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Sciences du comportement

Técnicas de manipulación y marcaje para implantar sábalo americano juvenil con un nuevo microtransmisor acústico

Published: June 14, 2024
doi:
10.3791/65694
, , , ,
1Earth Systems Science Division,Pacific Northwest National Laboratory

Summary

Este artículo proporciona un procedimiento detallado para las prácticas óptimas de manejo y la implantación de un microtransmisor acústico en sábalos americanos juveniles. Los resultados de nuestro estudio de laboratorio sugieren que estas técnicas de marcaje podrían implementarse en estudios de campo de sábalo americano juvenil con una alta probabilidad de supervivencia.

Abstract

El uso de técnicas de telemetría para comprender mejor el comportamiento y la supervivencia de los jóvenes de sábalo americano (Alosa sapidissima), a medida que migran a través de los sistemas hidroeléctricos, ha sido un desafío porque se sabe que el sábalo es particularmente sensible a la manipulación. El objetivo de este estudio fue desarrollar un protocolo de marcaje utilizando un nuevo microtransmisor acústico que minimice los efectos perjudiciales del proceso de marcaje y maximice la supervivencia posterior al marcaje de los jóvenes de sábalo americano. Limitar la manipulación fuera del agua y el uso de agua salada salobre (7,5 partes por mil) antes y después del marcaje mejoró la supervivencia del sábalo marcado mediante un método simple de implantación pectoral. Este protocolo proporciona un procedimiento detallado, paso a paso, para etiquetar sábalos juveniles con transmisores acústicos. Los peces marcados con este procedimiento y mantenidos en el laboratorio durante 60 días tuvieron una tasa de supervivencia del 81,5%, en comparación con el 70% de sus homólogos no marcados. Las prácticas exitosas de marcaje y manipulación desarrolladas en este estudio podrían aplicarse a estudios de telemetría de campo de sábalo juvenil y otras especies sensibles.

Introduction

El sábalo americano (Alosa sapidissima) es una especie de pez anádromo nativo de la costa este de los Estados Unidos. La reducción de la disponibilidad de hábitat y el aumento del desarrollo de represas hidroeléctricas han dado lugar a la disminución de la población de sábalo en su área de distribución nativa 1,2. Los sábalos juveniles y otros alosines, en su emigración hacia el océano, pueden ser especialmente susceptibles a lesiones y mortalidad al pasar a través de estructuras hidroeléctricas 3,4,5. Comprender las tasas de paso y supervivencia de los sábalos juveniles en las represas hidroeléctricas es fundamental para informar la renovación de la licencia de estas instalaciones, así como los esfuerzos de restauración de la especie. Sin embargo, faltan técnicas de marcaje exitosas para evaluar las tasas de paso y supervivencia del sábalo americano a medida que migran hacia el océano. El sábalo marcado con transmisores para estudios de telemetría debe ser representativo de la población de inferencia no marcada y no debe verse afectado negativamente por la etiqueta o el proceso de marcaje 6,7.

Para ayudar a mejorar la capacidad de rastrear el sábalo juvenil, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) desarrolló un nuevo microtransmisor acústico para estudiar el sábalo americano y otras especies de peces con tipos de cuerpo compresiformes similares. Uno de los desafíos comunes del estudio del sábalo americano y otras alosinas es su sensibilidad a la manipulación, el transporte y el etiquetado en comparación con otras especies. Por ejemplo, Raquel et al.8 encontraron que las mortalidades de manipulación y transporte fueron consistentemente más altas para los juveniles de sábalo americano que para las otras cinco especies de peces juveniles en su estudio. De los pocos estudios publicados que han evaluado los esfuerzos para marcar a los jóvenes de sábalo americano, se ha informado de un amplio rango de supervivencia, desde tan solo el 2% después de 7 días9 y hasta el 100% después de 48 horas después del marcado10 y se dispone de muy poca información sobre la supervivencia a largo plazo y la retención del transmisor para el sábalo juvenil marcado.

Los desafíos para manejar y etiquetar con éxito especies sensibles como el sábalo americano han arrojado luz sobre las brechas de conocimiento sobre su migración, comportamiento y uso del hábitat. La capacidad de rastrear el movimiento a través de las represas hidroeléctricas avanzaría en gran medida la comprensión de las tasas de paso y supervivencia del sábalo americano. Ayudaría a informar las decisiones de gestión de las instalaciones hidroeléctricas existentes y los nuevos diseños de sistemas que minimicen los efectos sobre las especies de peces y las etapas de la vida no estudiadas anteriormente. A medida que se desarrolla una nueva tecnología de transmisores, es imperativo comprender los efectos del transmisor y el proceso de etiquetado para minimizar el sesgo y evaluar con precisión el paso y la supervivencia. Los objetivos de este estudio fueron evaluar la supervivencia a los 60 días de sábalos americanos juveniles marcados con un nuevo microtransmisor acústico y proporcionar un protocolo de manipulación y marcaje que redujera los efectos negativos del marcaje en el sábalo, haciéndolos así más comparables a sus homólogos no marcados.

Protocol

PNNL está acreditado por la Asociación para la Evaluación y Acreditación del Cuidado de Animales de Laboratorio. El sábalo americano se manipuló de acuerdo con las directrices federales para el cuidado y uso de animales de laboratorio11, y los protocolos de nuestro estudio se llevaron a cabo de conformidad con el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales del PNNL y fueron aprobados por este. 1. Preparación de un tanque de recuperación posterior al marcado Cuando el agua salada salobre (7.5 ppt) no esté fácilmente disponible, use un sistema estático para mantener el sábalo con aireación y circulación adecuadas durante 1-2 días antes de la liberación (Figura 1). En un tanque circular estático, instale un sistema de transporte aéreo para proporcionar aireación. Conecte una tubería de PVC al costado del tanque de modo que se encuentre una T en la parte superior, otra T esté cerca del medio y se enrosque un accesorio con pantalla en la parte inferior de la tubería. A continuación, conecte una piedra difusora a una línea de aire comprimido y coloque la piedra difusora en la parte inferior de la tubería cerca de la pantalla.NOTA: La pantalla evita que los peces naden hacia el sistema de transporte aéreo. Llene el tanque con agua dulce hasta que el puerto de salida (T de PVC central) del puente aéreo esté sumergido aproximadamente hasta la mitad. Luego, cierra el agua.A continuación, encienda y aumente el suministro de aire hasta que el agua aireada que sale del puerto cree un flujo direccional para que los peces se orienten. Agregue sal marina comercial para hacer una solución de agua salada salobre de 7.5 ppt y revuelva hasta que se disuelva. 2. Preparación del cubo fuente de peces de agua salada y la solución anestésica de agua salada Mide 7,5 g de sal marina por cada 0,5 L de agua y disuelve en un cubo.NOTA: En el paso 3.5, se agrega un volumen igual de agua dulce que contiene el sábalo para crear una concentración final de 7.5 ppt. En otro cubo, mide y disuelve 7,5 g de sal marina por cada litro de agua.Añadir 120 mg de metanosulfonato de tricaína (MS-222) tamponado con 120 mg de bicarbonato sódico por litro de agua salada. Agregue aire suplementario a los cubos de anestesia. 3. Recolección de sábalo con una transferencia de agua a agua en agua salada salobre Llene parcialmente otro balde con agua dulce y colóquelo de lado en el tanque de la fuente de preetiquetado. Use una red o una mano para guiar suavemente el sábalo para que nade hacia el balde. Una vez que haya un número adecuado de peces en el balde, gírelo en posición vertical y asegúrelo con una tapa perforada. Vierta el exceso de agua a través de la tapa, manteniendo el pescado contenido en la cantidad objetivo de agua dulce (es decir, la mitad del volumen del balde final de 7.5 ppt de fuente de agua salada). Vierta suavemente el sábalo y el agua dulce en el cubo de la fuente de agua salada preparado en el paso 2.1.NOTA: La salinidad final será de 7.5 ppt. Proporcione aire suplementario a la cubeta de origen de peces pre-marcado utilizando una bomba de aire de acuario y una piedra difusora para mantener el oxígeno disuelto en un nivel aceptable (>90% de saturación es ideal). 4. Implantación de un transmisor acústico en un sábalo Desinfecte los transmisores en etanol al 70% durante 20 minutos y enjuague con agua estéril antes de su uso. Usando una red de inmersión con malla lisa y extrafina (~0,4 mm), atrape un pez desde el cubo de origen y en el cubo de anestesia. El sábalo debe perder el equilibrio y los reflejos espinales en ~ 2-3 minutos, dependiendo de la temperatura del agua y otros parámetros de calidad del agua. Una vez que esté completamente anestesiado hasta la etapa cuatro12, use una mano enguantada para colocar suavemente el pez sobre una tabla de medición húmeda para obtener su longitud. Mueva el pescado a un bote de pesaje lleno de agua en una báscula tarada para obtener su peso. Registre la longitud y el peso, el código de la etiqueta acústica y cualquier comentario sobre la condición del pez antes del marcado, como la pérdida de escamas o la hemorragia. Coloque el pez en un recipiente de transferencia lleno de agua salada anestésica y entréguelo, junto con el transmisor acústico, al cirujano de peces. Coloque el pescado, con el lado izquierdo hacia abajo, sobre una almohadilla de espuma húmeda y resistente al agua preparada con una ranura en V (Figura 2A).NOTA: La ranura en V evita que el pez se deslice demasiado durante el procedimiento y permite que el agua se acumule alrededor de la boca del pez para que pueda extraer agua activamente sobre sus branquias. Suministre agua dulce a la boca del pez a través de un tubo conectado a un depósito de agua alimentado por gravedad. Con una cuchilla quirúrgica de acero inoxidable #11 desinfectada o nueva, haga una incisión vertical de 3 mm de largo entre los miómeros cerca del extremo distal de la aleta pectoral. Si es necesario, retire una escama en la punta de la hoja si está obstruyendo la piel del pescado.Inserte con cuidado el transmisor en la incisión y empújelo posteriormente hasta que toda la etiqueta descanse dentro de la cavidad corporal (Figura 2B). Si es necesario, use el extremo romo del bisturí (o pinzas de punta fina) para insertar con cuidado la etiqueta por completo. Coloque los peces marcados en un recipiente pequeño de 7.5 ppt de agua salada con aireación para permitir que los peces se recuperen de la anestesia. Una vez que el pez haya recuperado el equilibrio, realice una transferencia de agua a agua desde el contenedor de recuperación hasta el tanque de retención posterior al marcado que contiene 7,5 ppt de agua salada. Deje que los peces marcados se recuperen en agua salada durante 1-2 días antes de la liberación.

Representative Results

Se llevaron a cabo dos series de evaluaciones de marcaje para abordar la eficacia del marcaje de sábalos juveniles: ensayos preliminares en 2020 y un estudio de tenencia a largo plazo en 2021. En noviembre de 2020 se llevaron a cabo evaluaciones preliminares de laboratorio en el PNNL para determinar un método preferido para implantar un nuevo microtransmisor acústico al sábalo americano. Los diseños de los prototipos de transmisores (n = 4, P1-P4) se combinaron con diferentes ubicaciones de marcaje (gástrico, pectoral, pélvico y dorsal) para un total combinado de 4 tratamientos únicos de ubicación de etiquetado de transmisores acústicos (n = 40 peces por tratamiento, Tabla 1). Todos los peces de prueba fueron asignados aleatoriamente a un tanque de tratamiento y de retención. Los peces de prueba se mantuvieron en 2 tanques de retención con el mismo número de peces de cada tratamiento (es decir, 20 peces por tratamiento) por tanque durante 14 días. Durante los primeros 2 días de la evaluación, los sábalos se mantuvieron en agua salada salobre (7.5 ppt) y se les permitió recuperarse del marcaje y la manipulación. Luego, los tanques se cambiaron a agua dulce de flujo continuo durante el resto del período de evaluación. Para la evaluación preliminar, los peces marcados y los controles con aletas recortadas variaron en tamaño de 50 a 80 mm en la longitud de la horquilla. La supervivencia de los sábalos juveniles y la retención de la marca fueron más altas para los peces implantados a través de una incisión pectoral en comparación con las otras técnicas de marcaje (Figura 3). Otras evaluaciones piloto también demostraron que las técnicas de manipulación, como las transferencias de agua a agua y la retención de peces en agua salada salobre antes y después de eventos estresantes, como el marcado, eran fundamentales para aumentar las tasas de supervivencia. Utilizando los exitosos protocolos de marcaje y manipulación de la evaluación preliminar, se llevó a cabo un estudio de laboratorio en el PNNL en 2021 para evaluar la supervivencia a largo plazo de 60 días y la retención de la etiqueta de sábalo americano juvenil al que se le implantó un transmisor acústico mediante el método de marcaje con incisión pectoral. En la evaluación a largo plazo se utilizó el transmisor ficticio P5 (Figura 4), un diseño prototipo mejorado similar en forma y tamaño al diseño P1 utilizado en la evaluación preliminar. Las dimensiones y el peso promedio de la etiqueta P5 falsa fueron de 7,6 mm de largo × 2,3 mm de diámetro y un peso en aire de 0,058 g (desviación estándar de 0,002 g), lo que resultó en una carga de etiqueta del <1%. El prototipo de transmisor acústico con componentes funcionales (Figura 4) tiene unas dimensiones de 7,6 mm de largo x 2,0 mm de diámetro y un peso en aire de 0,050 g. Los sábalos americanos juveniles utilizados en la evaluación a largo plazo habían permanecido en cautiverio durante 4 meses en el momento de la prueba. Si bien el experimento fue diseñado para tener el mismo número de peces de tratamiento y control mantenidos en dos tanques durante un período de 60 días, el número restante de sábalos en el momento del marcado era bajo. Por lo tanto, se asignaron más sábalos al azar al grupo de tratamiento marcado que al grupo de control para obtener una mejor comprensión de la eficacia a largo plazo de la técnica de marcaje en el sábalo. Cada uno de los dos tanques contenía 27 peces de tratamiento y 9 o 10 peces de control. Sin embargo, dado que la supervivencia del tanque A (13,8%) fue significativamente peor que la del tanque B (78,4%; La prueba exacta de Fisher, p < 0,001) y no hubo diferencia en la supervivencia entre los grupos marcados y control dentro de cada tanque, solo se incluyen los resultados para el tanque B. Los sábalos (longitud de la horquilla 69-105 mm; peso 3,9-11,7 g) se marcaron con el transmisor P5 utilizando la incisión pectoral (n = 27) o se asignaron al grupo de control (n = 10). Los peces de control fueron manipulados utilizando los mismos procedimientos, incluyendo ser colocados en la almohadilla quirúrgica durante ~20 s, pero no recibieron un clip de aleta o una incisión ni se les implantó un transmisor. Después del etiquetado, ambos grupos de tratamiento se mantuvieron en agua salada salobre (7.5 ppt) durante 1 día y luego cambiaron a agua de río de flujo continuo durante el resto del estudio. La supervivencia a los 60 días fue del 81,5% para el grupo marcado y del 70% para los controles no marcados (Figura 5). La supervivencia de los peces marcados en esta evaluación se definió como la supervivencia y la retención de la marca, ya que la expulsión de la marca no se puede diferenciar de un evento de mortalidad en un estudio de telemetría. No hubo diferencias significativas en la supervivencia entre los dos grupos (prueba exacta de Fisher, P = 0,884); sin embargo, el poder para detectar una diferencia fue del 38,4% debido al pequeño tamaño de la muestra. Aunque el poder estadístico para detectar una diferencia entre los tratamientos fue bajo, los resultados de la evaluación a largo plazo muestran que este protocolo de manejo y marcaje se puede utilizar con un éxito moderado para implantar transmisores acústicos en el sábalo americano. Figura 1: Tanque de recuperación posterior al marcado lleno de agua salada salobre. Un sistema de transporte aéreo suministra oxígeno al tanque estático. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2: Implantación del transmisor acústico de un sábalo americano juvenil. Sábalo americano juvenil (A) con una incisión pectoral y (B) con el transmisor P5 ficticio insertado en la incisión. Tenga en cuenta que la boca del sábalo está parcialmente sumergida en el agua que fluye de la tubería azul. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.  Figura 3: Porcentaje de supervivencia durante una evaluación preliminar de 14 días con un grupo de controles sin marcar y cuatro grupos marcados de sábalo americano juvenil. Los tratamientos marcados consistieron en cuatro ubicaciones de marcaje (gástrico, pectoral, pélvico y dorsal), cada una emparejada con un prototipo de transmisor único (P1-P4). La supervivencia de los peces marcados se definió como la supervivencia y la retención de la marca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.  Figura 4: Transmisores acústicos y ficticios para el marcaje de sábalos americanos juveniles. (A) microtransmisor acústico funcional y (B) el prototipo de transmisor ficticio P5, que se utilizó en el estudio de supervivencia de laboratorio de 60 días. Tenga en cuenta que los números del 4 al 7 en la regla representan centímetros. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.  Figura 5: Porcentaje de supervivencia del sábalo americano durante un estudio de tenencia a largo plazo de 60 días. Los sábalos juveniles fueron marcados sin marcar (controles sin marcar; línea continua) o marcados (marcados [pectoral P5]; línea discontinua) con un transmisor ficticio. La supervivencia del grupo marcado se definió como la supervivencia y la retención de la marca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.  Tipo de etiqueta Ubicación de la etiqueta N Longitud de la horquilla (mm) Peso medio de la etiqueta (DE; g) Carga de etiquetas (%) Supervivencia (%) Tiempo medio para etiquetar/recortar (s) Gama Media (DE) P1 Gástrico 40 50 – 76 60 (6.0) 0.058 (0.003) 1.5 – 5.2 45 12 P2 Pectoral 40 50 – 78 60 (7.3) 0.039 (0.001) 1.0 – 3.2 80 23 P3 Pelviano 40 50 – 70 58 (5.3) 0.039 (0.001) 1.0 – 4.1 55 26 P4 Dorsal 40 50 – 80 61 (6.8) 0.088 (0.004) 0 60 57 Control NA (Clip) 40 50 – 80 59 (5.7) NA 0 92.5 14 Tabla 1: Información sobre el marcaje y la supervivencia del sábalo americano implantado con transmisores prototipo (P1-P4) o marcado con clips en las aletas caudal superior e inferior (Control) como parte de la evaluación preliminar. La ubicación de la etiqueta para el grupo de control es No aplicable (NA) ya que estos peces solo recibieron clips de aleta (Clip). Tenga en cuenta que el tipo de etiqueta P4 tenía un diseño de flotabilidad neutra. La desviación estándar (DE) de la media se muestra entre paréntesis.

Discussion

La necesidad de estudiar los movimientos juveniles del sábalo americano alrededor de las instalaciones hidroeléctricas ha impulsado el desarrollo de un protocolo de manejo y marcaje para mejorar la supervivencia del sábalo marcado. En el PNNL, los intentos iniciales de implantar sábalos juveniles con un nuevo transmisor acústico, sin el uso de agua salada, dieron como resultado una mortalidad del 100% en 24 horas. El protocolo de manipulación y etiquetado posterior, cuidadosamente desarrollado, demostró que el sábalo americano puede implantarse con un microtransmisor acústico y mantenerse a largo plazo en un entorno de laboratorio con una alta tasa de supervivencia (81,5%). Minimizar el manejo fuera del agua y el uso de agua salada salobre antes y después del marcaje fue esencial para el éxito del marcado de sábalos americanos juveniles.

En la evaluación preliminar, se marcaron sábalos tan pequeños como 50 mm con un transmisor ficticio utilizando cuatro métodos de implantación. El marcaje gástrico, uno de los métodos más comunes para marcar el sábalo adulto 13,14,15, tuvo resultados prometedores durante las pruebas piloto, pero tuvo una alta incidencia de pérdida de marcas durante la evaluación preliminar. La implantación a través de una incisión pélvica se ha utilizado con éxito para estudiar los movimientos del sábalo Twaite adulto16 y las inserciones dorsales se han utilizado para el seguimiento a corto plazo de los sábalos americanos juveniles10. Más recientemente, la implantación de etiquetas a través de una incisión pectoral se utilizó para estudiar los movimientos a largo plazo del sábalo adulto tanto en ambientes fluviales como marinos17. En la evaluación preliminar en el PNNL, la ubicación de la incisión pectoral funcionó mejor que las otras tres ubicaciones evaluadas, y la supervivencia posterior al marcaje a los 7 días fue superior al 90%.

En general, los resultados de estas evaluaciones mostraron que la supervivencia del sábalo marcado fue comparable a la supervivencia del sábalo no marcado más allá de la duración de la batería del transmisor acústico, que se espera que sea de ~30 días con una señal acústica transmitida cada 5 segundos.

El diseño de este transmisor y el protocolo de marcaje son muy prometedores para el estudio de especies de peces pequeñas, sensibles y amenazadas, como el sábalo americano, en aplicaciones de campo, lo que permite a los investigadores obtener información valiosa sobre los movimientos de los peces cerca de las instalaciones hidroeléctricas. Por ejemplo, esta técnica de marcaje se utilizará en una próxima aplicación de campo para estudiar el comportamiento de los sábalos juveniles marcados acústicamente a medida que se acercan al aliviadero y la casa de máquinas de una presa hidroeléctrica. Los resultados obtenidos de los estudios en el río pueden informar mejor las decisiones de manejo en estas instalaciones y pueden ayudar a conservar la especie a lo largo de su etapa de vida juvenil. Los estudios futuros deben evaluar la eficacia de este procedimiento para el marcado y el seguimiento de los peces de pasada en condiciones de campo. Además, estas técnicas son fácilmente transferibles a la implantación de sábalos u otras especies sensibles con etiquetas de transpondedor integrado pasivo (PIT), que pueden proporcionar un seguimiento a largo plazo a lo largo de su historia de vida.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este estudio fue financiado por la Oficina de Tecnologías de Energía Hidráulica del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés). Los estudios de laboratorio se llevaron a cabo en el PNNL, que es operado por Battelle para el DOE bajo el contrato DE-AC05-76RL01830. Los autores desean agradecer a Dana McCoskey y Tim Welch del DOE, Eric Francavilla, Ryan Harnish, Huidong Li, Stephanie Liss, Brian Mason, Megan Nims, Brett Pflugrath y Ashlynn Tate del PNNL por su ayuda con el estudio y el manuscrito, y al Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. y a la Comisión de Pesquerías Marinas de los Estados del Pacífico por su ayuda en la recolección del sábalo juvenil.

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
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References

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Juvenile American ShadAcoustic MicrotransmitterTelemetryHandling TechniquesTagging ProtocolPectoral ImplantationBrackish SaltwaterPost-tagging SurvivalLaboratory StudyHydropower Systems

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Citer Cet Article
Deters, K. A., Janak, J. M., Mueller, R. P., Boehnke, B. T., Deng, Z. D. Handling and Tagging Techniques for Implanting Juvenile American Shad with a New Acoustic Microtransmitter. J. Vis. Exp. (208), e65694, doi:10.3791/65694 (2024).
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