Artykuł przedstawia metody hodowli larw ślimaka Crepidula fornicata w systemie laboratoryjnym o małej objętości oraz w systemie mezokosmosu z otaczającą wodą morską, który może być stosowany w terenie.
Artykuł metodologiczny
Artykuł przedstawia metody hodowli larw ślimaka Crepidula fornicata w systemie laboratoryjnym o małej objętości oraz w systemie mezokosmosu z otaczającą wodą morską, który może być stosowany w terenie.
Ślimak ślimakowaty z rodziny calyptraeidae, Crepidula fornicata, był szeroko stosowany do badań nad biologią, fizjologią i ekologią rozwoju larw. Wysiadłe larwy veligera tego gatunku zbierano przez zasysanie na sito po naturalnym uwolnieniu przez dorosłe osobniki, rozprowadzano do kultury w gęstości 200/l i karmiono Isochrysis galbana (szczep T-ISO) w ilości 1 x 10,5 komórek/ml. Wzrost skorupy i nabywanie kompetencji do metamorfozy udokumentowano u larw rodzeństwa hodowanych w wentylowanych kulturach o pojemności 800 ml zaprojektowanych do równoważenia z otaczającym powietrzem lub określonymi mieszaninami gazów atmosferycznych. W przeciwieństwie do tych warunków hodowli laboratoryjnej; Zebrano również dane dotyczące wzrostu i kompetencji larw hodowanych w 15-litrowym mezokosmosie przepływowej wody morskiej, znajdującym się w polowej populacji dorosłych osobników rozrodczych. Tempo wzrostu i czas trwania kompetencji metamorficznej w kulturach laboratoryjnych były podobne do tych zgłoszonych we wcześniej opublikowanych badaniach. Larwy hodowane w mezokosmosie polowym rosły znacznie szybciej i ulegały metamorfozie szybciej niż podano w jakichkolwiek badaniach laboratoryjnych. Łącznie metody te nadają się do badania rozwoju larw w określonych kontrolowanych warunkach w laboratorium, jak również w naturalnie występujących warunkach w terenie.
Skałoczep pantofelkowy, Crepidula fornicata (Gastropoda: Calyptraeidae), jest dobrze reprezentowany w obecnej i historycznej literaturze badawczej ze względu na jego użyteczność jako modelu rozwojowego i ze względu na jego powszechne oddziaływanie jako gatunek inwazyjny. Posłużył jako fundamentalny przykład rozwoju spiralnego w klasycznej erze embriologii eksperymentalnej1 i doświadczył odrodzenia zainteresowania dzięki zastosowaniu nowoczesnych narzędzi obrazowania i genomiki do analizy mechanizmów wczesnego rozwoju lophotrochozoa2,3. Z drugiej strony, inne badania koncentrowały się na wpływie dorosłych populacji tego inżyniera ekosystemu w umiarkowanych przybrzeżnych środowiskach morskich, dalekich od jego pierwotnego rozmieszczenia we wschodniej Ameryce Północnej4,5. Pomiędzy zarodkiem a osobnikiem dorosłym, larwy welierów tego gatunku były przedmiotem licznych badań nad rozwojem larw i ekologią, zwłaszcza nad czynnikami wpływającymi na wzrost i nabywanie kompetencji do metamorfozy, wewnętrznymi i zewnętrznymi sygnałami pośredniczącymi w osiedlaniu się larw oraz wpływem doświadczeń larwalnych na wydajność młodocianych6,7,8,9,10,11. Ostatnie badania wykazały odporność larw i osobników młodocianych C. fornicata na zakwaszenie oceanów, co jest kolejnym sposobem na produktywne wykorzystanie tego zwierzęcia w badaniach12,13,14,15,16.
Zaletą C. fornicata do badań biologii larw morskich jest to, że jest stosunkowo łatwa do uprawy w laboratorium w naturalnej lub sztucznej wodzie morskiej na diecie jednoglonowej wiciowców Isochrysis galbana. Metody hodowli zostały szczegółowo opisane przez autora we wcześniejszej publikacji drukowanej poświęconej metodom17. Powody niniejszego wkładu są dwojakie. Po pierwsze, rutynowe manewry fizyczne związane z zakładaniem i pielęgnacją kultur są koncepcyjnie bardzo proste, ale trudne do prawidłowego wykonania bez praktycznej demonstracji lub demonstracji wideo. Po drugie, opisano dwie odmiany wcześniej opisanych metod hodowli, które są szczególnie przydatne w badaniach laboratoryjnych i terenowych reakcji na stresory środowiskowe, takie jak zakwaszenie oceanów, eutrofizacja i wyczerpanie tlenu. Pierwszym z nich jest system hodowli o małej objętości (800 ml) przystosowany do manipulowania pH i rozpuszczonym tlenem w wodzie morskiej za pomocą małych objętości pęcherzykowych gazów, a drugi to system mezokosmiczny o większej objętości (15 l), który można umieścić w terenie i który umożliwia swobodną wymianę otaczającej wody morskiej.
1. Rutynowe manewry tworzenia i utrzymywania kultur larwalnych C. fornicata
UWAGA: Ta metoda zaczyna się od galonowego (3,8 L) słoika wody morskiej zawierającego dorosłe C. fornicata, które właśnie wypuściły wysiadłe larwy veligera. Dorosłe osobniki mogą być zbierane w terenie lub pozyskiwane od dostawcy podanego w Tabeli Materiałów. Dorosłe osobniki są protandroycznymi hermafrodytami, które żyją w stosach godowych z siedzącymi samicami wysiadującymi na dole stosu. Nie rozbijaj stosów dla dorosłych. Sezonowość rozmnażania i metody warunkowania dorosłych osobników do tarła poza sezonem zostały już wcześniej opisane17. Larwy najlepiej zbierać w ciągu 2-3 godzin po uwolnieniu, gdy są silnie geoujemne i koncentrują się w pobliżu powierzchni słoika.
2. Budowa wentylowanych kultur dla larw C. fornicata
UWAGA: Zalecany szklany słoik (Tabela Materiałów) ma pokrywkę z polipropylenu, która jest obojętna na wodę morską i ma odpowiednią grubość do mocowania wlotów rurek dla wentylacji strumienia gazu.
3. Budowa polowej kultury mezokosmicznej dla larw C. fornicata
Wzrost larw oraz nabycie zdolności do metamorfozy mierzono w 4 równoległych powtórzeniach w 800 ml napowietrzanych kultur, z których każda zawierała 160 larw pochodzących z tej samej partii rodzeństwa, które wykluły się z jednej masy jaj i były karmione Isochrysis galbana przy gęstości 1 x 105 komórek/ml. pH wynosiło 7,9–8,0, a temperatura 20–21 °C, a zasolenie wynosiło 30-31 ppt. Wzrost i przeobrażenie określono również na innej partii rodzeństwa larw w pojedynczej próbie w mezokosmosie o pojemności 15 L zawierającym 600 larw, rozmieszczonym w Buzzards Bay (MA, USA) w warunkach pH, temperatury i zasolenia zbliżonych do kultur laboratoryjnych, lecz karmionych naturalnym fitoplanktonem z otaczającej wody morskiej, która przepływała przez panele siatkowe mezokosmosu. Zmierzony odczyn pH wynosił 7,8-8,3, a temperatura 20-24 °C, a zasolenie wynosiło 26–28 ppt. Wzrost określono jako zmianę długości muszli (Rycina 3). Larwy rosły szybciej w mezokosmie (71 µm/day) niż w hodowlach laboratoryjnych (54 µm/day) w ciągu pierwszych 4–5 dni po wykluciu (Rycina 4). Pomiędzy 5th oraz 6th dni, larwy w mezokosmie zaczęły spontanicznie przechodzić metamorfozę, a larwy, które pozostały w mezokosmie w 6. dniu, były średnio 181 µm większe niż w dniu 5. Nie przeprowadzono dalszych pomiarów larw w mezokosmie, ponieważ większość osobników przeszła metamorfozę do 7. dnia. Larwy w hodowlach laboratoryjnych rosły w znacznie wolniejszym tempie od 4. do 8. dnia (41 µm/day) oraz od 8. do 13. dnia (31 µm/day). Larwy te zaczęły wykazywać zdolność do metamorfozy w 8. dniu, a niemal wszystkie stały się kompetentne do 12. dnia, co ustalono poprzez stymulację podprób podwyższonym stężeniem [K+], opisany w8W hodowlach laboratoryjnych odnotowano niewielką liczbę przypadków spontanicznej metamorfozy (<10%) aż do 13. dnia, kiedy zakończono eksperyment. Przeżywalność w kulturach laboratoryjnych wynosiła 91%–100%, natomiast w mezokosmie nie została określona ze względu na trudności w inspekcji i odzyskaniu wszystkich osobników z objętości i z powierzchni mezokosmu.

Rycina 1: Układ kultur napowietrzanych. Na rycinie przedstawiono 800 mL kultur napowietrzanych zawierających larwy Crepidula fornicata, zaszczepionych z gęstością 1 larwy/5 mL. Zwróć uwagę na cienki strumień pęcherzyków, szczególnie widoczny w słoikach 2 i 4. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Układ kultury mezokosmu do zastosowań terenowych. Na rycinie przedstawiono mezokosm o pojemności 15 L, (A) widok z boku, (B) widok z góry oraz (C) układ umieszczony w pływającym regale. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 3: Larwa veliger Crepidula fornicata 4 dni po wykluciu. Linia przerywana wskazuje oś pomiaru długości muszli. Skróty: s = muszla; v = velum; f = stopa; o = operculum. Pasek skali = 100 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rycina 4: Wzrost larw Crepidula fornicata w hodowlach laboratoryjnych i polowych. Wzrost larw w hodowlach laboratoryjnych o objętości 800 mL (linia przerywana, otwarte okręgi) oraz w polowym mezokosmie o objętości 15 L (linia ciągła, wypełnione kwadraty). Każdy punkt reprezentuje średnią z 15 larw z każdej z 4 powtórnych hodowli laboratoryjnych lub średnią z 25 larw z pojedynczego mezokosmu. Słupki błędów oznaczają ± 1 SD. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Chociaż larwy C. fornicata są stosunkowo łatwe do hodowli w porównaniu z innymi planktotroficznymi larwami morskimi, zwrócenie uwagi na podstawy dobrej praktyki hodowlanej jest nadal niezbędne17,19. Zdrowe larwy powinny zacząć żerować natychmiast po wykluciu. Można to łatwo zweryfikować następnego dnia po wykluciu, obserwując ich pełne jelita, wypełnione komórkami glonów, za pomocą mikroskopu preparacyjnego z transillumination. Skorupy zdrowych larw powinny pozostać czyste, jasne i wolne od widocznych zanieczyszczeń przez orzęsione protisty lub osiadłe okrzemki pennate, które szybko rozprzestrzeniają się w zatłoczonych kulturach. Zanieczyszczenie muszli utrudnia pływanie i żerowanie, powoduje śmiertelność i zwykle wskazuje, że zagęszczenie larw w kulturze jest zbyt duże.
Udokumentowane tutaj tempo wzrostu larw i czas kompetencji w wentylowanych kulturach laboratoryjnych są podobne do opublikowanych wyników eksperymentów laboratoryjnych z użyciem wcześniejszej wersji tej metody w podobnych warunkach zagęszczenia larw, pH, temperatury, zasolenia i racji pokarmowej 13,14,16. Jedyna istotna różnica między metodą opisaną tutaj a tą zastosowaną w tych ostatnich badaniach polega na tym, że w obecnym eksperymencie strumień gazu wentylacyjnego został wprowadzony przez rurkę o średnicy 2 mm (średnica zewnętrzna), która wytworzyła strumień pęcherzyków z dna słoika hodowlanego, a nie przechodziła przez przestrzeń nad głową na powierzchni słoika. Obieg i mieszanie wody wytwarzane przez strumień pęcherzyków nie jest zatem szkodliwe dla wzrostu larw i nabywania kompetencji i może być korzystne w doświadczeniach wymagających szybkiego równoważenia kultury wody morskiej ze zmieniającymi się mieszaninami gazów, np. w doświadczeniach badających wpływ cykli dielowych na ciśnienie cząstkowe CO2 i rozpuszczonegoO2 , jakie występują w produktywnych przybrzeżnych środowiskach morskich20, Lokal mieszkalny 21.
Wyniki projektu mezokosmos pozwoliły na uzyskanie tempa wzrostu larw przewyższającego jakiekolwiek opublikowane w badaniach laboratoryjnych, a także najkrótszy czas do nabycia kompetencji do metamorfozy22,23. Chociaż obecne wyniki uzyskano w warunkach polowych, które były wyraźnie bardzo korzystne dla wzrostu i rozwoju larw, metoda ta powinna być najbardziej pouczająca dla badania wydajności larw w miejscach polowych, które wykazują naturalnie występujące kombinacje stresorów środowiskowych, w tym w zagrożonych i zdegradowanych siedliskach, które są interesujące dla celów zarządzania i remediacji24.
Nie ma żadnych konfliktów interesów, które należy zgłaszać.
Początkowy rozwój systemu hodowli wentylowanej o małej objętości był częściowo wspierany przez National Science Foundation (CRI-OA-1416690 dla Dickinson College). Dr Lauren Mullineaux uprzejmie udostępniła zaplecze laboratoryjne w Instytucie Oceanograficznym Woods Hole, gdzie zebrano dane przedstawione dla tego systemu (Rysunek 4).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Wiadro, polietylen, 7 galonów | US Plastic | 16916 | do mezokosmosu |
| Crepidula fornicata | Morskie Laboratorium Biologiczne, Centrum Zasobów Morskich | 760 | dorosłych stad lęgowych |
| Klej topliwy, Infinity Supertac 500 | Hotmelt.com | INFINITY IM-SUPERTAC-500-12-1LB | dobry do klejenia polietylenu |
| Słoik, szkło, 32 uncje, z polipropylenową pokrywką | Uline | S-19316P-W | do kultur wentylowanych 800 ml |
| Nitex siatka, 236 i mikro; m | Dynamic Aqua Supply Sp. z o.o. | NTX236-136 | dla mezokosmosu |
| Nakrętka, sześciokątna, nylonowa, gwint 10-32 | Home Depot | 1004554441 | do mocowania zadziorów rurek |
| Nity nylonowe, zrywalne, średnica 15/64", zakres uchwytu 5/32"-5/16", zestaw 8 | sztuk części samochodowych NAPA | BK 6652844 | 4 opakowania potrzebne na mezokosmos |
| Zadzior rurki gwint 1/8" x 10-32 | Plastic | 65593 | 2 potrzebne na słoik |
| kulturowyRurka, polietylen, średnica zewnętrzna 2,08 mm | Fisher Scientific | 14-170-11G | do wentylacji strumienia gazu wewnątrz słoika hodowlanego |
| Rurka, Tygon, 1/8"x3/16"x1/32" | US Plastic | 57810 | pasuje do zadziorów do wentylacji kultur |