Name: 스트림 생태계에서 거대 척추 동물 및 물고기의 크기 스펙트럼 모델링 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 41 s
Description: 학습하세요 스트림 생태계에서 개체 크기와 개체군 밀도 간의 크기 스펙트럼 모델링 방법을. 전기 어획 및 저서성 대형무척추동물 샘플링을 통해 수집한 데이터를 표준화하고 통계 분석하여 수중 생태계의 개체군 역학을 이해하는 데 기여합니다.

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이 작품에 대한 자금은 국립 과학 재단에 의해 제공되었다 (보조금 DEB-1553111) 과학 연구를위한 Eppley 재단. 이 원고는 #89 VCU 라이스 리버 센터 기부금입니다.

저자는 공개 할 것이 없다.

이 무색 크기 스펙트럼 프로토콜은 스트림 물고기와 무척추 동물의 지역 사회 내에서 크기 구조를 정량화하고 모델링하는 데 사용할 수 있습니다. 스트림 생태계에서의 이전 크기 스펙트럼 연구는 기본 설명 연구에서 범위39,40 세로 강 프로파일을 따라 비교에41 뚜렷한 생물 지리 영역 중42. 계절별 비교는43,44, 최근, 크기 스펙트럼 파라미터의 계절적 변화가 수온 및 수문학(17)과 연계되어 있다. 크기 스펙트럼 경사는 연속적인 영양 수준45,46사이에서 영양 전달 효율을 추정하는 데 사용되...

체질량과 신진 대사 속도 사이의 긍정적 인 연관성과 같은 신체 크기 스케일링 관계는 개별 유기체 수준에서잘 알려져 있으며 현재 조직 1,2,3의 높은 수준에서 연구되고 있습니다. . 이러한 동종 측정 관계는 가장 자주 Y = aMb형태의 전력 법칙 기능이며, 여기서 Y는 관심의 변수 (예를 들어, 대사, 풍부함 또는 홈 범위 크기),M은 단일 또는 평균의 체질량이다. 개별, b는 배율 계수이고 a는 상수입니다. 통계적 편의를 위해 Y 및 M 데이터는 분석 전에 로그 변환된 다음 양식 로그 (Y) = log (a) + b 로그(M) 및 b 로그(M)로 모델링한 다음 b 및 로그 ( a)각각 선형 모델 경사 및 절편이 됩니다.
크기 스펙트럼은 M의 함수로서 밀도(D,단위 면적당 개인 수) 또는 바이오매스(B, 단위 면적당 개인의 합산 질량)를 예측하는 동종측정 관계의 일종이다(추가요금 제4항 참조) '정규화' D 또는 B 추정의 사용에 대한 정보입니다.) M과 D 사이의 다른 스케일링 관계와 마찬가지로 또는 M과 B사이의 크기 스펙트럼은 기본 및 적용 생태학에서 중심적인 역할을 합니다. 인구 수준에서 생물학자들은 종종 부정적인 D <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> M 관계를 밀도 의존적 생존의 증거 또는 용량을 운반하는 생태계의 모델로 해석합니다 (즉, '자가 희석 규칙')4, 5. 커뮤니티 수준에서 B <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> M 관계는 크기 선택적 낚시6,7과같은 인위적 섭동에 대한 시스템 수준의 효과를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. M을 가진 D와 B의 동형 스케일링은 또한 인구, 지역 사회 및 생태계 생태계를 통합하기 위한 최근의 노력의 중심입니다2,8,9.  
크기 스펙트럼의 특히 중요한 특징 중 하나는 완전히 무택시9,10이라는사실이다. 이 점은 D <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> M 또는 B <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> M 데이터의 산도도를 비교할 때 놓치기 쉽지만 택시 모델과 무택시 모델 간의 구분은 매우 중요합니다. taxic 모델에서, 단일 M 값은 주어진 종 또는 taxa11의모든 개인의 평균 체질량을 나타내는 데 사용된다. ataxic 모델에서 데이터 집합 내의 모든 개인은 분류학적 ID12에관계없이 일련의 신체 크기 간격 또는 M 저장소 간에 분할됩니다. 후자, 무과소 접근은 많은 taxa가 불확실한 성장을 전시하고 먹이 행동에 있는 하나 이상의 온유전적 변화를 경험하는 수생 생태계에서 유리합니다; 이러한 경우에, 단일 종 수준 M 평균종은 종의 생애 역사를 통해 다른 기능적 역할을 채울 수 있다는 사실을 모호하게 할 것이다9,13,14. 
여기서는 물놀이가 가능한 하천과 하천 내의 크기 스펙트럼을 정량화하는 완전한 프로토콜을 제시합니다. 프로토콜은 필요한 물고기와 벤틱 거대 척추 동물 데이터를 수집하는 필드 샘플링 방법으로 시작합니다. 물고기는 '3 패스 고갈'샘플링 과정을 통해 수집됩니다. 그런 다음 Zippin 메서드15를사용하여 고갈 데이터에서 풍요로움을 추정합니다. 고갈 샘플링에서, 폐쇄 된 연구 범위 내의 개별 물고기 (즉, 개인은 동봉 된 도달 범위를 입력하거나 떠날 수 없습니다) 세 개의 연속 샘플을 통해 도달 범위에서 제거됩니다. 따라서, 남아있는 물고기의 수는 점진적으로 고갈될 것입니다. 이러한 고갈 추세로부터, 연구 범위 내의 총 풍부도는 연구 범위의공지된 표면적을 사용하여 D(m2당 어류)로 변환된 후 추정될 수 있다. 벤틱 거대 척추 동물은 표준 고정 영역 샘플러로 수집 된 다음 실험실에서 식별및 측정됩니다.
다음으로, 결합된 물고기와 거대 척추 동물 데이터는 크기 저장소 간에 분할됩니다. 전통적으로 옥타브 또는 로그2 스케일(즉, 두 배 간격)은 크기 빈경계(16)를설정하는 데 사용되어 왔다. 크기 저장소 목록이 설정되면 무척추 동물이 단위 면적당 개인의 수로 직접 나열되기 때문에 개별 벤틱 거대 척추 동물의 분할은 각 크기의 빈 중에서 간단합니다. 그러나 이러한 추정치는 고갈 데이터에서 유추되기 때문에 크기 저장소 내에서 물고기의 풍부도를 추정하는 것이 더 추상적입니다. 따라서 분류학적 ID에 관계없이 고갈 샘플 데이터에서 크기 저장소 내에서 물고기의 풍부도를 추정하기 위한 자세한 지침이 제공됩니다.
마지막으로 선형 회귀는 크기 스펙트럼을 모델링하는 데 사용됩니다. 이 프로토콜은 커와 디키(16)의 원래, 일반적인 방법과 완벽하게 호환되며, 웨스트 버지니아 스트림에서 물고기와 무척추 동물 크기 스펙트럼의 연구에서 맥가비와 커크, 201817에 의해 사용되는 방법과 동일합니다. 이 프로토콜을 사용하여, 조사관은 그들의 결과가 Kerr와 Dickie16에근거를 두는 그밖 연구 결과와 직접 비교된다는 것을 보장할 수 있습니다, 따라서 담수에 있는 바디 크기 스케일링 관계의 광범위하고 강력한 이해를 가속화하 생태계와 그들을 구동하는 메커니즘.

<table><tbody><tr><td>체스트 웨이더</td><td>다양한 옵션</td><td>N/A</td><td>전기 낚시 중 사용하기 위한 개인 보호 장비. 전류가 통과하므로 '통기성' 방수 바지를 사용하지 마십시오.</td></tr><tr><td>Rubber lineman's gloves</td><td>다양한 옵션</td><td>n/a</td><td>전기 낚시 중 사용하기 위한 개인 보호 장비.</td></tr><tr><td>유리 섬유 기둥이 있는 딥 그물</td><td>다양한 옵션</td><td>n/a</td><td>전기 낚시 중 기절한 물고기를 잡는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>배낭 전기 낚시 장치</td><td>Smith-Root; 홀텍; 중서부 호수 관리; Aqua Shock Solutions</td><td>www.smith-root.com; www.halltechaquatic.com; https://midwestlake.com; https://aquashocksolutions.com/</td> <td>Backpack 전기 낚시기는 현재 북미에 있는 4개의 독립 회사에서 제조 및 유통되고 있습니다. 가격 및 보증/기술 지원은 공급업체를 선택할 때 가장 중요한 요소입니다.</td></tr><tr><td>그물/그물 (&times; 2)</td> <td>Duluth 그물</td><td>https://duluthfishnets.com/</td> <td>필요한 길이는 스트림 너비에 따라 다릅니다. 3/8 인치 메쉬를 권장합니다.</td></tr><tr><td>1인치 나일론 웨빙이 있는 캠 액션 유틸리티 스트랩 (&times; 4)</td> <td>다중 옵션</td><td>n / a</td><td>블록 그물을 고정 / 고정하는 데 사용됩니다. 자동차 용품, 철물점, 백화점에서 구입할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>대형 텐트 스테이크 (&times; 4)</td> <td>다중 옵션</td><td>n / a</td><td>블록 그물을 고정 / 고정하는 데 사용됩니다. 캠프와 백화점에서 구입할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>5 갤런 플라스틱 양동이 (&times; 5)</td> <td>여러 옵션</td><td>없음 :</td><td>전기 낚시 중 물고기를 잡고 운반하는 데 사용됩니다. 철물점과 페인트 공급 상점에서 구입할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>10-20 갤런 토트 (&times; 3)</td> <td>다양한 옵션</td><td>n / a</td><td>는 포획 된 물고기의 라이브 웰, 진정 탱크 및 회수 통으로 사용됩니다. 철물점과 백화점에서 구입할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>배터리로 작동되는 '미끼 양동이' 폭기 펌프</td><td>Cabelas</td><td>IK-019008</td><td>현장 처리 중에 물고기 보유 통을 폭기하는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>물고기 마취 (Tricaine-S)</td><td>Syndel</td><td>www.syndel.com</td><td>현장 처리를 위해 물고기를 진정시키는 데 사용됩니다. 트리카인-S는 미국 식품의약국(FDA)의 규제를 받습니다.</td></tr><tr><td>접이식 캠프 테이블과 의자</td><td>Cabelas</td><td>IK-518976; IK-552777</td><td>물고기 샘플을 처리하는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>팝업 캐노피</td><td>여러 옵션</td><td>없음</td><td>태양과 비 보호를 위해 필요에 따라 사용됩니다.</td></tr><tr><td>물고기 측정 보드</td><td>Wildco</td><td>3-118-E40</td><td>물고기 길이를 측정하는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>계량 접시가 있는 배터리 구동 필드 저울</td><td>다중 옵션</td><td>n/a</td><td>물고기의 무게를 측정하는 데 사용됩니다. 무게는 0.1g 또는 0.01g으로 정확해야 합니다.</td></tr><tr><td>투명 플라스틱 바람/비 배플</td><td>다양한 옵션</td><td>해당 없음</td><td>비가 오거나 바람이 부는 조건에서 스케일을 차폐하는 데 사용됩니다. 저울과 계량 접시를 덮을 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다.</td></tr><tr><td>흰색 플라스틱 또는 에나멜 검사 트레이</td><td>다양한 옵션</td><td>n/a</td><td>트레이는 들판에서 물고기를 검사하는 데 필수적입니다.</td></tr><tr><td>스테인레스 스틸 집게</td><td>다양한 옵션</td><td>n / a</td><td>집게는 작은 물고기를 검사하고 무척추 동물을 표본 항아리로 옮길 때 유용합니다.</td></tr><tr><td>손 돋보기</td><td>다중 옵션</td><td>n/a</td><td>배율은 현장에서 물고기 표본을 식별할 때 종종 도움이 됩니다.</td></tr><tr><td>물고기 식별 키</td><td>n/a</td><td>해당 없음</td><td>특정 위치에 맞게 맞춤 준비된 라미네이트 키가 가장 효과적입니다.</td></tr><tr><td>방수 종이에 인쇄 된 데이터 시트</td><td>Rite in the Rain</td><td>n / a</td><td>방수 종이는 수생 표본으로 작업 할 때 필수적입니다.</td></tr><tr><td>개폐식 유리 섬유 필드 테이프</td><td>Lufkin</td><td>n/a</td><td>스트림 채널 치수를 측정하는 데 사용됩니다.</td></tr><tr><td>Surber 샘플러 또는 Hess 샘플러</td><td>Wildco</td><td>3-12-D56; 3-16-C52</td><td>이러한 고정 면적 저서 샘플러 중 하나는 자갈 또는 자갈 기판이 있는 얕은 개울에서 잘 작동합니다.</td></tr><tr><td>70% 에탄올 또는 이소프로필 알코올</td><td>다양한 옵션</td><td>N/A</td><td>무척추 동물 방부제로 사용됩니다.</td></tr><tr><td>와이드마우스 무척추 동물 표본 항아리 (20-32 oz.)</td><td>미국 플라스틱 공사</td><td>67712</td><td>모든 와이드입 플라스틱 항아리는 작동하지만 이 특정 항아리는 내구성이 뛰어나고 저렴합니다.</td></tr></tbody></table>

스트림 생태계에서 거대 척추 동물 및 물고기의 크기 스펙트럼 모델링

Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems

크기 스펙트럼은 생태 학적 커뮤니티 또는 식품 웹 내에서개인의 평균 체질량 (M)과 밀도 (D) 사이의 역, 대칭 스케일링 관계입니다. 중요한 것은, 크기 스펙트럼은 종의 행동 이나 생명 역사 특성보다는 개별 크기가 생태계 내에서 풍요로움의 주요 결정요인이라고 가정합니다. 따라서 종 수준 데이터(예: 평균 종의 신체 크기 대 인구 밀도)에 초점을 맞춘 기존의 동종 측정 관계와 달리 크기 스펙트럼 분석은 'ataxic'이며 개별 표본은 크기별로만 식별됩니다. 분류학적 정체성. 크기 스펙트럼 모델은 기존의 복잡한 식품 웹을 효율적으로 표현하며 설명및 예측 컨텍스트(예: 기초 자원의 변화에 대한 대규모 소비자의 응답 예측)에 사용할 수 있습니다. 다양한 수생 생태계의 경험적 연구는 또한 크기 스펙트럼 경사면에서 중간 수준에서 높은 수준의 유사성을 보고했으며, 이는 일반적인 프로세스가 매우 다른 환경에서 크고 작은 유기체의 풍부함을 조절할 수 있음을 시사합니다. 이 프로토콜은 방수 스트림에서 커뮤니티 수준 크기 스펙트럼을 모델링하는 프로토콜입니다. 프로토콜은 세 가지 주요 단계로 구성됩니다. 첫째, 현지 밀도를 추정하는 데 사용할 수있는 양적 벤틱 물고기와 무척추 동물 샘플을 수집합니다. 둘째, 모든 개인을 무과단위(즉, 분류학적 정체성에 관계없이 크기로 식별된 개인)로 변환하고 로그2 크기 저장소 내에서 개인을 합산하여 물고기와 무척추 동물 데이터를 표준화합니다. 셋째, 선형 회귀를 사용하여 ataxic M과 D 추정사이의 관계를 모델링합니다. D 추정 및 크기 스펙트럼 모델링을 용이하게 하기 위한 사용자 지정 소프트웨어를 포함하여 이러한 각 단계를 완료하기 위한 자세한 지침이 여기에 제공됩니다.

원본 필드 데이터를 포함한 모범 적인 결과는 웨스트 버지니아 남부의 작은 스트림인 웨스트 버지니아 주 Slaunch Fork에 대해 표시됩니다. 캠프 크릭과 캐빈 크릭, 웨스트 버지니아 : 추가 크기 스펙트럼 모델 결과는 같은 지역의 두 개의 다른 스트림에 대해 표시됩니다. 이들은 McGarvey와 Kirk17에포함된 3개의 연구 사이트입니다, 그러나 여기에서 제시된 데이터는 2015년 5월에 집합된 새로운 견본에서 입니다. 추가 파일2의 Slaunch Fork 데이터에 대해 크기 스펙트럼 모델링 프로세스의 완전히 작동된 수동 예제가 포함되어 있습니다. 또는 http://bit.ly/SizeSpectra 사용자 지정 크기 스펙트럼 응용 프로그램(그림 3참조)을 통해 모든 계산을 자동화할 수 있습니다.
3개의 연구 스트림 각각에서 명확하고, </em...

이 프로토콜은 물놀이가 가능한 하천과 하천의 결합된 어류 및 무척추 동물 데이터에 대한 크기 스펙트럼(개별 질량과 인구 밀도 간의 크기 조정 관계)을 모델링하는 프로토콜입니다. 방법은 다음을 포함한다: 정량적 물고기와 무척추 동물 샘플을 수집하는 필드 기술; 현장 데이터를 표준화하는 실험실 방법; 및 통계 데이터 분석.

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological ...

크기 스펙트럼은 개별 크기의 함수로서 풍부를 예측합니다. 크기 스펙트럼 연구는 다양한 생태계에서 상대적으로 작고 큰 유기체의 풍부에 강한 유사성을 제안한다. 종 수준 평균 크기를 사용하는 기존의 크기 풍부 확장 관계와는 달리 크기 스펙트럼 모델은 ataxic이며 샘플 내의 모든 개인의 크기를 설명 할 수 있습니다.절차를 시연하는 것은 브랜든 그레이브트, 사라 헤들리, 지안카를로 라카넬리, 현장 기술자가 될 것입니다. 스터디 도달 범위의 업스트림 및 다운스트림 끝을 확인한 후 이동식 플래그 테이프로 끝을 표시합니다. 습식 스트림 채널의 폭을 학습 범위의 길이에 따라 균등하게 분포된 5 내지 10개의 트랜지Ct에서 측정하고, 평균 젖은 채널 폭이 도달 범위의 총 길이를 곱함에 따라 연구의 총 표면적을 추정한다.폴리 프로필렌 로프 조각의 각 끝에 느슨한 보우 라인 매듭을 확인하고 연구의 상류 끝에 나무, 루트, 큰 바위, 또는 다른 단단한 물체 주위에 밧줄을 감싸는 것은 앵커로 도달. 한 루프를 다른 루프를 통해 공급하여 앵커 점을 만들고 필요에 따라 앵커 오브젝트 주위에 랩을 추가하거나 제거하여 로프 앵커를 단축하거나 길게 합니다. 스트림의 반대편에 두 번째 앵커 점을 설정한 다음 보우라인 매듭을 사용하여 메시 블록 그물을 거칠게 하기 위해 매체의 네 모서리 각각의 라인에 루프를 만듭니다.캠 액션 타이다운 스트랩을 사용하여 블록 네트의 상단 라인의 양쪽을 앵커 포인트에 연결하고 타이다운 스트랩의 양쪽 끝에 있는 후크를 블록 그물 모서리와 앵커 포인트의 루프에 삽입합니다. 캠 버클을 통해 타이다운 스트랩의 프리 테더를 당겨 각 접점을 강화하고 블록 그물의 하단 라인을 텐트 스테이크로 스트림 뱅크에 고정합니다. 그물 의 측면에 큰 바위를 배치하여 블록 그물을 아래로 고정하여 하천 바닥의 씰을 설정하여 그물의 상단이 수위 이상으로 유지되는 것을 주의하십시오.그런 다음 연구의 다운스트림 끝에 두 번째 블록 그물을 동일한 방식으로 설정합니다. 밀폐된 스터디 도달의 하류 끝에서 시작하여 물고기 샘플링 고갈 패스를 수행하려면 배낭 전기 피셔를 켜고 업스트림 방향으로 스트림을 통과합니다. 천천히 진행, 모든 스트림 서식지를 샘플링 하고, 지원 승무원이 발견으로 딥 그물기절 물고기를 수집하기 위해 따라 있는지 확인하기 위해 연구 범위를 통해 측면을 이동.물고기를 임시 양동이로 옮은 다음 욕조를 들고 있는 욕조로 옮습니다. 작은 배터리 구동 미끼 버킷 펌프와 폭기 돌을 사용하여 캡처 된 물고기가 건강을 유지할 수 있도록하십시오. 발견하고 포착하기 어렵기 때문에 다양한 작은, 젊은 물고기에 특히주의를 기울이라.업스트림 그물에 도달하면 첫 번째 고갈 패스가 완료됩니다. 첫 번째 고갈 패스 물고기의 처리를 위해 작은 딥 넷을 사용하여 홀딩 탱크또는 작은 배치에서 샘플링 된 물고기를 개별적으로 검색하고 표본을 흰색 트레이에 놓습니다. 집게와 돋보기를 사용하여 각 물고기를 식별한 다음 주아웃 끝에서 측정 판의 caudal fin 끝까지 총 길이를 측정하고 0.1 또는 0.01 그램 정밀도로 필드 밸런스에 무게를 두습니다.그런 다음 방수 데이터 시트에 각 표본에 대한 종의 정체성과 총 길이와 무게를 기록합니다. 처리되면, 다운스트림 블록 그물의 모든 물고기를 하류의 모든 물고기를 해제하기 전에 별도의 유출 복구 빈에 물고기를 반환합니다. 연구 도달범위에서 관찰되는 주요 유형의 물리적 서식지를 대표하는 물고기 샘플링 도달 범위 의 경계 내에서 벤딕 거신 척추 동물 샘플 사이트를 선택하십시오.샘플 수집 그물 지향 다운스트림과 스트림 바닥에 단단히 적절한 고정 영역 샘플링 장치를 배치하고 기판과 확고한 씰을 확립하기 위해 필요에 따라 큰 자갈을 이동합니다. 브러시를 사용하여 샘플링 영역 내의 기판을 2분 동안 적극적으로 스크럽하여 벗겨진 벤틱 거신척추동물이 샘플 그물로 표류할 수 있도록 합니다. 샘플 내용물들을 그물에서 플라스틱 항아리로 옮기고 시편을 70%의 이소프로필 알코올로 보존한다.그런 다음 항아리에 레이블을 지정하고 나중에 실험실로 전송할 수 있도록 안전한 위치에 보관합니다. 모든 벤딕 거신 척추 동물과 물고기 데이터가 적절하게 포맷되고 플롯되었을 때, 개별 체질량과 정규화된 밀도 사이의 명확한 부정적인 관계는 종종 명백합니다. 이 크기 스펙트럼은 웨스트 버지니아 주 Slaunch Fork의 샘플에 대해 여기에 표시된 바와 같이 미지와 작은 메이파리와 같은 가장 작고 가장 풍부한 무척추 동물에서 더 큰 캐디스파리와 석면으로 예측 가능한 전환을 반영합니다.캠 크릭과 캐빈 크릭의 물고기에서 벤틱 거시 척추 동물, 다른 두 개의 웨스트 버지니아 스트림에 있는 벤틱 거세 척추 동물에 대해 유사한 크기의 스펙트럼 관계가 감지되었으며 선형 회귀가 관계를 모델링하는 데 사용되었습니다. 크기 스펙트럼 슬로프는 모두 1.7에서 1.8 사이였으며 95%의 신뢰도 간격이 겹칩니다. 이 유사성은 세 스트림 에서 신체 크기가 약 동일한 속도로 증가함에 따라 풍부함이 감소함을 나타냅니다.그러나, 다른 크기 스펙트럼 차단은 전체 밀도의 차이가 스트림 간에 변수것을 알 수 있지만, 캠프 크릭에서 관찰 된 가장 높은 밀도와 캐빈 크릭에서 측정 훨씬 낮은 밀도. 크기 스펙트럼 연구의 수가 증가함에 따라, 크기 스펙트럼에 다른 환경 영향의 영향의 중요한 테스트가 가능해질 것입니다. 모든 현장 작업으로 인해 위험이 수반되며, 특히 전기 낚시가 위험할 수 있다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.따라서 모든 승무원이 제대로 훈련되는 것이 필수적입니다.

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