مقاربة بسيطة لالتلاعب الأوكسجين المذاب لملاحظات سلوك الحيوان
Summary
توضح هذه المقالة بروتوكول بسيطة وقابلة للتكرار في استغلال الظروف الأوكسجين المذاب في إعداد مختبر للدراسات سلوك الحيوان. ويمكن استخدام هذا البروتوكول في كل من إعدادات التدريس ومختبرات البحوث لتقييم استجابة العضوي من macroinvertebrates، أسماك، أو البرمائيات للتغيرات في تركيز الأكسجين المذاب.
Abstract
القدرة على التعامل مع الأوكسجين المذاب (DO) في إعداد مختبر لديها تطبيق كبير للتحقيق في عدد من الأسئلة السلوك البيئي والعضوي. بروتوكول الموصوفة هنا يوفر طريقة بسيطة وقابلة للتكرار، وتسيطر على التلاعب DO لدراسة استجابة سلوكية في الكائنات المائية الناتجة عن نقص الأوكسجين وظروف نقص الأكسجين. أثناء أداء degasification من الماء مع استخدام النيتروجين عادة في بيئة معملية، لا توجد طريقة صريحة لتطبيق البيئي (المائية) موجود في الأدب، وهذا البروتوكول هو أول من وصف بروتوكول لdegasify المياه لمراقبة استجابة العضوي. وقد وضعت هذه التقنية وبروتوكول التطبيق المباشر لmacroinvertebrates المائية؛ ومع ذلك، والأسماك الصغيرة، والبرمائيات، والفقاريات المائية الأخرى يمكن أن تكون بديلا بسهولة. انها تسمح للتلاعب السهل من مستويات DO تتراوح من 2 ملغم / لتر إلى 11 ملغم / لتر مع الاستقرار لمدة تصل إلى فترة الحيوان الملاحظة 5 دقائق.أبعد من فترة الملاحظة 5 دقائق بدأت درجة حرارة المياه في الارتفاع، وفي DO 10 دقيقة أصبحت مستويات غير مستقر للغاية للمحافظة عليه. البروتوكول هو تحجيم للكائن الحي الدراسة، قابلة للتكرار، وموثوق بها، والسماح للتنفيذ السريع إلى مختبرات التدريس التمهيدية وتطبيقات بحثية عالية المستوى. النتائج المتوقعة من هذا الأسلوب الذي ينبغي أن تتعلق بحل التغييرات الأكسجين إلى الاستجابات السلوكية للكائنات الحية.
Introduction
تركيز الأكسجين المذاب (DO) معلمة الفيزيائية الأساسية المهمة في التوسط في عدد من العمليات البيولوجية والبيئية في النظم الإيكولوجية المائية. التعرض لنقص الأكسجين شبه قاتلة الحاد والمزمن تقلل من معدلات النمو في بعض الحشرات المائية والحد من بقاء حشرات التي تتعرض 1. وقد تم تطوير هذا البروتوكول لتوفير طريقة تسيطر على التعامل مع مستويات DO في الماء تيار لمراقبة آثار على سلوك الحيوان. منذ بقاء جميع الكائنات المائية الهوائية "يعتمد على تركيز الأوكسجين من أجل العيش والتكاثر، وغالبا ما تنعكس التغييرات في تركيز DO في التغيرات السلوكية التي الكائنات الحية. وقد لوحظ المزيد من اللافقاريات والأسماك المائية المحمول للرد على تركيزات الأكسجين منخفضة (ميتة) من خلال السعي لغات مع ارتفاع DO 2،3. للكائنات المائية النقالة أقل، التكيف السلوكي لزيادة تناول DO قد يكون الخيار الوحيد القابل للتطبيق. ترتيب macroinvertebrate المائية من PLECوقد لوحظ optera (stonefly) لأداء حركات "دفع ما يصل" لزيادة تدفق المياه، وامتصاص الأكسجين، عبر الخياشيم الخارجية من 4-6. وقد لوحظت هذه السلوكيات التكيفية في البيئات الطبيعية وفي التجارب المعملية.
التلاعب مختبر DO في الماء يفتح آفاقا واسعة للدراسات سلوك الحيوان، ولكن وجود ثغرات كبيرة في نشر المنهجي. على سبيل المثال، استخدمت إحدى الدراسات أحواض كبيرة لتقييم الوقت الفسيولوجية رد ارجموث باس (salmoides Micropterus) إلى بيئات ميتة التالية بالغاز مع النيتروجين، ولكن تعطى التفاصيل شحيحة للمنهجية 7. وصفت دراسة أخرى أجريت على حمار وحشي الأسماك (دانيو rerio) باستخدام غاز النيتروجين والحجر التي يسهل اختراقها لتوصيل الغاز إلى المياه وتقليل DO من الماء (8). لالتطبيقات المستندة إلى الكيمياء، وطرق degasification المذيبات الاستفادة المتخصصةجهاز 9-11 لإزالة الأكسجين من المذيبات، لكنها لن تكون مناسبة للدراسات سلوك الحيوان. في حين أن هذه الدراسات تستخدم الطرق لإزالة الأكسجين من الماء، ويمكن تحديد أي المنهج الوصفي الذي من شأنه أن يسمح لتقييم سلوك الحيوان في الاستجابة لتفعل التغيرات.
هذا الأسلوب هو موضح فيما يلي محاولة لوصف بالكامل على بروتوكول للتلاعب DO من المياه عن طريق استخدام غاز النيتروجين. وعلاوة على ذلك، تم تطوير هذه الطريقة من أجل مراقبة العلاقات بين السلوك stonefly (بوشوبس) وفعل ذلك كان يعمل في مختبر البيولوجيا على مستوى طالبة. واحدة من الفوائد الرئيسية لهذه الطريقة هو أنه يمكن أن تتم داخل المختبر مع الأواني الزجاجية والمواد في متناول معظم مؤسسات التعليم الثانوي والعالي المشترك. البروتوكول هو أيضا قابل للتكيف بسهولة، مما يسمح للأفراد لتوسيع نطاق إجراءات لتلبية الأهداف المحددة لتطبيقات البحث أو التدريس. </P>
Protocol
Representative Results
Discussion
الخطوات الحاسمة
يوفر هذا الإجراء وسيلة بسيطة وفعالة لمعالجة DO في إعداد مختبر لإجراء الدراسات السلوكية على الكائنات المائية. لقد وجدنا أن يكون هناك العديد من الخطوات / البنود الهامة أن تكون على علم عند تنفيذ هذه التجربة التي تتعلق مباشرة إلى النتائج. ضمن محاكمة، ف…
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).
