Ein einfacher Ansatz zur Manipulation von gelöstem Sauerstoff für Tierverhaltensbeobachtungen
Summary
Dieser Artikel beschreibt eine einfache und reproduzierbare Protokoll gelösten Sauerstoffbedingungen im Labor für Tierverhaltensstudien zu manipulieren. Dieses Protokoll kann in Lehre und Forschung Labor-Einstellungen verwendet werden, um organismal Antwort von Makrozoobenthos, Fische oder Amphibien zu Veränderungen in der Konzentration des gelösten Sauerstoffs zu bewerten.
Abstract
Die Fähigkeit, gelösten Sauerstoff zu manipulieren (DO) in einer Laborumgebung hat bedeutende Anwendung eine Reihe von ökologischen und organismischen Verhalten Fragen zu untersuchen. Das hier beschriebene Protokoll bietet eine einfache, reproduzierbare und kontrollierte Methode zur Manipulation Verhaltensreaktion in Wasserorganismen zu untersuchen DO aus hypoxischen und anoxischen Bedingungen. Während Entgasung von Wasser durchführt mit Stickstoff häufig in Laborumgebungen, keine explizite Methode für ökologische (Wasser) Anwendung besteht in der Literatur verwendet wird, und dieses Protokoll ist das erste, ein Protokoll zu entgasen Wasser zu beobachten organismal Antwort zu beschreiben. Diese Technik und das Protokoll wurden für die direkte Anwendung für Wasser macroinvertebrates entwickelt; jedoch, kleine Fische, Amphibien und andere im Wasser lebende Wirbel leicht ersetzt werden könnte. Es ermöglicht die einfache Handhabung der Ebenen DO im Bereich von 2 mg / L bis 11 mg / L mit Stabilität für bis zu 5 min Tierbeobachtungszeitraum.Neben einer 5-minütigen Beobachtungsperiode begann Wassertemperaturen steigen und bei 10 min Ebenen zu instabil DO wurde zu halten. Das Protokoll ist skalierbar auf die Studie Organismus, reproduzierbar und zuverlässig, so dass für eine schnelle Umsetzung in Einführungslehrlabors und High-Level-Forschungsanwendungen. Die zu erwartenden Ergebnisse dieser Technik sollte Sauerstoff Änderungen Verhaltensreaktionen von Organismen betreffen, gelöst.
Introduction
Gelöster Sauerstoff (DO) ist ein wichtiger physikalisch-chemischen Parameter wichtig, in eine Reihe von biologischen und ökologischen Prozesse in aquatischen Ökosystemen zu vermitteln. Exposures zu akuten und chronischen subletalen Hypoxie Wachstumsraten in bestimmten im Wasser lebenden Insekten zu verringern und das Überleben der Insekten reduzieren 1 ausgesetzt. Dieses Protokoll wurde entwickelt, um eine kontrollierte Verfahren zu schaffen, DO Ebenen im Strom Wasser zu beobachten, die Auswirkungen auf das Verhalten der Tiere zu manipulieren. Da alle aeroben Wasserorganismen "Überleben auf der Sauerstoffkonzentration reflektiert, um zu leben und zu reproduzieren abhängt, sind Veränderungen in der Konzentration von DO oft in Verhaltensänderungen von Organismen. Mehr mobilen wirbellosen Wassertieren und Fischen beobachtet wurden zu niedrige Sauerstoffkonzentrationen (Hypoxie) von der Suche nach Schauplätzen mit höheren DO 2,3 zu reagieren. Für weniger mobile Wasserorganismen, zu Verhaltensanpassungen Aufnahme von DO erhöhen die einzig gangbare Option sein. Die Wasser Makroinvertebraten Reihenfolge der PlecOPTera (stonefly) wurde festgestellt , "Push-up" Bewegungen auszuführen , um die Strömung des Wassers zu erhöhen, und die Aufnahme von Sauerstoff, über ihre äußere Kiemen 4 – 6. Diese adaptive Verhalten wurden in natürlichen Umgebungen und in Laborexperimenten beobachtet.
Labor Manipulation von DO in Wasser eröffnet bedeutende Möglichkeiten für Tierverhaltensstudien, aber erhebliche Lücken in methodischen Einsatz existieren. Zum Beispiel verwendet eine Studie große Aquarien , die physiologische Reaktionszeit von Forellenbarsch (Micropterus salmoides) zu hypoxischen Umgebungen mit Stickstoff folgende Vergasung zu bewerten, aber kaum Detail ist für die Methodik 7 gegeben. Eine weitere Studie durchgeführt , auf Zebrafisch (Danio rerio) beschrieben Stickstoffgas und einen porösen Stein Gas zu Wasser zu liefern und die DO des Wassers 8 zu reduzieren. Für die Chemie-basierte Anwendungen, Verfahren zur Entgasung von Lösungsmitteln verwenden spezialisierteGerät 9. – 11. Sauerstoff aus Lösungsmittel zu entfernen, würde aber für den tierischen Verhaltensforschung nicht geeignet sein. Während diese Studien Methoden verwenden Sauerstoff aus Wasser zu entfernen, konnte keine beschreibenden Verfahren identifiziert werden, die für die Beurteilung des Verhaltens von Tieren in Reaktion erlauben würde, Veränderungen zu tun.
Dieses Verfahren im folgenden beschrieben ist der Versuch, vollständig ein Protokoll für die Manipulation von DO Wasser beschreiben durch Stickstoffgas. Ferner wurde diese Methode zu beobachten Beziehungen zwischen stonefly Verhalten (pushups) entwickelt und tun, dass in Freshman-Ebene biologischen Labor eingesetzt wurde. Einer der wichtigsten Vorteile dieser Methode ist, dass es leicht in einem Labor mit gemeinsamen Glaswaren und Materialien zugänglich für die meisten sekundären und Hochschulen durchgeführt werden kann. Das Protokoll ist auch leicht anpassbar, so dass für den Einzelnen, das Verfahren zu skalieren, die Ziele für die Forschung oder Lehre Anwendungen dargelegt zu erfüllen. </p>
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische Schritte
Dieses Verfahren stellt eine einfache und effiziente Art und Weise müssen in einer Laborumgebung zu manipulieren Verhaltensstudien auf Wasserorganismen durchzuführen. Wir fanden es mehrere wichtige Schritte / Positionen zu sein, bewusst zu sein, wenn dieses Experiment durchführen, die auf die Ergebnisse in direktem Zusammenhang. In einem Versuch, ist es entscheidend, den Kammerdruck zu vermeiden Änderungen des Partialdruckes von Gasen über dem Wasser, und anschließende DO Schwankungen auf…
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
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