גישה פשוטה מניפולציות חמצן מומס לתצפיות התנהגות בעלי החיים
Summary
מאמר זה מתאר פרוטוקול פשוט לשחזור כדי לתפעל תנאי חמצן מומסים במעבדת הגדרה ללימודי התנהגות בעלי החיים. פרוטוקול זה יכול לשמש הוא הגדרות הוראת מעבדת המחקר להעריך תגובה האורגניזם של חסרי חוליות, דגים, דו-חיים או לשינויים בריכוז חמצן מומס.
Abstract
היכולת לתפעל חמצן מומס (DO) במעבדת הגדרה יש משמעות ישומית לחקור מספר שאלות התנהגות אקולוגיות האורגניזם. הפרוטוקול המתואר כאן מספק שיטה פשוטה, לשחזור, ומבוקר לתמרן לעשות כדי ללמוד תגובה התנהגותית באורגניזמים ימיים הנובעות מחוסר חמצן ותנאי anoxic. בעת ביצוע degasification מים עם החנקן הוא נפוץ הגדרות במעבדה, אין שיטה מפורשת לשימוש אקולוגי (מימי) קיימת בספרות, ואת הפרוטוקול זה הוא ראשון שתאר פרוטוקול degasify מים להתבונן בתגובה האורגניזם. טכניקת פרוטוקול זה פותחו עבור יישום ישיר עבור חסרי חוליות ימיות; עם זאת, דגים קטנים, דו-חיים, ובעלי חוליות מימיות אחרות לא יוכל להחליף בקלות. זה מאפשר מניפולציה קלה של רמות DO הנעה בין 2 מ"ג / L עד 11 מ"ג / L עם יציבות עד לתקופת חיה בטחונית 5 דקות.מעבר לכל טמפרטורות מי תצפית תקופה של 5 דקות החלו לעלות, וב -10 דקים 'DO הרמות הפכו יציבות מכדי לשמור. הפרוטוקול הוא ניתן להרחבה עד האורגניזם המחקר, לשחזור, אמין, המאפשר יישום מהיר לתוך מעבדות הוראת היכרות ויישומי מחקר ברמה גבוהה. התוצאות הצפויות של טכניקה זו צריכות להתייחס מומסות שינויי חמצן תגובות התנהגותיות של אורגניזמים.
Introduction
חמצן מומס (DO) הוא פרמטר physiochemical מפתח חשוב בתיווך מספר התהליכים ביולוגיים ואקולוגיים בתוך מערכות אקולוגיות מימיות. חשיפה לסיכוני היפוקסיה תת-קטלנים חריפה וכרונית להפחית את שיעורי צמיחת חרקים ימיים מסוימים ולהפחית את ההישרדות של חרקים חשופים 1. פרוטוקול זה פותח כדי לספק שיטה מבוקרת לתפעל רמות DO במים זרמו בבחינת ההשפעות על התנהגות בעלי חיים. מכיוון שכל ההישרדות 'אורגניזמים הימיים האירוביים תלויה בריכוז החמצן כדי לחיות ולהתרבות, שינויים בריכוזים של DO משתקפים לעתים קרובות שינויים התנהגותיים על ידי אורגניזמים. עוד חסר חוליות ודגים ניידות מימיות נצפו להגיב ריכוזי חמצן נמוכים (חוסר חמצן) על ידי מבקשי אזורים עם DO הגבוה 2,3. לאורגניזמים מימיים ניידים פחות, עיבודים התנהגותי להגדיל את הצריכה של DO עשויה להיות האפשרות המעשית היחידה. צו macroinvertebrate המימי של Plecoptera (Stonefly) כבר ציין לבצע תנועות "שכיבות למעלה" כדי להגביר את זרימת המים, ספיגת החמצן, על פני הזימים 4 החיצוני שלהם – 6. התנהגויות מסתגלות אלו נצפו בסביבות טבעיות בניסויי מעבדה.
מניפולציה מעבדה של DO במים פותחת הזדמנויות משמעותיות ללימודי התנהגות בעלי חיים, אך פערים משמעותיים פריסה מתודולוגית להתקיים. לדוגמא, מחקר אחד המשמש לאקווריום גדול כדי להעריך את זמן תגובה הפיזיולוגי של בס Largemouth (salmoides Micropterus) לסביבות היפוקסי הבאים בגז עם חנקן, אבל פרט דל ניתן לחישוב על פי השיטה 7. מחקר נוסף מבוצע על דג הזברה (Danio rerio) מתואר באמצעות גז חנקן אבן נקבובית לספק גז מים ולהפחית את DO של המים 8. עבור יישומים מבוססי כימיה, שיטות degasification ממס לנצל מיוחדותמנגנון 9 – 11 כדי להסיר חמצן ממסים, אבל לא יהיה מתאים מחקרי התנהגות בעלי החיים. בעוד שמחקרים אלה מפעילים שיטות להסרת חמצן ממים, אין שיטה תיאורי ניתן היה לזהות שתאפשר הערכה של התנהגות בעלי חיים בתגובה DO שינויים.
שיטה זו המתוארת להלן היא ניסיון מתארים פרוטוקול מלא עבור מניפולציה של DO של מים באמצעות גז חנקן. יתר על כן, שיטה זו פותחה כלפי התבוננות יחסים בין התנהגות Stonefly (שכיבות שמיכה) ולעשות כי הועסק במעבדה לביולוגיה בכיתה ט 'ברמה. אחד היתרונות העיקריים של שיטה זו היא שהיא יכולה להתבצע בקלות בתוך מעבדה עם זכוכית משותפת וחומרים ונגישים ביותר במוסדות להשכלה תיכוניים וגבוהים. הפרוטוקול הוא גם להתאמה בקלות, ומאפשר לאנשים לטפס על ההליך כדי לעמוד ביעדים שנקבעו עבור יישומי מחקר או הוראה. </p>
Protocol
Representative Results
Discussion
צעדים קריטיים
הליך זה מספק דרך פשוטה ויעילה כדי לתפעל DO במעבדת הגדרה לבצע מחקרים התנהגותיים על אורגניזמים ימיים. מצאנו שם כדי להיות מספר צעדים / פריטים קריטיים להיות מודע בעת ביצוע הניסוי הזה קשור ישירות את התוצאות. זוטא, הוא קריטי כדי לשמור על הלחץ הקאמרי להימנע ?…
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).
