قياس الضغط مراقب (SGM) "قياسات تثاءب صمام المستمر" في "الرخويات الصدفتين" في استجابة لنقص ركوب الدراجات "البحرية الناجمة عن المختبر" والأس الهيدروجيني

Summary

فهم الاستجابات السلوكية من مغذيات تعليق ذات الصدفتين للمتغيرات البيئية، مثل الأكسجين المذاب، ويمكن شرح بعض عمليات النظام الإيكولوجي. قمنا بتطوير جهاز قياس الضغط غير مكلفة، والمستندة إلى المختبر، (SGM) لقياس استجابات تثاءب صمام المحار، Crassostrea فيرجينيكا، إلى نقص ركوب الدراجات البحرية ودرجة الحموضة الدورية.

Abstract

ووضع مراقب تثاءب صمام مقياس الضغط غير مكلفة، والمستندة إلى المختبر، (SGM) لرصد سلوك تثاءب صمام الرخويات ذات الصدفتين في استجابة لنقص ركوب الدراجات البحرية. كان متصلاً جسر ويتستون الانفعال التي تم إرفاقها لاصداف المحار (Crassostrea فيرجينيكا). الإشارات المسجلة المسموح به لفتح وإغلاق ذات الصدفتين بتسجيلها بشكل مستمر على مدى فترات يومين المستحثة تجريبيا نقص ركوب الدراجات البحرية وركوب الدراجات البحرية التغيرات في درجة الحموضة. هنا، يمكننا وصف بروتوكول لتطوير جهاز قياس الضغط غير مكلفة ووصف، في تجربة مختبرية مثال، كيف يمكننا استخدامه لقياس سلوك تثاءب صمام الشرقية المحار (C. فيرجينيكا)، في استجابة لنقص ركوب الدراجات البحرية و التغيرات الدورية في الأس الهيدروجيني. وتم قياس صمام تثاءب على المحار التعرض للتقلبات الدورية الحادة التاكسج (0.6 مغ/لتر) حلت ظروف الأوكسجين مع أو بدون تغييرات دورية في الأس الهيدروجيني ودورية خفيفة التاكسج (1.7 مغ/لتر) ظروف وشروط نورموكسيك (7.3 مغ/لتر). نظهر أن عندما تواجه المحار دورات البحرية المتكررة، أنهم سريعاً على قذائف في استجابة لنقص شديد أغلق ومع فارق زمني لنقص معتدل. عندما يتم استعادة نورموكسيا، سرعة فتح مرة أخرى. لم يستجب المحار لظروف الأس الهيدروجيني الدورية فرضه على البحرية ركوب الدراجات نقص شديد. في ظروف انخفاض الأكسجين، وأكثر من ثلث المحار مغلقة في وقت واحد. علينا أن نظهر أن المحار الاستجابة لنقص ركوب الدراجات البحرية، التي يجب مراعاتها عند تقييم سلوك ذات الصدفتين للأكسجين الذائب. صمام SGM يمكن استخدامها لتقييم استجابات الرخويات ذات الصدفتين للتغييرات في الأوكسجين الذائب أو الملوثات. ختم تقنيات لختم أفضل صمام تثاءب الانفعال من مياه البحر بحاجة إلى مزيد من التحسين لزيادة طول العمر من أجهزة الاستشعار.

Introduction

نقص، أي حل تركيزات الأكسجين [] بما فيه الكفاية منخفضة تؤثر تأثيراً سلبيا على البيولوجية والعمليات الإيكولوجية ولكن في كثير من الأحيان وظيفيا ويعرف [القيام] < 2 مغ/لتر¹، واكسجين (معرف وظيفيا ك [دو] من 0.0 0.2 مغ/L) تحدث أكثر تواترا وشدة في المياه الساحلية في العالم، ومصبات الأنهار و أعماق المحيطات^2،3 ، وكثيراً ما تتفاقم بزيادة المغذيات^4،5. مع حد مساحية متزايد من نقص واكسجين، تتأثر سلبا على الفونة العيانية وفقدان الموئل مدى ونوعية الموئل. ومن المتوقع تغير المناخ إلى تفاقم نقص واكسجين⁶.

في مصبات الأنهار الطبقية، وإثراء المغذيات كثيرة مثل خليج تشيسابيك، الولايات المتحدة الأمريكية، يمكن أن يسود نقص موسميا المستمرة ويمكن أن يحدث سنة بعد². وباﻹضافة إلى ذلك، ركوب الدراجات البحرية من نقص تواترا في مصبات الأنهار مثل خليج تشيسابيك ومواقع أخرى ويحدث متأخراً أثناء الليل أو في ساعات الصباح الباكر في الصيف^7،8.

وركزت معظم الدراسات على أثر التعرض المستمر للكائنات الحية إلى منخفضة [دو] وتسامحهم لنقص واكسجين^9،،من^1011،،من^1213،14 . وعلاوة على ذلك، بحثت دراسات في التحول على نطاق واسع في تكوين الأنواع التوزيعات ووفرة الأنواع استجابة لتمديد منخفضة [دو]^4،15. وكثيراً ما الأنواع التي حساسة جداً منخفضة [،] يموت في الجماهير،¹⁶ تحويل الأنواع المتبقية حيوانات الأصغر، أصغر حجماً، ولم تدم طويلاً كما، على سبيل المثال، وجدت في النظام الإيكولوجي “الجرف” تكساس لويزيانا⁴.

عادة ما تسبق التغيرات السلوكية انهيار المجتمع¹⁷ وأفادت الدراسات على الاستجابات السلوكية للكائنات الحية الموسعة منخفضة [دو]^4،16،،من^{1718،19 ،،}من^2021،،من^2223،24،25. ومع ذلك، هذه الدراسات، ولا تركز على الردود الواردة من الكائنات الحية لركوب الدراجات البحرية التعرض لنقص والطبيعة المتقلبة من توافر [] في مصبات الأنهار.

نقص ركوب الدراجات البحرية في مصبات الأنهار الضحلة تلقت الوعي المتزايد كما رصد الدراسات [] أكثر غالباً على مدى الأيام مع بارامترات في مصبات الأنهار^16،26. يمكن أن تبقى المياه التاكسج لساعات في نهاية الليل أو ساعات الصباح الأولى في فصل الصيف عندما يكون هناك لا عملية التمثيل الضوئي توليد الأكسجين خلال الليل لكن تستهلك الأوكسجين عالية التنفس الهوائي^7،16. ووجد أيضا أن أثر المد والجزر البحرية ركوب الدراجات منخفضة الظروف تفعل مع معظم المدقع الدنيا لاحظ عند المد والجزر المنخفضة وتزامنت مع نهاية ليلة²⁷. إلا بعد عدة ساعات من نقص [القيام] يعود إلى نورموكسيا^7،،من¹⁶²⁸ في دورة يومية.

لتحديد استجابة فيرجينيكا جيم- السلوكية لنقص ركوب الدراجات البحرية والأس الهيدروجيني ونحن رصد فتح وإغلاق الصمامات المحار يتعرضون للمختبرات التي يسببها البحرية ركوب [دو] والدورية الأس الهيدروجيني. وقد استخدمت تثاءب ردود ذات الصدفتين للكشف عن الظروف البيئية المعاكسة. صمام إغلاق ذات الصدفتين في استجابة للملوثات^29،،من³⁰³¹، الطحالب السامة^32،،من³³³⁴، والتلوث الحراري^{35،36 , 37}، تقليل كمية الغذاء^38،،من³⁹⁴⁰، تغذية نظام^39،41، وانبثاق^37،42، كبيرة^{43 ,} تم قياس ⁴⁴والأس الهيدروجيني^45،46، والجمع بين الرقم الهيدروجيني والأوكسجين الذائب⁴⁷ . تقنيات تثاءب، على سبيل المثال، شملت الملاحظات المباشرة^48،49،13، قياسات مستمر باستخدام مفاتيح ريد والمغناطيس (مراقبة بلح)⁵⁰، أو مجسات الألياف الضوئية ⁵¹ التي تتطلب المياه واضحة. وبالإضافة إلى ذلك، استخدمت أجهزة استشعار قاعة قوة المغناطيس والحقل المغناطيسي لدراسة بلح البحر تثاءب زاوية^52،53،،من⁵⁴⁵⁵، ونظام الحث كهرومغناطيسي عالية التردد ويمكن قياس المسافة متفاوتة بين اثنين من لفائف الكهربائية التي يتم لصقها في الصمامات استخدام^56،57،،من⁵⁸⁵⁹. مصدر جهد العالي مطلوب للنظام بالحث الكهرومغناطيسي والسلطة يجب أن يتم تسليمها إلى كلا الجانبين من شل⁵². هذا النظام أيضا متوفرة تجارياً ك “موسيلمونيتور” (http://mosselmonitor.nl/).

على ميزانية ضيقة لبحث، ونحن شيدت جهاز قياس الضغط غير مكلفة (SGM) استمرار لقياس تثاءب المحار عبر البحرية الناجمة عن معمل الدراجات [دو] ودرجة الحموضة، تحت ظروف الرؤية المنخفضة. نظامنا أيضا أبسط بكثير من نظم المتنافسة، مما يسمح ليتم تجهيزها من خلال تجربة العديد من الحيوانات. أردنا تحديد استجابات فيرجينيكا جيم- السلوكية للبحرية ركوب الدراجات الهوائية الشديدة ([] = 0.6 مغ/لتر) نقص مع مراقبة درجة الحموضة (الأس الهيدروجيني = 7.8) وركوب الأس الهيدروجيني (pH = 7.8-7.0)، على التوالي، وتثاءب الردود إلى معتدل ([] = 1.7 مغ/لتر) نقص. وعلاوة على ذلك، كنا نرغب في تحديد ما إذا كانت قادرة على الاستجابة بسرعة للتغيرات في [] على البحرية دورة وكيفية الاستجابة عندما يعود نورموكسيا بعد حدث التاكسج المحار. ربما المحار يتم تكييفها على النحو الأمثل لسرعة تقلب البيئة التي وجدت في العديد من مصبات الأنهار^16،27 التي يعيشون فيها. بينما تتوفر شاشات تثاءب صمام أكثر تعقيداً، يوفر SGM أسلوب غير مكلفة تتيح قياسات مستمرة لصمام تثاءب في المياه حتى في ظروف الرؤية المنخفضة.

الشكل 1. جسر ويتستون لجهاز صمام تثاءب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

أجهزة الاستشعار سلالة الاستشعار المستخدمة لرصد تثاءب ذات الصدفتين هي الأفلام مقاوم في نمط تسكع على بوليميد النسخ. كميات صغيرة من سلالة تعدل المقاومة من أجهزة الاستشعار. الصدفتين تنثني سبر سلالة عندما جيبس أنها تسبب تغييرا في مقاومة أجهزة الاستشعار. استخدمنا جسر ويتستون نولينج، ومتوازنة، لكل قناة ذات الصدفتين كما هو مبين في الشكل 1 لقياس التغير في مقاومة أجهزة الاستشعار. جسر ويتستون هو بلا قيمة بمقياس الجهد الانزلاقي السماح مكسب عالية إلى حد ما أن تستخدمها في datalogger. جسر ويتستون أسلوب قياسي لقياس دقة بمقاومة مجهولة باستخدام نسبة إلى مقاومة معروفة قياسية والفولتميتر. وتناقش تاريخ هذه التقنية قديمة جداً في اكيلوف (2001)⁶⁰. نحن دمج القنوات 12، مع كل جسر ويتستون ومقاومة متغيرة نولينج، وحدة مراقبة قياس الضغط (SGM).

Protocol

1-تشييد جسر ويتستون لجهاز صمام تثاءب ملاحظة: قياس الضغط اسمياً Ω 1000، حتى لتحقيق التوازن الكامل وفارغة الجسر، يجب أن تكون كافة المكونات 1000 Ω. كما في الشكل 1، دورة لحام المقاومات الدقة kΩ 1 اثنين لبعضهما البعض، ومن ثم إلى مقاوم Ω ~ 976 و Ω 100 10 مقاومة متغيرة. مجم…

Representative Results

المحار مكشوف على نورموكسيك دون انقطاع مياه مصاب الأنهار (لا نقص خلال مرحلة هضبة منخفضة بدوره اليومية) كانت مفتوحة معظم الوقت، وفقط بإيجاز مغلقة نادراً (الشكل 5). عند إغلاق أنها تتفاوت من المحار للمحار. كما وجد هذا النمط من لوسانوف ونوميجكو عام 194644…

Discussion

دراسات نموذجية تركز على استمرار، تمديد الفترات الزمنية للظروف منخفضة الأكسجين، واستجابة لذلك، كثيرا ما يقاس كالبقاء، الحيوانات. ومع ذلك، في الوقت الحاضر، هو فهمنا للاستجابات السلوكية للحيوانات لركوب الدراجات البحرية نقص الحد الأدنى⁶³. وهكذا، ينبغي أن تركز المزيد من الدراسا…

Materials

Campbell CR 10x data logger	Campbell Scientific, Logan, Utah		Or other data logger. At Campbell the CR 10X has been replaced with the CR 1000
Campbell CR 10x multiplexer	Campbell Scientific, Logan, Utah		Data logger needs to have space for 12 channels
Dsub connector male crimp pins	TE Connectivity	205089-1	pins for gape sensor leads
PCA tape	Micro Measurements Corp, NC		To seal the strain gauge
Duro Quick Gel	Ace Hardware		Superglue
SG13/1000-LY43 or LY41	Omega Engineering Inc., Stanford, CT		Strain gauges
32 AWG (7/40) teflon Alpha wires	AlphaWire, Elizabeth, NJ	2840/7	Sensor cables, different colors are available
1/16" heat shrink tubing	Qualtek	B01A3QKKO6	To seal the leads of the sensor cable
Weller WES51 Analog Soldering Station	Amazon		Lots of soldering, need a good soldering iron. https://www.amazon.com/Weller-WES51-Analog-Soldering-Station/dp/B000BRC2XU/ref=sr_1_23?s=hi&ie=UTF8&qid=1505654295 &sr=1-23&keywords=soldering+iron
Rosin Soldering Flux Paste	Amazon		Needed for soldering
60-40 Tin Lead Rosin Core Solder Wire	Amazon		Needed for soldering
Aquarium sealant	Home Depot		Attach sensors to bivalve
PC Laptop			Any old PC to run Campbell gape program
heat gun	Amazon		shrink shrink tubing
Drill	Hardware store, Amazon		for twisting wires to make sensor cables
AC to DC power module	Acopian	DB15-30	Wheatstone bridge power supply
Poteniometer	Clarostat	733A	Wheatsone bridge nulling
isolating BNC connector	Sterren Electronics	"200-148	Wheatstone bridge output for multimeter
Fused AC receptical panel module	Adam technologies	IEC-GS-1-200	Wheatstone bridge power supply connector
976 ohm 1% resistor	Vishay Dale	CMF50976R00FHEB	Wheatstone bridge resistor
1 kohm 1% resistor	Vishay Dale	CMF501K0000FHEB	Wheatstone bridge resistor
Potentiometer scale dial	Kilo International	462	10 turn dial for nulling potentiometer
DB25 male panel connector	TE connectivity	1757819-8	Data logger connector on Wheatstone bridge
DB25 female panel connector	TE connectivity	1757819-8	Sensor connector to Wheatstone bridge
perforated circuit board	Vector electronics	64P44WE	circuit board for mounting of bridge components
enclosure	Hammond Manufacturing	1444-29	Enclosure for sensor readout electronics