Un approccio semplice per manipolare ossigeno disciolto per Osservazioni Comportamento animale
Summary
Questo articolo descrive un protocollo semplice e riproducibile per manipolare le condizioni di ossigeno disciolto in un ambiente di laboratorio per gli studi di comportamento animale. Questo protocollo può essere utilizzato in entrambe le impostazioni di insegnamento e laboratorio di ricerca per valutare la risposta organismal di macroinvertebrati, pesci, anfibi o alle variazioni di concentrazione di ossigeno disciolto.
Abstract
La capacità di manipolare ossigeno disciolto (DO) in un ambiente di laboratorio ha un'applicazione significativo per indagare su una serie di domande comportamento ecologico e degli organismi. Il protocollo qui descritto fornisce un metodo semplice, riproducibile e controllato per manipolare DO per studiare risposta comportamentale in organismi acquatici ottenuti da ipossia e condizioni anossiche. Durante l'esecuzione di degassificazione di acqua con azoto è comunemente usato in laboratorio, nessun metodo esplicita per ecologica applicazione (acquatico) esiste nella letteratura, e questo protocollo è il primo a descrivere un protocollo per degassano acqua per osservare risposta organica. Questa tecnica e il protocollo sono stati sviluppati per l'applicazione diretta di macroinvertebrati acquatici; Tuttavia, piccoli pesci, anfibi e altri vertebrati acquatici potrebbero essere facilmente sostituiti. Esso consente una facile manipolazione dei livelli DO vanno da 2 mg / L a 11 mg / L con stabilità fino ad un periodo di osservazione animali-5 min.Al di là di un periodo di 5 minuti di osservazione la temperatura dell'acqua ha cominciato a salire, ed a 10 min DO livelli è diventato troppo instabile per mantenere. Il protocollo è scalabile per l'organismo studio, riproducibile e affidabile, consentendo una rapida implementazione in laboratori didattici introduttivi e applicazioni di ricerca di alto livello. I risultati attesi di questa tecnica dovrebbe riferirsi sciolto modifiche ossigeno alle risposte comportamentali degli organismi.
Introduction
ossigeno disciolto (DO) è un parametro fisico-chiave importante nel mediare una serie di processi biologici ed ecologici all'interno degli ecosistemi acquatici. Le esposizioni verso ipossia acuta e cronica sub-letali di ridurre i tassi di crescita in certi insetti acquatici e riducono la sopravvivenza degli insetti esposti 1. Questo protocollo è stato sviluppato per fornire un metodo controllato per manipolare i livelli facciamo in acqua corrente per osservare gli effetti sul comportamento animale. Dal momento che la sopravvivenza tutti gli organismi acquatici aerobici che dipende dalla concentrazione di ossigeno per vivere e riprodursi, i cambiamenti nella concentrazione di DO sono spesso riflettono in cambiamenti comportamentali da parte di organismi. Altri invertebrati acquatici mobili e pesci sono stati osservati per rispondere a basse concentrazioni di ossigeno (ipossia) attraverso la ricerca di locali con una maggiore DO 2,3. Per gli organismi acquatici mobili meno, adattamenti comportamentali per aumentare l'assunzione di DO può essere l'unica opzione praticabile. L'ordine di macroinvertebrati acquatici di PlecOPTera (Stonefly) è stato notato per eseguire movimenti "push-up" per aumentare il flusso di acqua, e l'assorbimento di ossigeno, attraverso le loro branchie esterne 4 – 6. Tali comportamenti adattativi sono stati osservati negli ambienti naturali e in esperimenti di laboratorio.
manipolazione Laboratorio di DO in acqua apre notevoli opportunità per gli studi del comportamento animale, ma esistono lacune significative nella distribuzione metodologica. Per esempio, uno studio ha utilizzato grandi acquari per valutare il tempo di risposta fisiologica di persico trota (Micropterus salmoides) per ambienti di ipossia seguito gassificazione con l'azoto, ma i dettagli scarsa è dato per la metodologia 7. Un altro studio condotto su Zebra pesce (Danio rerio) descritta utilizzando gas di azoto e una pietra porosa per fornire il gas per l'acqua e ridurre il DO dell'acqua 8. Per applicazioni chimica basata, metodi per la degasificazione di solventi utilizzano specializzatoApparecchi 9 – 11 per rimuovere ossigeno da solventi, ma non sarebbe adatto per studi sul comportamento animale. Mentre questi studi impiegano metodi per rimuovere ossigeno da acqua, nessun metodo descrittivo potrebbe essere identificato che permetterebbe valutazione del comportamento animale in risposta ai cambiamenti DO.
Questo metodo descritto qui di seguito è un tentativo di descrivere completamente un protocollo per la manipolazione di DO di acqua utilizzando gas azoto. Inoltre, questo metodo è stato sviluppato verso osservando le relazioni tra comportamento Stonefly (flessioni) e DO che è stato impiegato in un laboratorio di biologia a livello di matricola. Uno dei principali vantaggi di questo metodo è che può facilmente essere eseguita all'interno di un laboratorio con vetro e di prodotti accessibili alla maggior parte degli istituti di istruzione secondaria e superiore comune. Il protocollo è anche facilmente adattabile, permettendo alle persone di scalare la procedura per raggiungere gli obiettivi stabiliti per le applicazioni di ricerca e di insegnamento. </p>
Protocol
Representative Results
Discussion
passaggi critici
Questa procedura fornisce un modo semplice ed efficace per manipolare fare in un ambiente di laboratorio per eseguire studi comportamentali sugli organismi acquatici. Abbiamo trovato lì per essere diversi critici passi / oggetti di essere a conoscenza di quando si esegue questo esperimento che direttamente correlata ai risultati. All'interno di un processo, è fondamentale per mantenere la pressione della camera per evitare variazioni della pressione parziale del gas sopra l'acqua, e la …
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 |
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