간단한 접근 방식은 동물 행동 관찰을위한 용존 산소를 조작하는
Summary
이 문서 동물 행동 실험을위한 실험실 설정에서 용존 산소 조건을 조작 할 수있는 간단하고 재현 가능한 프로토콜을 설명한다. 이 프로토콜은 용존 산소 농도의 변화에 대형 무척추 동물, 어류, 양서류 또는 유기체의 반응을 평가하기 위해 모두 교육 및 연구 실험실 설정에서 사용될 수있다.
Abstract
실험실 환경에서 용존 산소를 (DO) 조작 할 수있는 능력은 생태 학적 유기체의 행동 문제의 수를 조사 할 중요한 응용 프로그램이 있습니다. 여기에 설명 된 프로토콜은 저산소 및 무산소 조건으로 인한 수생 생물의 행동 반응을 연구하기 위해 DO 조작 할 수있는 간단하고 재현성 및 제어 방법을 제공한다. 질소는 통상적으로 실험실 설정에서 사용되는 물의 탈기를 수행하는 동안, 생태 (수중) 애플리케이션에 대한 명시적인 방법은 문헌에 존재하지 않고,이 프로토콜은 유기체의 반응을 관찰하기 위해 물 degasify하는 프로토콜을 기술하는 제이다. 이 기술 및 프로토콜은 수생 대형 무척추 동물에 대한 직접 응용 프로그램에 대한 개발되었다; 그러나, 작은 물고기, 양서류 및 기타 수생 척추 동물은 쉽게 대체 될 수 있습니다. 그것은 2 ㎎ / ℓ에서 11 밀리그램 / 안정성 L에 이르기까지 DO 수준의 쉬운 조작을 가능하게하기위한 5 분 동물 관찰 기간까지.5 분의 관찰 기간을 넘어 물 온도가 상승하기 시작, 10 분 DO에서 수준을 유지하기에 너무 불안정했다. 이 프로토콜은 입문 교육 연구소와 높은 수준의 연구 응용 프로그램에 신속한 구현을 허용, 연구 유기체로 확장 재현하고 신뢰할 수 있습니다. 이 기술의 예상 결과는 생물의 행동 반응에 산소 변화를 용해 관련이 있어야합니다.
Introduction
용존 산소 (DO)는 수중 생태계 내에서 생물학적, 생태 학적 프로세스의 번호를 매개하는 중요한 열쇠 물리 화학적 매개 변수입니다. 급성 및 만성 하위 치명적 저산소증에 노출 특정 수생 곤충의 성장 속도를 줄이고 1 노출 곤충의 생존을 줄일 수 있습니다. 이 프로토콜은 동물 행동에 미치는 영향을 관찰하기 위해 스트림 물 DO 수준을 조작 제어 방법을 제공하기 위해 개발되었다. 모든 호기성 수생 생물 생존 살고 재현하기 위해 산소 농도에 의존하기 때문에, DO의 농도의 변화는 종종 생물에 의한 행동 변화에 반영됩니다. 더 많은 모바일 수생 무척추 동물과 물고기가 높은 DO 2,3와 로케일을 추구하여 낮은 산소 농도 (저산소증)에 대응하는 관찰되었다. 이하 모바일 수생 생물의 경우, 행동 적응이 유일한 실행 가능한 옵션이 될 수있다 DO의 섭취를 증가시킵니다. PLEC의 수생 대형 무척추 동물 순서6 – optera (stonefly)는 자신의 외부 아가미 4에서 산소의 물 흐름과 흡수를 증가시키기 위해 "푸시 업"운동을 수행하는 데 주목하고있다. 이러한 적응 행동은 자연 환경과 실험실 실험에서 관찰되었다.
물 DO의 실험 조작은 동물 행동 연구를위한 중요한 기회를 열어하지만, 방법 론적 전개에 상당한 격차가 존재한다. 예를 들어, 한 연구는 질소 가스 배출은 다음과 저산소 환경에 더럽혀진베이스의 생리적 반응 시간 (Micropterus의 salmoides)을 평가하기 위해 대형 수족관을 사용하지만, 부족한 세부 사항은 방법론 7 주어진다. 제브라 물고기 (다니오 레 리오)에서 수행하는 또 다른 연구는 물에 가스를 제공하고, 물 (8)의 DO를 줄이기 위해 질소 가스를 다공질 돌을 이용하여 설명했다. 화학 기반 응용 프로그램의 경우, 용매의 탈기 방법은 전문적인 활용장치 9-11은 용매로부터 산소를 제거 할 수 있지만, 동물 행동 연구에 적합하지 않을 것입니다. 이 연구는 물에서 산소를 제거하는 방법을 사용하지만, 더 설명하는 방법은 변경 작업을 수행하는 응답 동물의 행동의 평가를 허용하는 것을 식별 할 수있다.
이하 설명 된이 방법은 충분히 질소 가스를 사용하여 물 DO 조작을위한 프로토콜을 기술하기위한 시도이다. 또한,이 방법은 stonefly 동작 (팔 굽혀 펴기) 사이의 관계를 관찰으로 개발하고 그 학년 수준의 생물학 실험실에서 사용 하였다 DO했다. 이 방법의 주요 이점 중 하나는 쉽게 공통 유리 대부분 이차 높은 교육 기관 액세스 재료 실험실 내에서 수행 될 수 있다는 것이다. 이 프로토콜은 개인 연구 또는 교육 응용 프로그램에 명시된 목표를 달성하는 절차를 확장 할 수 있도록 쉽게 적응할 수있다. </P>
Protocol
Representative Results
Discussion
중요한 단계
이 절차는 수생 생물의 행동 연구를 수행하기 위해 실험실 설정에서 DO를 조작하는 간단하고 효율적인 방법을 제공한다. 우리는 직접 결과와 관련이 실험을 수행 할 때 알아야 할 몇 가지 중요한 단계 / 항목이있을 발견했다. 시험 내에서, 물 위의 가스의 분압의 변화를 방지하는 챔버 압력을 유지하는 것이 중요하고, 후속의 변동을한다. 프로토콜의 "실험 장치의 안정성을 테…
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).
