. Jill Keeney and the Biology department for their support of this endeavor. We would also like to thank the anonymous reviewers that have helped to shape and focus this manuscript. Last but not least, I'd like to thank Hudson Grant for his help with the initial stonefly collection for use in development of this technique
Materials
| Filter flask 2 L | Pyrex | 5340 | |
| Rubber Stopper size 6 | Sigma-Aldrich | Z164534 | |
| Nalgene 180 Clear Plastic Tubing | Thermo Scienfitic | 8001-1216 | |
| Whisper 60 air pump | Tetra | N/A | |
| Standard flexible Air line tubing | Penn Plax | ST25 | |
| 0.25 inch Copper tubing | Lowes Home Improvement | 23050 | |
| Male hose barb | Grainger | 5LWH1 | |
| Female Connector | Grainger | 20YZ22 | |
| Heavy Duty Dissolved Oxygen Meter | Extech | 407510 | |
| Nitrogen gas | Matheson TRIGAS | N/A | |
| Radnor AF150-580 Regulator | Airgas | RAD64003036 |
References
- Hoback, W., Stanley, D. Insects in hypoxia. J. Insect Physiol. 47 (6), 533-542 (2001).
- Craig, J., Crowder, L. Hypoxia-induced habitat shifts and energetic consequences in Atlantic croaker and brown shrimp on the Gulf of Mexico shelf. Mar Ecol-Prog Ser. 294, 79-94 (2005).
- Gaulke, G., Wolfe, J., Bradley, D., Moskus, P., Wahl, D., Suski, C. Behavioral and Physiological Responses of Largemouth Bass to Rain-Induced Reductions in Dissolved Oxygen in an Urban System. T Am Fish Soc. 144 (5), 927-941 (2015).
- Genkai-Kato, M., Nozaki, K., Mitsuhashi, H., Kohmatsu, Y., Miyasaka, H., Nakanishi, M. Push-up response of stonefly larvae in low-oxygen conditions. Ecol Res. 15 (2), 175-179 (2000).
- McCafferty, W. . Aquatic Entomology: The Fishermen’s and Ecologists’ Illustrated Guide to Insects and Their Relatives. , (1983).
- Chapman, L., Schneider, K., Apodaca, C., Chapman, C. Respiratory ecology of macroinvertebrates in a swamp-river system of east Africa. Biotropica. 36 (4), 572-585 (2004).
- Suski, C., Killen, S., Kieffer, J., Tufts, B. The influence of environmental temperature and oxygen concentration on the recovery of largemouth bass from exercise implications for live – release angling tournaments. J Fish Biol. 68, 120-136 (2006).
- Abdallah, S., Thomas, B., Jonz, M. Aquatic surface respiration and swimming behaviour in adult and developing zebrafish exposed to hypoxia. J Exp Biol. 218 (11), 1777-1786 (2015).
- Gassmann, H., Chen, C., Vermot, M. Method and apparatus for degassing viscous liquids and removing gas bubbles suspended therein. US patent. , (1974).
- Berndt, M., Schomburg, W., Rummler, Z., Peters, R., Hempel, M. Apparatus for degassing liquids. US patent. , (2001).
- Sims, C., Gerner, Y., Hamberg, K. Vacuum degassing. US patent. , (2002).
- Barbour, M., Gerritsen, J., Snyder, B., Stribling, J. Report number EPA 841-B-99-002. Rapid bioassessment protocols for use in streams and wadeable rivers. , (1999).
- Anderson, T., Darling, D. A Test of Goodness of Fit. J Am Stat Assoc. 49 (268), 765-769 (1954).
- Rounds, S., Wilde, F., Ritz, G. Chapter A6 Field Measurements. Section 6.2 DISSOLVED OXYGEN. National Field Manual for the Collection of Water-Quality Data. , (2013).
- Hem, J. . Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural. , (1985).
- Burggren, W. 34;Air Gulping" Improves Blood Oxygen Transport during Aquatic Hypoxia in the Goldfish Carassius auratus. Physiol Zool. 55 (4), 327-334 (2015).
- Frederic, H., Mathieu, J., Garlin, D., Freminet, A. Behavioral, Ventilatory, and Metabolic Responses to Severe Hypoxia and Subsequent Recovery of the Hypogean Niphargus rhenorhodanensis and the Epigean Gammarus fossarum (Crustacea: Amphipoda). Physiol Zool. 68 (2), 223-244 (2015).
- Ultsch, G., Duke, J. Gas Exchange and Habitat Selection in the Aquatic Salamanders Necturus maculosus and Cryptobranchus alleganiensis. Oecologia. 83 (2), 250-258 (1990).
