تقنيات المناولة ووضع العلامات لزرع الشاد الأمريكي اليافع بناقل صوتي دقيق جديد
Summary
توفر هذه المقالة إجراء مفصلا لممارسات المناولة المثلى وزرع جهاز إرسال صوتي دقيق في الشاد الأمريكي اليافع. تشير نتائج دراستنا المختبرية إلى أنه يمكن تنفيذ تقنيات وضع العلامات هذه في الدراسات الميدانية لليافعين الأمريكيين الذين لديهم احتمال كبير للبقاء على قيد الحياة.
Abstract
كان استخدام تقنيات القياس عن بعد لفهم سلوك وبقاء الشاد الأمريكي اليافع (Alosa sapidissima) ، أثناء انتقاله عبر أنظمة الطاقة الكهرومائية ، يمثل تحديا لأن الشاد معروف على نطاق واسع بأنه حساس بشكل خاص للمناولة. كان الهدف من هذه الدراسة هو تطوير بروتوكول وضع العلامات باستخدام جهاز إرسال دقيق صوتي جديد يقلل من الآثار الضارة لعملية وضع العلامات ويزيد من بقاء الشاد الأمريكي اليافع بعد وضع العلامات. الحد من المناولة خارج الماء واستخدام المياه المالحة قليلة الملوحة (7.5 جزء في الألف) قبل وبعد وضع العلامات تحسين البقاء على قيد الحياة للحلاقة الموسومة باستخدام طريقة زرع صدرية بسيطة. يوفر هذا البروتوكول إجراء مفصلا خطوة بخطوة لوضع علامات على الشاد اليافع بأجهزة إرسال صوتية. كان معدل بقاء الأسماك الموسومة باستخدام هذا الإجراء والاحتفاظ بها في المختبر لمدة 60 يوما 81.5٪ ، مقارنة ب 70٪ لنظيراتها غير الموسومة. يمكن تطبيق ممارسات الوسم والمناولة الناجحة التي تم تطويرها في هذه الدراسة على دراسات القياس عن بعد الميدانية لصغار الشاد والأنواع الحساسة الأخرى.
Introduction
الشاد الأمريكي (Alosa sapidissima) هو نوع من الأسماك الشاذة موطنه الساحل الشرقي للولايات المتحدة. أدى انخفاض توافر الموائل وزيادة تطوير السدود الكهرومائية إلى انخفاض أعداد الشاد عبر نطاقها الأصلي 1,2. قد تكون صغار الشاد وغيرها من الألوسينات ، عند هجرتها إلى المحيط ، معرضة بشكل خاص للإصابة والوفيات عند المرور عبر الهياكل الكهرومائية3،4،5. إن فهم معدلات مرور وبقاء صغار الشاد في سدود الطاقة الكهرومائية أمر بالغ الأهمية للإبلاغ عن إعادة ترخيص هذه المرافق وكذلك جهود استعادة الأنواع. ومع ذلك ، لا توجد تقنيات ناجحة لوضع العلامات لتقييم معدلات مرور وبقاء الشاد الأمريكي أثناء هجرتها إلى المحيط. يجب أن يكون الشاد الموسوم بأجهزة الإرسال لدراسات القياس عن بعد ممثلا لمجتمع الاستدلال غير الموسوم ويجب ألا يتأثر سلبا بالعلامة أو عملية وضع العلامات 6,7.
للمساعدة في تحسين القدرة على تتبع الشاد اليافع ، طور المختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادئ (PNNL) جهاز إرسال صوتي دقيق جديد لدراسة الشاد الأمريكي وأنواع الأسماك الأخرى ذات أنواع الجسم الضاغطة المماثلة. أحد التحديات الشائعة لدراسة الشاد الأمريكي والألوسينات الأخرى هو حساسيتها للتعامل والنقل ووضع العلامات مقارنة بالأنواع الأخرى. على سبيل المثال ، وجد Raquel et al.8 أن وفيات المناولة والشاحنات كانت أعلى باستمرار بالنسبة للشاد الأمريكي اليافع مقارنة بالأنواع الخمسة الأخرى من الأسماك اليافعة في دراستهم. من بين الدراسات القليلة المنشورة التي قيمت الجهود المبذولة لوضع علامة على الشاد الأمريكي للأحداث ، تم الإبلاغ عن مجموعة واسعة من البقاء على قيد الحياة ، من 2٪ بعد 7 أيام9 وحتى 100٪ بعد 48 ساعة بعد وضع العلامات10 وقليل جدا من المعلومات حول البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل والاحتفاظ بالمرسل للأحداث الموسومة شاد.
ألقت التحديات في التعامل بنجاح مع الأنواع الحساسة ووضع علامات عليها مثل الشاد الأمريكي الضوء على الفجوات المعرفية حول هجرتها وسلوكها واستخدام الموائل. إن القدرة على تتبع الحركة عبر سدود الطاقة الكهرومائية من شأنها أن تعزز بشكل كبير فهم معدلات المرور والبقاء على قيد الحياة للشاد الأمريكي. ومن شأنه أن يساعد على إبلاغ قرارات الإدارة للمرافق الكهرمائية القائمة والتصاميم الجديدة للنظم التي تقلل إلى أدنى حد من الآثار على أنواع الأسماك ومراحل الحياة التي لم تدرس من قبل. مع تطوير تقنية إرسال جديدة ، يعد فهم تأثيرات جهاز الإرسال وعملية وضع العلامات أمرا ضروريا لتقليل التحيز وتقييم المرور والبقاء بدقة. كانت أهداف هذه الدراسة هي تقييم بقاء الشاد الأمريكي اليافع الموسوم بجهاز إرسال دقيق صوتي جديد لمدة 60 يوما وتوفير بروتوكول معالجة ووضع علامات من شأنه أن يقلل من الآثار السلبية للوسم على الشاد ، مما يجعلها أكثر قابلية للمقارنة مع نظيراتها غير الموسومة.
Protocol
Representative Results
Discussion
دفعت الحاجة إلى دراسة تحركات الشاد الأمريكية للأحداث حول مرافق الطاقة الكهرومائية إلى تطوير بروتوكول المناولة ووضع العلامات لتحسين بقاء الشاد الموسوم. في PNNL ، أدت المحاولات الأولية لزرع شاد الأحداث بجهاز إرسال صوتي جديد ، دون استخدام المياه المالحة ، إلى وفيات بنسبة 100٪ في غضون 24 ساعة. أظهر بروتوكول المناولة ووضع العلامات اللاحق الذي تم تطويره بعناية أنه يمكن زرع الشاد الأمريكي بناقل صوتي دقيق والاحتفاظ به على المدى الطويل في بيئة معملية ذات معدل بقاء مرتفع (81.5٪). كان تقليل المناولة خارج الماء واستخدام المياه المالحة قليلة الملوحة قبل وبعد وضع العلامات أمرا ضروريا لنجاح وضع علامات على الشاد الأمريكي اليافع.
في التقييم الأولي ، تم تمييز شاد صغير يصل إلى 50 مم بجهاز إرسال وهمي باستخدام أربع طرق للزرع. كان لوضع العلامات على المعدة ، وهي واحدة من أكثر الطرق شيوعا لوضع علامات على حلاقة البالغين13،14،15 نتائج واعدة أثناء الاختبار التجريبي ولكن كان لديها نسبة عالية من فقدان العلامة أثناء التقييم الأولي. تم استخدام الزرع من خلال شق الحوض بنجاح لدراسة حركات Twaite shad البالغة16 وتم استخدام المرفقات الظهرية للمراقبة قصيرة المدى لليافعين الأمريكيينshad 10. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام زرع العلامة من خلال شق صدري لدراسة الحركات طويلة المدى للحلاقة البالغة في كل من البيئات النهرية والبحرية17. في التقييم الأولي في PNNL ، كان أداء موقع الشق الصدري أفضل من المواقع الثلاثة الأخرى التي تم تقييمها ، وكان البقاء على قيد الحياة بعد وضع العلامات 7-d أكثر من 90٪.
بشكل عام ، أظهرت نتائج هذه التقييمات أن بقاء الشاد الموسوم كان مشابها لبقاء الشاد غير الموسوم بعد مدة عمر بطارية جهاز الإرسال الصوتي ، والذي من المتوقع أن يكون ~ 30 يوما مع إرسال إشارة صوتية كل 5 ثوان.
يظهر تصميم جهاز الإرسال هذا وبروتوكول وضع العلامات وعدا كبيرا لدراسة أنواع الأسماك الصغيرة والحساسة والمهددة مثل الشاد الأمريكي في التطبيقات الميدانية ، مما يسمح للباحثين بالحصول على معلومات قيمة عن تحركات الأسماك بالقرب من المرافق الكهرومائية. على سبيل المثال ، سيتم استخدام تقنية وضع العلامات هذه في تطبيق ميداني قادم لدراسة سلوك الشاد اليافع الموسوم صوتيا أثناء اقترابه من مفيض وقوة سد كهرومائية. يمكن للنتائج المكتسبة من الدراسات داخل النهر أن تفيد بشكل أفضل قرارات الإدارة في هذه المرافق ويمكن أن تساعد في الحفاظ على الأنواع طوال مرحلة حياتها اليافعة. وينبغي أن تقيم الدراسات المستقبلية فعالية هذا الإجراء في وضع العلامات على الأسماك الجارية في الأنهار وتتبعها في الظروف الحقلية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن نقل هذه التقنيات بسهولة إلى زرع الشاد أو الأنواع الحساسة الأخرى باستخدام علامات جهاز الإرسال والاستقبال المتكامل السلبي (PIT) ، والتي يمكن أن توفر مراقبة طويلة الأجل طوال تاريخ حياتهم.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذه الدراسة من قبل مكتب تقنيات الطاقة المائية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE). أجريت الدراسات المختبرية في PNNL ، التي تديرها Battelle لصالح وزارة الطاقة بموجب العقد DE-AC05-76RL01830. يود المؤلفون أن يشكروا دانا ماكوسكي وتيم ويلش من وزارة الطاقة ، وإريك فرانكافيلا ، وريان هارنيش ، وهويدونغ لي ، وستيفاني ليس ، وبريان ماسون ، وميغان نيمس ، وبريت بفلوغراث ، وأشلين تيت من PNNL لمساعدتهم في الدراسة والمخطوطة ، وفيلق المهندسين بالجيش الأمريكي ولجنة مصايد الأسماك البحرية لدول المحيط الهادئ لمساعدتهم في جمع الشاد اليافع.
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).
