Простой подход к Манипулирование растворенным кислородом для Поведение животных Наблюдения
Summary
В данной статье описывается простой и воспроизводимый протокол манипулировать растворенные условия кислорода в лабораторных условиях для исследования поведения животных. Этот протокол может быть использован в обоих учебных и научно-исследовательской лаборатории условиях для оценки реакции организменном макробеспозвоночных, рыб, земноводных или к изменениям в концентрации растворенного кислорода.
Abstract
Способность манипулировать растворенного кислорода (DO) в лабораторных условиях имеет значительное применение для исследования ряда экологических и организменном вопросов поведения. Протокол, описанный здесь, обеспечивает простой, воспроизводимый, и контролируемый способ манипулировать DO изучать поведенческую реакцию в водных организмов, являющихся результатом гипоксических и бескислородных условиях. При выполнении дегазацию воды с азотом обычно используется в лабораторных условиях, не явный метод экологического (водной) применения не существует в литературе, и этот протокол является первым, чтобы описать протокол дегазировать воду, чтобы наблюдать реакцию организменном. Этот метод и протокол были разработаны для непосредственного применения для водных беспозвоночных; Тем не менее, мелкая рыба, амфибии и другие водные позвоночные могут быть легко заменены. Это позволяет легко манипулировать уровнями DO в диапазоне от 2 мг / л до 11 мг / л, стабильность в течение периода до животного наблюдения 5 мин.За период 5 мин наблюдения температуры воды начал подниматься, и в 10 мин DO уровни стали слишком нестабильными для поддержания. Протокол является масштабируемым для исследуемого организма, воспроизводимым и надежным, позволяя для быстрого внедрения в вводных учебных лабораторий и исследовательских приложений высокого уровня. Ожидаемые результаты этого метода следует отнести изменения растворенного кислорода в поведенческих реакциях организмов.
Introduction
Растворенный кислород (DO) является одним из ключевых параметров физико-химическая важную роль в опосредовании ряда биологических и экологических процессов в пределах водных экосистем. Воздействия острой и хронической сублетального гипоксии снижения темпов роста в некоторых водных насекомых и уменьшить выживание насекомых при 1. Этот протокол был разработан, чтобы обеспечить контролируемый способ манипулировать уровнями DO в потоке воды, чтобы наблюдать воздействие на поведение животных. Поскольку выживание всех аэробных водных организмов "зависит от концентрации кислорода для того, чтобы жить и размножаться, изменения в концентрации DO часто отражаются в поведенческих изменениях организмов. Более мобильные водные беспозвоночные и рыбы наблюдались реагировать на низких концентраций кислорода (гипоксии) путем поиска локалей с более высоким DO 2,3. Для менее подвижных водных организмов, поведенческие адаптации увеличить потребление DO может быть единственным жизнеспособным вариантом. Водной макробеспозвоночных порядок ПлекOPTera (веснянок) было отмечено для выполнения "Push-Up" движения , чтобы увеличить поток воды, и поглощение кислорода, через их внешние жабры 4 – 6. Эти адаптивные модели поведения наблюдаются в естественных условиях и в лабораторных экспериментах.
Лабораторные манипуляции DO в воде открывает значительные возможности для исследований поведения животных, но существенные пробелы в методологическом развертывании существуют. Например, в одном исследовании были использованы большие аквариумы для оценки физиологического времени отклика окуня (Micropterus salmoides) в гипоксических условиях следующей барботировании азотом, но скудный подробно дается на методологии 7. Другое исследование , проведенное на Зебра рыбы (Danio rerio) описывается с использованием газообразного азота и пористый камень , чтобы поставлять газ в воду и уменьшить DO воды 8. Для применения химии на основе методов дегазацию растворителей используют специализированныеУстройство 9 – 11 для удаления кислорода из растворителей, но не подходит для изучения поведения животных. В то время как эти исследования используют методы для удаления кислорода из воды, не описательный метод не может быть определено, что позволило бы для оценки поведения животных в ответ на изменения DO.
Этот метод описан далее попытка полностью описать протокол для манипулирования DO воды с использованием газообразного азота. Кроме того, этот метод был разработан в направлении наблюдения взаимосвязи между поведением Stonefly (отжимания) и DO, который был использован в биологии лаборатории первокурсник уровня. Одним из основных преимуществ этого метода является то, что она легко может быть выполнена в лаборатории с общей стеклянной посуды и материалов, доступных для большинства средних и высших учебных заведений. Протокол также легко адаптируется, что позволяет людям масштабировать процедуру для достижения целей, изложенных в научных или учебных приложений. </р>
Protocol
Representative Results
Discussion
Критические шаги
Эта процедура обеспечивает простой и эффективный способ управления DO в лабораторных условиях для выполнения поведенческих исследований на водные организмы. Мы нашли там быть несколько критических шагов / пунктов, чтобы быть в курсе при выполнении этого экспериме…
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).
