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Environment

Implantation d’une nouvelle balise acoustique Micro en juvénile lamproie du Pacifique et l’anguille d’Amérique

Published: March 16, 2019
doi:
10.3791/59274
, ,
1Earth Systems Science Division,Pacific Northwest National Laboratory

Summary

Cet article illustre la procédure d’implantation d’une balise acoustique micro en juvéniles Pacifique lamproie et anguille d’Amérique. Notre demande est fondée sur des essais en laboratoire, qui indiquent que les balises acoustiques peuvent être implantés avec succès avec aucun effet apparent sur la capacité ou de survie et de pertes minimes de natation.

Abstract

Juvenile Pacific lamproie et anguille servaient pour les évaluations de laboratoire pour déterminer les effets potentiels de l’implantation de la balise. Technologie de télémétrie a été identifiée comme un moyen d’obtenir de plus amples renseignements sur le mouvement et le comportement à travers une échelle spatiale plus grande qu’avec les autres techniques connues. Cette méthode vise à fournir une étape par étape des instructions détaillées sur l’implantation de la balise pour les lamproies et les anguilles. Pour les études de laboratoire en utilisant activement migration juvénile Pacifique lamproie (120-160 mm), nous avons déterminé que la présence de la balise n’a pas altérer la capacité de nage entre individus marqués et non marqués ou avoir toute perte significative de balise (< 3 %). Des résultats similaires ont été déterminées au cours d’essais en laboratoire de phase jaune anguille (113-175 mm). Aucune mortalité n’est survenue pendant une période de 38 jours de détention, et il y a perte minime tag (3,8 %). La présence de la balise n’avait aucun effet significatif sur la capacité de nage ou la survie des anguilles marqués par rapport aux témoins non balisés et il y avait des pertes minimes.

Introduction

Comprendre le comportement du poisson et des mouvements près de structures de rivière, comme les barrages hydroélectriques, qui peuvent entraver les voies de migration en amont ou en aval est un besoin de recherche en cours. Bien que de nombreuses études ont été menées à l’aide de la technologie actuelle, il existe encore plusieurs questions de recherche sur les anguilles juvéniles et la survie de la lamproie et comportements. Pour aider à résoudre ces questions, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) a développé un nouvel émetteur micro acoustique spécialement conçu pour une utilisation dans les anguilles juvéniles et les lamproies, appelées la lamproie/anguille tag1. Avant cette évolution, les balises acoustiques existantes étaient trop importantes pour être efficacement implantés dans les cavités du corps d’anguilles juvéniles et les lamproies et se traduirait par une charge de balise qui dépasse les normes acceptées (valeur prudente de balise au rapport de poids de corps est de 2 % ou moins et toute autre littérature suggère 4-5 %)2,3,4. Les balises de lamproie/anguille émettent des signaux codés uniques à une fréquence de 416,7 kHz, qui sont contrôlés par l’intermédiaire de récepteurs autonomes (hydrophones) à des structures fixes ou dans la rivière récepteurs5,6.

Dans le bassin du Columbia aux États-Unis, prise de conscience et le souci de comprendre le cycle de vie de la lamproie du Pacifique (Entosphenus tridentatus) s’est intensifiée parce que les populations ont diminué sensiblement au cours des 40 dernières années7 . Construction et exploitation d’installations hydroélectriques peuvent affecter négativement lamproie juvénile, comme leurs baisses ont eu lieu après la période de grands développements hydroélectriques8. Une source potentielle de mortalité est passage de barrage quand juvénile Pacifique lamproie out-migration vers l’ océan9. Passive Integrated Transponders (PIT) sont couramment utilisés pour les espèces migratrices de poissons qui peuvent passer des ouvrages de dérivation (p. ex., des systèmes de bypass pour mineurs), qui permet aux poissons marqués être énuméré10,11. Cependant, lamproie juvénile sont censés migrer plus profondément dans la colonne d’eau que les saumons juvéniles et sont moins susceptible de passer à travers la déviation juvénile systèmes12. En raison de la probabilité de détection faible et un manque d’écloserie ou autres sources concentrées de lamproie juvénile pour PIT marquage, informations sur le passage de lamproie juvénile, survie, ou le comportement est très limitée. Connaissance du comportement Pacifique lamproie et la survie juvénile sont essentiels pour développer des stratégies d’atténuation pour le passage vers l’aval, y compris la conception de systèmes de dérivation pour les installations hydroélectriques et de structures d’irrigation détournement13.

L’anguille d’Amérique (Anguilla rostrata) est catadrome avec la phase adulte de migration de l’eau douce vers l’océan pour frayer. Leurs effectifs ont connu des déclins spectaculaires depuis les dernières décennies. Auparavant, ils étaient très abondants dans tous les grands fleuves qui se jettent dans l’océan Atlantique et en amont dans le fleuve Saint-Laurent au lac Ontario ; mais depuis 1980, anguille ont connu un déclin important dans l’abondance des stocks allant de 50 % dans la baie de Chesapeake à autant que 97 % dans le lac Ontario14,15,16. Les facteurs qui contribuent à leur déclin incluent ; la construction de barrages hydroélectriques, de fragmentation et de perte d’habitat et commercial récolte17. Elles figurent actuellement en voie de disparition en vertu de l’Endangered Species Act de l’Ontario (Canada). Le développement passé des installations hydroélectriques le long des grands fleuves de l’est des États-Unis États créent des obstacles qui empêchent les migrations riveraines des juvéniles et des adultes.

La balise acoustique nouvellement développés lamproie/anguille a été utilisée dans cette étude. Les balises ont été fabriqués de PPNL accrédité Bio-acoustique & Flow laboratoire18. La balise mesure longueur 12 mm x 2 mm de diamètre et a un poids de 0,08 g dans l’air. En raison de la petite taille de la balise, il peut être utilisé efficacement pour implantation dans anguilliforme ou juvéniles à l’aide d’une incision valvule, en raison de la petite incision nécessaire (< 3 mm de long). Également d’incision valvule : une quantité réduite de temps requis pour le processus chirurgical, cicatrisation plus rapide des tarifs et diminué la possibilité d’infections au site implantation19. Effets de l’implantation chirurgicale peut varier en réponse à l’emplacement de l’incision, longueur de la cavité du corps, stade de vie, espèces, étudier la durée et les conditions environnementales20,21,22,23. En plus de la taille, le poids est une variable importante car elle fournit une mesure de la charge de la balise (par exemple, le poids de la balise par rapport au poids du poisson). Le fardeau de la balise, en liaison avec tous les autres aspects de la procédure chirurgicale (p. ex., anesthésie, traitement, chirurgie), peut avoir un effet direct sur la rétention de la balise, survie, croissance, natation performance, ou la capacité du poisson pour éviter la prédation24, 25,26,27.

Protocol

PPNL est accrédité par l’Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care. Anguilles et la lamproie ont été traitées conformément aux lignes directrices fédérales sur le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire, et les protocoles pour notre étude ont été menées dans le respect et approuvés par de PPNL Institutional Animal Care et Comité d’utiliser. 1. tag préparation (timing 22 minutes) Placez les balises dans la solution d’éthanol 70 % pendant 20 min. Supprimer les balises à l’aide de brucelles en plastique et le placer dans un plat petit verre contenant de l’eau stérile. Supprimer les balises et les placer sur une tasse de pilule stérile. 2. préparer la solution anesthésique (calendrier ~ 5 minutes) Dans une petite tasse en plastique pèsent 40 g de Tricaïne. Dissoudre la poudre et l’eau du robinet dans un bécher de 500 mL sur une plaque d’agitateur avec barre de batteur et puis transférer dans une bouteille en plastique pour atteindre une solution stock de 80 g/L. Répétez la même procédure avec le bicarbonate de sodium et ajouter une bouteille séparée de 500 mL. À l’aide d’un conteneur de cuve en plastique de 10 L, remplissez-le d’eau de 5 L (même source d’eau comme les poissons à être étiqueté). Ajouter 6,25 mL de Tricaïne solution anesthésique et 6,25 mL de bicarbonate de sodium en utilisant une jauge battante mesure fixée sur le haut de la bouteille de 500 mL pour obtenir une dose de 100 mg/L pour la baignoire. Remuer pour bien mélanger la solution dans l’eau.Remarque : Avoir un couvercle pour couvrir la cuve pour s’assurer de la lamproie n’échappent pas alors que dans la solution anesthésique. 3. lamproie marquage (calendrier ~ 6 minutes) Lamproie de juvéniles de place (> 140 mm) en bain anesthésique à l’aide d’une petite épuisette. Attendre 4-5 min de la lamproie à devenir totalement démobilisés (la natation n’est plus en solution, tout en conservant un lent mouvement régulier gill). Utiliser une épuisette pour enlever lamproie, de prendre des mesures de longueur et de poids et d’enregistrer le code d’identification unique de la balise acoustique. Préparer un tampon de mousse de fermé-cellule épaisse 1,3 cm saturé avec revêtement de protection de l’eau première et puis 150 µL/L (voir Table des matières). Le revêtement de protection permet de contrecarrer la perturbation des muqueuses au cours de l’intervention chirurgicale. Placer la face ventrale de la lamproie vers le haut sur la mousse préparée. Placez une petite section de tube avec réglementé d’eau (un réservoir d’eau élevée) à l’écoulement à travers la région de la bouche pendant le processus chirurgical. Cela permet la respiration tandis que le poisson est en cours d’implantation de la balise. Localiser le site où l’incision doit être faite, ~ 20 mm en arrière de la branchie pores sur le côté latéral droit ou gauche. Utilisez une règle avec étoffe ou marqueurs placés sur le bloc de mousse pour référence. À l’aide d’un scalpel stérile de microchirurgie 3,0 mm avec un 15° lame (voir Table des matières) faites un 2,5 à 3 mm d’ouverture dans le sens latéral, veiller à ce que le scalpel coupe juste à travers la paroi interne de la peau. Voir la Figure 1. Placez la balise désinfectée antérieurement dans la cavité du corps à la main. Appliquez une légère pression sur le site de marquage pour s’assurer que la balise a emménagé dans la cavité du corps. Lamproie tagged place dans un seau de récupération contenant de l’eau douce des rivières fournis avec une pompe du réservoir d’oxygène poisson, tubes et Pierre à air. S’assurer que la lamproie ont récupéré de l’anesthésie et le transfert de réservoir pour futures études. 4. anguille marquage (calendrier ~ 6 minutes) Préparation de balise de répliquer et préparez anesthésique avec une dose de 240 mg/L de concentration Tricaïne et de bicarbonate de sodium. Ajouter 15 mL de chacun pour le bain d’eau de 5 L. Placer les anguilles juvéniles (> 130 mm) en bain anesthésique à l’aide d’une petite épuisette. Attendre 4-5 min pour anguille à devenir totalement démobilisés (la natation n’est plus en solution tout en conservant un lent, mais le mouvement constant de gill). Utiliser une épuisette pour enlever les anguilles et placer la face ventrale vers le haut sur une mousse à cellules fermées enduite avec le protecteur des poissons. Localiser le site où l’incision doit être faite, ~ 25 mm à la base de la nageoire pectorale, sur le côté latéral droit ou gauche Lame à l’aide d’un scalpel stérile de microchirurgie 3,0 mm avec un 15° faites un 2,5 à 3 mm d’ouverture dans le sens latéral, veiller à ce que le scalpel coupe juste à travers la paroi interne de la peau. Voir la Figure 2. Placez la balise désinfectée antérieurement dans la cavité du corps à la main. Appliquer une légère pression au site afin d’assurer la balise a emménagé dans la cavité du corps de marquage. Anguilles de place le tag dans une reprise seau contenant de l’eau douce des rivières, fourni avec une pompe d’oxygène de réservoir de poissons, tubes et de la pierre. Veiller à ce que l’anguille a récupéré de l’anesthésie et le transfert à réservoir pour futures études.

Representative Results

Études de laboratoire de lamproie juvénile Une étude a été réalisée en 2015 afin de déterminer la faisabilité d’implantation d’une balise factice lamproie/anguilles en migration active PPNL juvénile lamproie du Pacifique. Un total de 195 lamproie du Pacifique (étape de la vie macrophthalmia) ont été transportés d’un site de collection de champ à PPNL. Deux tâches distinctes ont été menées. La première consistait à déterminer comment les poissons réagissent à l’implantation de la balise. Les variables déterminées perte d’étiquettes inclus, mortalité différée et guérison des tarifs pour les poissons marqués par rapport à un groupe sans étiquette (contrôle). Pour la natation de tâche deuxième essais ont été menés avec des poissons marqués et non marqués des catégories de taille de 10 mm (120-160 mm) pour déterminer les effets indésirables associés à capacité de natation. Les poissons poids varies entre 1,8 et 7,0 g et tag charges varies de 4,8 à 1,25 %. Une radiographie illustrant l’emplacement de l’étiquette à l’intérieur de la cavité corporelle est illustrée à la Figure 31. Un total de deux poissons abandonné leurs étiquettes pendant les 2 premiers jours de détention et aucune balise supprimée supplémentaires ne trouvées pendant le reste de la période de 28 jours de détention. La mortalité cumulée au cours de cette période a été de 14,3 % (7 poissons) pour la lamproie étiquetée et 9,6 % (5 poissons) pour le groupe témoin. Personne, tag et poissons témoins ont été placés dans une chambre de natation et a nagé à une vitesse constante de l’eau de 11 cm/s. Le débit a été sélectionné issu des précédents des tests de laboratoire qui indiquait une constante motion à l’extrémité inférieure de la soutenue de natation natation capacité9. Le temps de nage moyenne du groupe témoin était min 3,15 (SE = 42,5 s) et le temps de nage moyenne du groupe implanté est 2,3 min (SE = 30,2 s), qui n’était pas une différence significative (t = 0.958 ; p = 0,172). Les résultats de la performance de nage tests n’ont révélé aucune corrélation significative entre la longueur du poisson et la natation (durée par exemple, à l’incidence) pour soit les tags ou les groupes témoins (Figure 4). Impingement est décrit comme le poisson n’est plus capable de nager à la vitesse constante de l’eau et s’est reposé à l’écran en aval. Études de laboratoire de l’anguille d’Amérique Pour déterminer les effets de balise l possible sur la performance de nage, nous avons procédé à la vitesse de nage critique teste à l’aide de Ucrit, (un indice de performance natatoire prolongée) pour les six groupes de taille (n = 120 ; 113-175 mm) d’anguilles non marqués et étiquetés l’utilisation des balises fictives qui mesurait 11,4 x 1,8 mm (longueur x diamètre)1. Il n’y avait aucune différence significative entre les anguilles marqués et non marqués tel que mesuré en cm/s (Figure 5) ou des valeurs médianes, mesurées à la longueur du corps/s pour tous le tag Ucrits et groupes non balisés combinés (Figure 6). Aussi, nous avons effectué une exploitation prolongée des anguilles étiquetés (38 jours) et ne trouve aucune mortalité de groupes marqués et une perte d’étiquette bas de 3,8 % (1 sur 26 poissons)1. Basé sur les résultats de notre laboratoire, nous concluons que les balises acoustiques micro peuvent être efficacement implantés en anguille juvénile avec aucun effet significatif sur la capacité, la survie à long terme de natation et eu pertes minimes au cours de la vie de tag (30 jours). Figure 1 . Photographies illustrant la séquence de marquage pour l’insertion de la balise au juvénile la lamproie du Pacifique. (A) lamproie positionné sur coussin en mousse. (B) Incision faite avec bistouri microchirurgical. Tag (C) être implanté. (D) lamproie de l’étiquetage. Toutes les photos ont été prises de la lamproie même (148 mm).  Figure 2 . Photographies illustrant la procédure de marquage pour les anguilles d’Amérique juvénile. (A) avant l’incision. (B) après l’incision. (C) après insertion antérieure de la balise. Toutes les photos ont été prises de l’anguille même (138 mm).  Figure 3 . Radiographies de balise factice lamproie/anguille à l’intérieur de la cavité du corps d’une lamproie du Pacifique juvéniles.  Figure 4 . Tarifs à partir de tests de performance pour le contrôle (non identifié) de natation et tag lamproie, séparée en catégories de taille de 10 mm avec des barres de l’écart-type positif. La taille des échantillons est répertoriée dans les barres individuelles. Figure 5 . Diagrammes en boîte de nage critique vitesse pour les catégories de taille des anguilles testés en cm/s pour les anguilles marqués et non marqués (10 par traitement). Les lignes dans chaque case représentent la médiane ; le haut et le bas lignes représentent le 75e et 25e percentiles, respectivement ; les moustaches sont les albums 90e et les percentiles 10 bas ; et les valeurs extrêmes sont représentés par des cercles fermés.  Figure 6 . Vitesse de diagrammes en boîte de nage critique dans la longueur du corps/s pour les anguilles marqués et non marqués (10 par traitement). Les lignes dans chaque case représentent la médiane ; le haut et le bas lignes représentent le 75e et 25e percentiles, respectivement ; les moustaches sont les albums 90e et les percentiles 10 bas ; et les valeurs extrêmes sont représentés par des cercles fermés. 

Discussion

Les résultats des études de laboratoire montrent que la procédure de marquage et étiquetage des effets n’ont pas d’effets néfastes sur la survie du poisson ou de la capacité de nage. Longue tenue et le suivi a montré que minime tag perte a eu lieu et qu’il n’était pas apparent au cours de la vie de tag (30 jours). La procédure d’implantation de balise a été efficace pour placer des balises dans la cavité du corps sans causer d’hémorragie importante ou des infections fongiques sur le site de marquage. La durée du marquage tout traiter (< 6 min) est bénéfique car il réduit le stress associé à du poisson étant anesthésié. Ces résultats caractérisent un nouvel outil de recherche de passage lamproie et anguille juvénile et peuvent être utilisées dans les études à venir. Cette technologie permettra aux chercheurs de suivre les mouvements de la lamproie et anguille dans les réseaux hydrographiques et comme ils approche barrages hydroélectriques ou autres structures qui empêchent le passage des poissons. À leur tour, les résultats peuvent mieux informer les décisions de gestion dans les silos à contribuer à la conservation de ces espèces tout au long de leurs stades juvéniles. Les étapes plus critiques du protocole implantation tag incluent en utilisant la dose d’anesthésique, profondeur et longueur de l’incision, placement des balises et vu la récupération appropriée disponible de bassins de rétention. Cette technique a ses limites minimales. Plus particulièrement, chirurgien de formation est tenu d’effectuer efficacement le < incision de 3 mm et placez les balises à l’endroit désiré. En outre, le processus de marquage exclurait de plus petite taille d’anguilles et de la lamproie (< 140 mm) en raison des limites de charge de balise. Nous ne recommandons pas toutes modifications aux protocoles décrits.

Méthodes alternatives pour le marquage des anguilles et des lamproies comprennent l’utilisation d’étiquettes PIT. Cependant, PIT-tags ne transmettent pas activement les signaux, donc poisson PIT-le tag peut être énuméré seulement car ils sont entraînés et détournées vers des installations de dérivation, ou passe à proximité d’un détecteur fixe10,11. Les applications futures de la balise de lamproie/anguille incluent la capacité de tag et de suivre les populations de migrateur lamproie et anguille dans n’importe quel environnement qu’ils habitent. Avantages supplémentaires à l’aide de la balise de lamproie/anguille comprendraient la possibilité d’estimer la survie, taux de secours déversoirs ou par l’intermédiaire de turbines, trajet dans les réservoirs, passage des retards et associés de comportement que les barrages approche des poissons.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Cette étude a été financée par l’US Corps d’armée des ingénieurs (USACE) et l’Office des Technologies Power eau US Department of Energy (DOE). Nous apprécions l’assistance technique auprès du personnel de PPNL suivant : Colin Brislawn, Eric Francavilla, Jill Janak, Huidong Li et Tim Linley. Nous remercions Kathy Kratchman de Delaware Valley Fish Company pour l’approvisionnement des anguilles à PPNL et Ralph Lampman et Tyler Beals des pêches Yakama Nation pour l’approvisionnement de la lamproie. Nous remercions également Brad Eppard, Scott Fielding et Ricardo Walker de l’USACE et Dana McCoskey et Tim Welch de la biche. Les études de laboratoire ont été menées à PPNL, qui est exploité par Battelle pour le U.S. Department of Energy underContractDE-AC06-76RL01830.

Materials

10 L plastic tub  N/A  N/A
19 L pail N/A  N/A
3.00 mm scalpel  Beaver-Vistec 377513
500 ml bottle  Nalgene  2089-0016
Adam scale  Certified Material Testing Products  BCL-LBK12A
Air pump  Amazon  N/A
Air stone  Pentair  ALS3
Dip net, 3/32 in mesh N/A  N/A
Ethanol (70%)  Sigma-Aldrich  24102
Fish protector Kordon LLC 31456
Foam pad N/A  N/A
Gloves Kimberly Clark   N/A
Mixer bar  Sigma-Aldrich  F37110-1128
Plastic tweezer N/A  N/A
Pouring dispenser gage  Fischer Scientific  13-683-60C
Scalpel handle  Beaver-Vistec 371360
Sodium bicarbonate Sigma-Aldrich  S5761
Stirrer plate  Corning, PC-351  N/A
Tricaine methanesulfonate, MS-222 Western Chemical Inc. 515388 Treated fish destined for food must be held in fresh water above 10°C (50°F) for 21 days before use
Tubing, 6 mm N/A  N/A
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References

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Mueller, R., Liss, S., Deng, Z. D. Implantation of a New Micro Acoustic Tag in Juvenile Pacific Lamprey and American Eel. J. Vis. Exp. (145), e59274, doi:10.3791/59274 (2019).
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