טכניקות טיפול ותיוג להשתלת שאד אמריקאי צעיר במיקרוטרנסמיטר אקוסטי חדש
Summary
מאמר זה מספק נוהל מפורט לשיטות טיפול מיטביות והשתלת משדר מיקרו אקוסטי בשאד אמריקאי לנוער. תוצאות מחקר המעבדה שלנו מצביעות על כך שטכניקות תיוג אלה יכולות להיות מיושמות במחקרי שדה של שאד אמריקאי צעיר עם סיכויי הישרדות גבוהים.
Abstract
השימוש בטכניקות טלמטריה כדי להבין טוב יותר את התנהגותם והישרדותם של שאד אמריקאי צעיר (Alosa sapidissima), כאשר הם נודדים דרך מערכות כוח הידרואלקטרי, היה מאתגר מכיוון ששאד ידועים כרגישים במיוחד לטיפול. מטרת מחקר זה הייתה לפתח פרוטוקול תיוג באמצעות משדר מיקרו אקוסטי חדש הממזער את ההשפעות המזיקות של תהליך התיוג וממקסם את הישרדותם לאחר התיוג של שאד אמריקאי צעיר. הגבלת הטיפול מחוץ למים והשימוש במי מלח מליחים (7.5 חלקים לאלף) לפני ואחרי התיוג שיפרה את ההישרדות עבור גילוח המתויג בשיטת השתלת חזה פשוטה. פרוטוקול זה מספק הליך מפורט שלב אחר שלב לתיוג שאד נוער באמצעות משדרים אקוסטיים. דגים שתויגו בהליך זה והוחזקו במעבדה במשך 60 יום היו בעלי שיעור הישרדות של 81.5%, בהשוואה ל-70% עבור עמיתיהם הלא מתויגים. שיטות התיוג והטיפול המוצלחות שפותחו במחקר זה יכולות להיות מיושמות במחקרי טלמטריה בשטח של שאד צעיר ומינים רגישים אחרים.
Introduction
שאד אמריקאי (שם מדעי: Alosa sapidissima) הוא מין של דג אנדרומי החי בחוף המזרחי של ארצות הברית. זמינות מופחתת של בתי גידול ופיתוח מוגבר של סכרים הידרואלקטריים הביאו לירידה באוכלוסיית השייטל בטווח הטבעי שלהם 1,2. שאד צעיר ואלוזינים אחרים, בנדידתם החוצה לאוקיינוס, עשויים להיות רגישים במיוחד לפציעה ותמותה כאשר הם עוברים דרך מבנים הידרואלקטריים 3,4,5. הבנת שיעורי המעבר וההישרדות של שאד צעיר בסכרים הידרואלקטריים היא קריטית כדי ליידע על רישוי מחדש של מתקנים אלה, כמו גם על מאמצי השיקום של המין. עם זאת, טכניקות תיוג מוצלחות להערכת שיעורי המעבר וההישרדות של שאד אמריקאי בזמן שהוא נודד לאוקיינוס חסרות. שאד המתויג במשדרים למחקרי טלמטריה צריך לייצג את אוכלוסיית ההיסק הלא מתויגת ולא צריך להיות מושפע לרעה מהתג או מתהליך התיוג 6,7.
כדי לשפר את היכולת לעקוב אחר שאד צעיר, המעבדה הלאומית פסיפיק נורת’ווסט (PNNL) פיתחה מיקרו משדר אקוסטי חדש לחקר שאד אמריקאי ומיני דגים אחרים עם סוגי גוף קומפרסיפורמיים דומים. אחד האתגרים הנפוצים בחקר שאד אמריקאי ואלוזינים אחרים הוא רגישותם לטיפול, שינוע ותיוג בהשוואה למינים אחרים. לדוגמה, Raquel et al.8 מצאו כי התמותה בטיפול ובמשאיות הייתה גבוהה יותר באופן עקבי עבור שאד אמריקאי צעיר מאשר עבור חמשת המינים האחרים של דגים צעירים במחקרם. מבין המחקרים המעטים שפורסמו שהעריכו את המאמצים לתייג שאד אמריקאי צעיר, דווח על טווח רחב של הישרדות, החל מ-2% בלבד לאחר 7 ימים9 ועד 100% לאחר 48 שעות לאחר תיוג10 ומעט מאוד מידע זמין על הישרדות לטווח ארוך יותר ושימור משדרים עבור שאד צעיר מתויג.
האתגרים בטיפול מוצלח ותיוג מינים רגישים כמו שאד אמריקאי שפכו אור על פערי הידע על נדידתם, התנהגותם והשימוש בבתי הגידול שלהם. היכולת לעקוב אחר התנועה דרך סכרים הידרואלקטריים תקדם מאוד את ההבנה של שיעורי המעבר וההישרדות של שאד אמריקאי. זה יעזור לקבל החלטות ניהוליות מושכלות עבור מתקנים הידרואלקטריים קיימים ותכנונים חדשניים למערכות שימזערו את ההשפעות על מיני דגים ושלבי חיים שלא נחקרו בעבר. ככל שמתפתחת טכנולוגיית משדר חדשה, הבנת ההשפעות של המשדר ותהליך התיוג היא הכרחית כדי למזער את ההטיה ולהעריך במדויק את המעבר וההישרדות. מטרות מחקר זה היו להעריך את הישרדותם בת 60 הימים של שאד אמריקאי צעיר המתויג במיקרו משדר אקוסטי חדש ולספק פרוטוקול טיפול ותיוג שיפחית את ההשפעות השליליות של תיוג על שאד, ובכך יהפוך אותם לדומים יותר לעמיתיהם הלא מתויגים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הצורך לחקור תנועות גילוח אמריקאיות צעירות סביב מתקני כוח הידרואלקטרי הניע את הפיתוח של פרוטוקול טיפול ותיוג כדי לשפר את הישרדותם של שאד מתויג. ב- PNNL, ניסיונות ראשוניים להשתיל שאד צעיר עם משדר אקוסטי חדשני, ללא שימוש במי מלח הביאו לתמותה של 100% תוך 24 שעות. פרוטוקול הטיפול והתיוג שפותח בקפידה הראה כי ניתן להשתיל שאד אמריקאי במיקרוטרנסמיטר אקוסטי ולהחזיקו לטווח ארוך בסביבת מעבדה עם שיעור הישרדות גבוה (81.5%). צמצום הטיפול מחוץ למים והשימוש במי מלח מליחים לפני ואחרי התיוג היה חיוני להצלחת התיוג של שאד אמריקאי צעיר.
בהערכה הראשונית, גילוח בגודל של עד 50 מ”מ תויג במשדר דמה באמצעות ארבע שיטות השתלה. תיוג קיבה, אחת השיטות הנפוצות ביותר לתיוג שאדבוגר 13,14,15 היה תוצאות מבטיחות במהלך בדיקות פיילוט, אך היה שכיחות גבוהה של אובדן תג במהלך ההערכה הראשונית. השתלה דרך חתך באגן שימשה בהצלחה לחקר תנועות שאד16 של טווייט בוגר וחיבורים גביים שימשו לניטור לטווח קצר של שאד10 אמריקאי צעיר. לאחרונה, השתלת תג דרך חתך חזה שימשה לחקר תנועות ארוכות טווח של גילוח בוגר בסביבות נהרות וימיות17. בהערכה הראשונית ב- PNNL, מיקום חתך החזה הפגין ביצועים טובים יותר משלושת המקומות האחרים שהוערכו, וההישרדות 7-d לאחר התיוג הייתה מעל 90%.
בסך הכל, התוצאות מהערכות אלה הראו כי הישרדות של שאד מתויג הייתה דומה להישרדות של שאד לא מתויג מעבר למשך חיי הסוללה של המשדר האקוסטי, שצפוי להיות ~ 30 יום עם אות אקוסטי המשודר כל 5 שניות.
תכנון משדר זה ופרוטוקול התיוג מראים הבטחה גדולה לחקר מיני דגים קטנים, רגישים ומאוימים כמו שאד אמריקאי ביישומי שדה, ומאפשרים לחוקרים להשיג מידע רב ערך על תנועות דגים ליד מתקנים הידרואלקטריים. לדוגמה, טכניקת תיוג זו תשמש ביישום שדה עתידי כדי לחקור את ההתנהגות של שאד צעיר מתויג אקוסטית כאשר הם מתקרבים למברץ ולתחנת הכוח של סכר הידרואלקטרי. התוצאות המתקבלות ממחקרים בתוך הנהר יכולות להשפיע טוב יותר על החלטות ניהוליות במתקנים אלה ויכולות לסייע בשימור המין לאורך כל שלב חייו הצעיר. מחקרים עתידיים צריכים להעריך את היעילות של הליך זה לתיוג ומעקב אחר דגי נהר בתנאי שדה. בנוסף, טכניקות אלה ניתנות להעברה בקלות להשתלת שאד או מינים רגישים אחרים עם תגי משדר משולב פסיבי (PIT), שיכולים לספק ניטור ארוך טווח לאורך כל תולדות חייהם.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי משרד האנרגיה האמריקני (DOE) Water Power Technologies Office. מחקרי המעבדה נערכו ב- PNNL, המופעל על ידי באטל עבור DOE תחת חוזה DE-AC05-76RL01830. המחברים רוצים להודות לדנה מקוסקי וטים וולש מ-DOE, אריק פרנקווילה, ריאן הרניש, הוידונג לי, סטפני ליס, בריאן מייסון, מייגן נים, ברט פלוגראת’ ואשלין טייט מ-PNNL על עזרתם במחקר ובכתב היד, ולחיל ההנדסה של צבא ארצות הברית וועדת הדיג הימית של מדינות האוקיינוס השקט על עזרתם באיסוף השאד הצעיר.
Materials
| #11 stainless steel surgical blade | Exel | 29502 | purchased from Med-Vet International; no real preference on blade vendor |
| #11 stainless steel surgical blade | Miltex | MIL4-311 | purchased from Med-Vet International; no real preference on blade vendor |
| 2 gallon bucket | Leaktite | #2GL White Pail | |
| acoustic transmitter for American shad | Pacific Northest National Laboratory | Patent-Pending | BattelleIPID: 32500 |
| air stone | Pentair | AS3 | |
| aquarium air pump | Tetra | Whisper | |
| dissolved oxygen meter | YSI | ProODO or ProSolo | |
| ethanol | Decon Laboratories | 2805HC | |
| fine mesh net | Blue Ribbon | ABLEC8 | |
| fish holding tank | Reiff Manufacturing | NA | round aquaculture tank |
| foam garden kneeler | Tommyco | 12003 | |
| plastic storage container | Ziploc | discontinued; 8oz container with lid | |
| PVC cement | Oatey | 30821 | |
| PVC pipe | Charlotte Pipe | NA | PVC Schedule 40 2" diameter |
| PVC primer | Oatey | 30757 | |
| PVC tee | Charlotte Pipe | NA | 2" PVC Schedule 40 S x S x S Tee |
| sea salt | InstantOcean | SS15-10 | |
| silicone tubing 3/16" | Pentair | tp30s | tubing to supply water during tagging |
| sodium bicarbonate | Fisher Chemical | S233-500 | |
| sterile water | NA | NA | water is sterilized using an autoclave |
| tricaine methanesulfonate | Syndel USA | 15650 | |
| tubing for airline | Hydromaxx | 1403038050 | |
References
- Dadswell, M. J., Rulifson, R. A. Macrotidal estuaries: A region of collision between migratory marine animals and tidal power development. Biological Journal of the Linnean Society. 51, 93-113 (1994).
- Limburg, K. E., Waldman, J. R. Dramatic declines in North Atlantic diadromous fishes. BioScience. 59, 955-965 (2009).
- Castro-Santos, T., Mulligan, K. B., Kieffer, M., Haro, A. J. Effects of plunge pool configuration on downstream passage survival of juvenile blueback herring. Aquaculture and Fisheries. 6 (2), 135-143 (2021).
- Dubois, R. B., Gloss, S. P. Mortality of juvenile American shad and striped bass passed through Ossberger crossflow turbines at a small-scale hydroelectric site. North American Journal of Fisheries Management. 13 (1), 178-185 (1993).
- Pflugrath, B. D., et al. The susceptibility of Juvenile American shad to rapid decompression and fluid shear exposure associated with simulated hydroturbine passage. Water. 12 (2), 586 (2020).
- Brown, R. S., et al. An evaluation of the maximum tag burden for implantation of acoustic transmitters in juvenile Chinook salmon. North American Journal of Fisheries Management. 30 (2), 499-505 (2010).
- Skalski, J. R., et al. Status after 5 years of survival compliance testing in the Federal Columbia River Power System (FCRPS). North American Journal of Fisheries Management. 36 (4), 720-730 (2016).
- Raquel, P. F. Effects of handling and trucking on chinook salmon, striped bass, American shad, steelhead trout, threadfin shad, and white catfish salvaged at the John E. Skinner delta fish protective facility (Vol. 19). Interagency Ecological Study Program for the Sacramento-San Joaquin Estuary. , (1989).
- Kleinschmidt, G., Sullivan, E. Relicensing Study 3.3.3. Evaluate downstream passage of juvenile American Shad. Interim Study Report: Northfield Mountain Pumped Storage Project (No. 2485) and Turners Falls Hydroelectric Project (No. 2485) and Turners Falls Hydroelectric Project (No. 1889). FirstLight. , (2016).
- Heisey, P. G., Mathur, D., Rineer, T. A reliable tag-recapture technique for estimating turbine passage survival: application to young-of-the-year American shad (Alosa sapidissima). Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 49, 1826-1834 (1992).
- National Research Council. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals.: Eighth Edition. , (2011).
- Summerfelt, R. C., Smith, L. C., Schreck, C. B., Moyle, P. B. Anesthesia, surgery, and related techniques. Methods for Fish Biology. , 213-263 (1990).
- Bailey, M. M., Isely, J. J., Bridges, W. C. Movement and population size of American shad near a low-head lock and dam. Transactions of the American Fisheries Society. 133 (2), 300-308 (2004).
- Grote, A. B., Bailey, M. M., Zydlewski, J. D. Movements and demography of spawning American Shad in the Penobscot River, Maine, prior to dam removal. Transactions of the American Fisheries Society. 143 (2), 552-563 (2014).
- Harris, J. E., Hightower, J. E. Movement patterns of American shad transported upstream of dams on the Roanoke River, North Carolina and Virginia. North American Journal of Fisheries Management. 31 (2), 240-256 (2011).
- Bolland, J. D., et al. Refinement of acoustic-tagging protocol for twaite shad Alosa fallax (Lacépède), a species sensitive to handling and sedation. Fisheries Research. 212, 183-187 (2019).
- Gahagan, B. I., Bailey, M. M. Surgical implantation of acoustic tags in American Shad to resolve riverine and marine restoration challenges. Marine and Coastal Fisheries. 12 (5), 272-289 (2020).
