Overview
מקור: מעבדות של מרגרט וורקמן וקימברלי פריי - אוניברסיטת דפול
באמצעות חרדל, אוכלוסיות תולעי אדמה Lumbricus ניתן לדגום ישירות ממעמקי הקרקע ללא הפרעה בנוף או רעילות. לאחר מכן ניתן לספור תולעי אדמה עבור נתונים וניתוח סטטיסטי באמצעות גרף עמודות ומבחן t של התלמיד.
ניטור אוכלוסיות תולעי אדמה הוא טכניקה חיונית עבור מדעני הסביבה, שכן מינים רבים של תולעי אדמה (בעיקר אלה של לומבריצ'ינה הכפופה) התפשטו באופן פולשני ברחבי צפון אמריקה ודרום אמריקה. תולעי אדמה אקזוטיות ניתן למצוא כמעט בכל מסה יבשתית וכמעט בכל מערכת אקולוגית על פני כדור הארץ, והיכן וכאשר מינים אלה הופכים פולשים היה מוקד של מחקר סביבתי בינלאומי. 1
פלישה אקולוגית מפחיתה בדרך כלל את המגוון הביולוגי של מערכת אקולוגית על ידי שיתוף ישיר, סיכון או תרומה אחרת לכיבוי מינים מקומיים. כמהנדסי מערכות אקולוגיות, מינים פולשים של תולעי אדמה משנים את הרכיבה על אופניים של חומרים מזינים באמצעות שיעורי פירוק של חומר אורגני באופקים העליונים של האדמה, שם שורשי הצמחים כורים חומרים מזינים. מינים פולשים של לומבריקוס חיסלו מינים של תולעי אדמה מקומיים, והוכח כי הם מגבירים את ריכוז החנקן הזמין ואת שיעורי החנקן בקרקעות שפלשו אליהן. 2 בלולאת משוב חיובית, רמות מואצות של חנקן בתורן הופכות את המערכת למסבירת פנים יותר למינים פולשים של צמחים המותאמים לרמות גבוהות של חנקן בהשוואה למינים של צמחים מקומיים, ויתעלה על הילידים בתופעה המכונה "התמוטטות פלישה". הוצעה מערכת יחסים של התפרעות פלישה עבור מינים פולשים של תולעי אדמה Lumbricus terrestris (תולעי אדמה אירופאיות) ומיני צמחים פולשים Rhamnus cathartica (אובליפיחה אירופית). 3
Principles
פתרון מוכן על ידי חילוץ קפסאיצין מחרדל חריף ולאחר מכן שפך ישירות על הקרקע בתוך מרובע דגימה על הקרקע כדי לדגום מכל אתר אוסף. אתרי איסוף נקבעים על מנת להשוות שלוש דגימות אקראיות מאזור שפלשו על ידי אובליפיחה אירופאית לשלוש דגימות אקראיות מאזור לא מופץ. לאחר שנשפך ישירות על הקרקע, תמיסת החרדל יכולה לחדור למטה דרך מטריצת הקרקע למקום שבו שוכנות תולעי אדמה. קפסאיצין חרדל גורם לגירוי קרומים ריריים. גופי תולעי אדמה החשופים לתמיסת החרדל מגיבים לגירוי הקפסאיצין על ידי התרחקות מתמיסת החרדל והגעתם לפני הקרקע כדי לחשוף את עצמם לחמצן, ובכך להפחית את הגירוי. לאחר גלישה, ניתן לאסוף תולעי אדמה ולנתח את צפיפות האוכלוסייה עבור מערכות יחסים עם אובליפיחה אירופאית. אמצעי האוכלוסייה של כל אתר איסוף מושוים לגרף עמודות כדי לקבוע אם באזורים עם מינים פולשים אחרים יש יותר תולעי אדמה, ובכך לתמוך בנוכחות של קריסת פלישה. מבחן T של סטודנט משמש כדי לקבוע אם שני האתרים שונים באופן משמעותי מספיק כדי לתמוך בהשערת הפלישה שהוצעה להתקיים בין תולעי אדמה אירופאיות לבין אובליפיחה אירופאית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. הכנת פתרון תרכיז חרדל
- הפעל את האיזון, למקם סירת שקילה על גבי, ולאפס את האיזון.
- שוקלים 38.1 גרם חרדל מזרחי טחון לסירה שוקלת ומעבירים למיכל פלסטיק עם מכסה.
- מודדים 100 מ"ל של מי ברז בגליל מדורג ומוסיפים למיכל הפלסטיק עם חרדל.
- יש לאבטח את המכסה על המיכל ולנער במרץ עד שכל החרדל מעורבב מתחתית מיכל הפלסטיק ומומס במי הברז.
- תן פתרון לשבת במשך 24 שעות עבור מיצוי קפסאיצין מקסימלית חרדל.
- מלאו שני נושאי מים 8 L באמצע הדרך עם מי ברז (כ 4 ליטר מים לתוך כל נושא).
- לנער רכז חרדל מספר פעמים לערבב ולאחר מכן להעביר פתרון תרכיז חרדל נושא מים.
- מעבירים כמות קטנה של הפתרון מנושא המים בחזרה למיכל הריכוז ומנערים במרץ. יוצקים בחזרה לתוך נושא המים כדי להעביר את כל הריכוז לתוך פתרון מדולל.
- לאטום את מכסה נושא המים, להבטיח שסתום כובע הוא במצב "כבוי", והפוך נושאת מים שלוש פעמים לערבב באופן שווה.
2. הפקת תולעי אדמה
- סמן שלוש כוסות לדוגמה עבור כל אתר איסוף.
- המשיכו לאתר הדגימה עם ריבוע אחד, כוסות דגימה עם מכסים, ומנשא מים עם תמיסת חרדל מדולל.
- באתר הדגימה, יש לפנות מברשת, עלים או לטחון ככל האפשר כדי לחשוף בבירור את הקרקע.
- מניחים מרובע באופן אקראי על הקרקע בנקודה פנויה.
- הפוך נושא מים אחד עוד שלוש פעמים לערבב.
- להפוך את שסתום מכסה נושא המים למצב "ON" ויוצקים כשליש (1.3 ליטר) של תמיסה חרדל מדולל בתוך quadrat, להתרכז במרכז אזור quadrat. אם האדמה הופכת רוויה ובריכות פתרון, להפסיק לשפוך ולחכות עד פתרון בריכה חודר לתוך הקרקע לפני שתמשיך לשפוך.
- שים לב לאזור quadrat מקרוב למראה תולעי אדמה במשך חמש דקות, כולל האזור ישירות מתחת לצדדים של quadrat.
- השתמש במלקחיים כדי לאסוף את כל תולעי האדמה המופיעות באזור מרובע על ידי המתנה לתולעים לצאת לחלוטין מהקרקע לפני המעבר לכוס הדגימה הראשונה. לאחר חמש דקות מכסים את הדגימה וממשיכים לאתר הדגימה הבא.
- חזור על שלבי האוסף עבור כל אתרי הדגימה, עם שלושה שכפולים לכל אתר אוסף (6 משכפלים סה"כ)
3. השוואת צפיפות האוכלוסייה של תולעי אדמה בין אתרי איסוף
- ספר את מספר תולעי האדמה שנאספו עבור כל דגימה וחשב את הממוצע וסטיית התקן עבור כל אתר איסוף.
- כדי להשוות את דחיסות תולעי האדמה בין אתרי איסוף, צור גרף עמודות מהאמצעים והשתמש בסטיות התקן כדי ליצור קווי שגיאה בגרף.
ניטור אוכלוסיות תולעי האדמה חיוני למדעני הסביבה, שכן תולעי אדמה אקזוטיות פולשניות נמצאות כמעט בכל מערכת אקולוגית על פני כדור הארץ. פלישה אקולוגית מפחיתה בדרך כלל את המגוון הביולוגי של מערכת אקולוגית על ידי שיתוף ישיר, סיכון או תרומה להכחדה, או להכחדה מקומית, של מינים מקומיים.
מינים יבשתיים Lumbricus של תולעי אדמה אירופיות, המכונה גם nightcrawler, הוא נפוץ מאוד בצפון אמריקה, אבל הוא לא יליד. כתוצאה מכך, הוא חיסל מאוד מינים של תולעי אדמה מקומיים. Lumbricus terrestris משנה את הרכיבה על אופניים של חומרים מזינים באמצעות פירוק של חומר אורגני בשכבות העליונות של הקרקע, שם שורשי הצמח שלי עבור חומרים מזינים, ובכך לשנות את מבנה שכבת הקרקע. בנוסף, שכבת הפסולת האורגנית, המכילה חלק גדול מהחומר המתפרק המספק חומרים מזינים, הולכת לאיבוד לחלוטין.
תולעים פולשניות אלה גם להגדיל את ריכוז החנקן זמין בקרקעות פלשו. בתורו, שכבות הקרקע המשתנות ורמות גבוהות של חנקן הופכים את האדמה למסבירת פנים יותר למינים פולשים של צמחים, כגון האובליפיחה האירופית, המותאמים יותר לרמות גבוהות של חנקן בהשוואה למינים של צמחים מקומיים. תופעה זו ידועה בשם "התמוטטות פלישה".
ההתמוטטות הפלישה הנובעת מפלישה לתולעת האדמה האירופית ולצמחים אקזוטיים כמו האובליפיחה האירופית מעוררת דאגה רבה משום שהיא מפחיתה באופן דרמטי את המגוון של צמחי היער בצפון אמריקה.
וידאו זה ידגים את הניטור של תולעי אדמה אירופאיות באזורי פארק שונים על מנת להעריך את פגיעותם לפלישה לאובשה.
כדי לקבוע אוכלוסיות תולעי אדמה באזורים שפלשו אליהם, תולעים מופקות ישירות מהאדמה באמצעות תמיסת קפסאיצין.
בניסוי זה, קפסאיצין מופק חרדל חריף ושופך ישירות על הקרקע באזור המוגדר על ידי ריבוע בגודל מראש, או quadrat. לאחר מכן הוא חודר דרך מטריצת הקרקע למקום שבו שוכנות תולעי האדמה.
תמיסת קפסאיצין גורמת לגירוי בקרומים הריריים בתולעת האדמה. תולעי אדמה מגיבות לגירוי על ידי מעבר לפני הקרקע כדי לברוח מתמיסת הקפסאיצין. לאחר הגלישה, תולעי אדמה נאספות וצפיפות האוכלוסייה מנותחת.
הניסוי הבא ידגים את הפקת תולעי האדמה מהאדמה, ואת ניתוח האוכלוסיה שלהן.
ראשית, להכין את פתרון קפסאיצין לפחות 24 שעות מראש על ידי שקילה 38 גרם של חרדל חם מזרחי הקרקע, והעברת אותו למיכל פלסטיק עם מכסה. מוסיפים 100 מ"ל של מי ברז למיכל הפלסטיק המכיל חרדל. מאבטחים מכסה על המיכל, ומנערים במרץ עד שכל החרדל מומס במים.
תן את הפתרון לשבת במשך 24 שעות עבור מיצוי קפסאיצין מקסימלי מן החרדל. כאשר החילוץ קפסאיצין הושלם, לדלל את פתרון חרדל עם 4 L של מים בנשא מים 8-L. לנער את פתרון חרדל מספר פעמים לערבב, ולהעביר אותו לתוך נושא המים. יש לשטוף כל שאריות חרדל באמצעות התמיסה המדולדלת.
לאטום את מכסה נושא המים, ולוודא כי השסתום הוא במצב "כבוי". הפוך את נושא המים שלוש פעמים לערבב באופן שווה. הכן מיכל אחד של פתרון קפסאיצין עבור כל אתר בדיקה.
המשיכו לאתר הדגימה עם מרובע ונושא המים המכיל תמיסה חרדל מדולל. כמו כן, הביאו שלוש כוסות דגימה לכל אתר. הם צריכים להיות מתויגים כראוי עבור שלושה שכפולים לכל אתר דגימה.
מניחים את הרביעייה באופן אקראי על הקרקע במקום נקי. יש לפנות את המברשת, העלים והקש ככל האפשר כדי לחשוף בבירור את האדמה. מערבבים את פתרון לדלל שוב, ולאחר מכן להעביר את שסתום הכובע למיקום ON.
יוצקים כשליש מתמיסת החרדל המדולל בתוך הרביע, ומרכזים את רוב הנוזל במרכז אזור הקוואדראט. אם האדמה הופכת רוויה ויוצרת בריכות, להפסיק לשפוך, ולחכות עד פתרון בריכה חודר האדמה לפני שתמשיך.
התבונן באזור quadrat מקרוב במשך 5 דקות, מחפש מראה תולעי אדמה. הקפידו להסתכל ישירות מתחת לצדי המרובע.
המתן שכל תולעי האדמה יצאו מהאדמה בתוך אזור הקווראט, ולאחר מכן לאסוף אותם עם מלקחיים. לאחר 5 דקות, לסגור את המדגם ולהמשיך לאתר הדגימה הבא.
חזור על שלבי האוסף עבור כל אתרי הדגימה. חזור לכל אתר ובצע 3 שכפולים לכל אתר. ספר את מספר תולעי האדמה שנאספו עבור כל דגימה ולאחר מכן חשב את הממוצע ואת סטיית התקן עבור כל אתר איסוף.
צור גרף עמודות כדי להשוות את צפיפות האוכלוסין הממוצעת של תולעי אדמה בין אתרי איסוף. השתמש בסטית התקן כדי ליצור את קווי השגיאה. אתר אחד הוא פארק מנוהל, ולכן הוא מסביר פנים יותר לאוכלוסיות תולעי אדמה בשל הפרעות כגון aeration ודשנים. אתר 2 אינו מנוהל, ולכן הוא פחות מסביר פנים לאוכלוסיות תולעי אדמה.
תולעי אדמה אקזוטיות וחריפת אירופאית היו מעורבים כחלק מ"התמוטטות פלישה" המתרחשת, במיוחד במרכז מערב ארצות הברית. מעקב אחר אוכלוסיות תולעי אדמה יכול לסייע ל להחיות את היחסים בין שני המינים הפלישה ולאפשר לחוקרים לפתח שיטות למניעת התפשטות נוספת.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לחילוץ וניתוח של אוכלוסיות תולעי אדמה. כעת עליך להבין את העקרונות של הפקת תולעי אדמה מהאדמה, ואת ההשוואה בין אתרי דגימה. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
אתר הדגימה 1 היה פארק מנוהל, שרואה הפרעות משמעותיות כגון aeration ודשנים. אתר הדגימה 2 היה אזור לא מנוהל, שאינו רואה הפרעות אנושיות. כפי שניתן לראות באיור 1, באתר 1 יש צפיפות גבוהה יותר של אוכלוסיות תולעי אדמה, ככל הנראה בשל ההוספיס המוגבר עקב הפרעות אנושיות. עם זאת, באתר 1 יש גם שונות גבוהה יותר של דגימה, מה שמצביע על כך שאוכלוסיית תולעי האדמה לא יכולה להיות צפופה באופן עקבי כמו שהממוצע מציע.
איור 1. גרף עמודות המציג תוצאות אוכלוסיה מכל אתר אוסף.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
מינים פולשים הם איום גדול על המגוון הביולוגי. תולעי אדמה אקזוטיות (למשל: יבשות למבריקוס)ואובליפיחהאירופאית (Rhamnus cathartica)היו מעורבים כחלק מ"התמוטטות פלישה " המתרחשת בקהילות מיועצות במרכז מערב ארצות הברית. התמוטטות פלישה היא התהליך שבו פלישה אחת למין מקלה על פלישת אחרים. לפיכך, קצב אובדן הבריאות האקולוגית יכול להאיץ מאוד כמו מין פולשני אחד מפנה את מקומו למינים נוספים. מאחר שאוכלוסיות רמנוס לא רצויות מהוות כיום יותר מ-90% מהכיסוי הצמחי באילינוי, תפקידן של אוכלוסיות למבריקוס בניהול הנוף הפך לקריטי להבנה ולחזות פלישת רחמנוס על קרקע מנוהלת. הפרעות בנוף נוטות להקל על פלישת למבריקוס ודגימה לאוכלוסיות למבריקוס יכולה להיות אינדיקטור לפגיעות של אזורי קרקע לפלישה סבירה. השוואת דגימות של אוכלוסיות לומבריקוס יכולה לסייע בניהול הקרקע לדעת היכן נדרשות שיטות אינטנסיביות יותר כדי לשמור על מגוון הצמחים המיועד ולמנוע פלישה לרמנוס.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
References
- Belote, R.T., Jones, R.H. Tree leaf litter composition and nonnative earthworms influence plant invasion in experimental forest floor mesocosms. Biological Invasions. 11, 1045-1052 (2009).
- Costello, D.M., Lamberti, G.A. Non-native earthworms in riparian soils increase nitrogen flux into adjacent aquatic ecosystems. Oecologia. 158, 499-510 (2008).
- Nuzzo, V.A., Maerz, J.C., Blossey, B. Earthworm invasion as the driving force behind plant invasion and community change in northeastern north American forests. Conserve Biol.23, 4. 966-974 (2009).
