Ten protokół opisuje użycie biomarkerów do wczesnego wykrywania szkodliwych skutków w ekosystemach wodnych. Biomarkery są ściśle związane z cechami wartowniczymi, a ich zmiany pomagają w wykrywaniu uszkodzeń wczesnego ostrzegania.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje użycie biomarkerów do wczesnego wykrywania szkodliwych skutków w ekosystemach wodnych. Biomarkery są ściśle związane z cechami wartowniczymi, a ich zmiany pomagają w wykrywaniu uszkodzeń wczesnego ostrzegania.
Larwy dobsonfów z rodzaju Corydalus, powszechnie znane jako Hellgrammites, charakteryzują się znaczącymi rozmiarami, szerokim zakresem występowania i długim okresem niedojrzałości, który może trwać do jednego roku. Hellgrammity są wyraźnie znane z tego, że wykazują wrażliwość na zanieczyszczenia i wpływ na strukturę siedlisk. Biorąc pod uwagę te unikalne cechy, wykorzystanie larw Corydalus texanus jest wysoce odpowiednie jako wiarygodne środki biomonitoringu do oceny integralności ekologicznej ekosystemów wodnych. Protokół ten ma na celu dostarczenie niezbędnych narzędzi do oceny C. texanus i wykazanie ich skuteczności poprzez studium przypadku. Wyniki badań mają praktyczne implikacje, wskazując, że larwy C. texanus wykazują wczesne reakcje ostrzegawcze na zanieczyszczenia górnicze, bioakumulację dużych ilości metali ciężkich, takich jak Zn, Fe i Al. Obecność lub brak populacji C. texanus może służyć jako pomocny wskaźnik do identyfikacji potencjalnych problemów związanych ze zdrowiem ekosystemu. Niekonwencjonalne podejście zaowocowało wczesnymi ostrzeżeniami o zanieczyszczeniu w zakładach górniczych, co uwypukliło potrzebę podjęcia w odpowiednim czasie działań w celu ochrony środowiska. Biorąc pod uwagę ich unikalne cechy, stosowanie larw C. texanus jest wysoce sugerowane jako wiarygodnego niekonwencjonalnego bioindykatora.
Hellgramites to larwy owadów z rzędu Megaloptera (Latreille, 1802), zwane dobsonflies lub fishfly w stadium dorosłym. Niska różnorodność, ale powszechność charakteryzuje tę grupę larw owadów drapieżnych z ekosystemów wodnych1. Gatunki Hellgramitów występują w dobrze zdefiniowanych regionach biogeograficznych; W związku z tym stosunkowo łatwo jest zidentyfikować gatunki bez dużej wiedzy taksonomicznej. Warto zauważyć, że larwy Corydalidae posiadają najbardziej znane gatunki z rzędu Megaloptera (20-90 mm długości ciała)2, co sprawia, że hellgramit jest widoczny gołym okiem.
Hellgrammity odgrywają kluczową rolę w ekosystemach wodnych jako drapieżniki, z potężną obecnością dzięki dużym gryzakom, które wskazują na ich imponujący drapieżny kształt. Grzbietowo-brzusznie spłaszczone ciało łączy się również z 7-8 parami skrzeli włókien wzdłuż ciała, a torebka głowa z sześcioma łodygami na bok sprawia, że hellgrammity są fascynującymi organizmami dla entomologów i fanów3. Dorosłe osobniki Corydalidae zaskakują i tworzą wrażenie na ludziach ze względu na swój wyraźny rozmiar; Są one jednak całkowicie nieszkodliwe. Warto zauważyć, że hellgrammity mają zdolność do przetrwania w środowisku wodnym w stadium larwalnym przez znaczny czas.
Fenotypowe cechy hellgrammitów dają szczególną szansę na podkreślenie ich roli w ekosystemach wodnych; niemniej jednak ich potencjał wskaźnikowy jest najbardziej pożądaną cechą dla ekologów wodnych. Ogromna wiedza na temat ich potencjału bioindykacyjnego jest podkreślana w ekosystemach wodnych, ponieważ ich występowanie wiąże się z dobrymi warunkami zdrowotnymi w ich siedliskach ze względu na ich nietolerancję na zanieczyszczenia organiczne w wodach powierzchniowych4,5,6,7,8.
Większość megalopterów Corydalidae żyje w szybko płynących wodach jako bystrza i podłoża zdominowane przez bruk i kamyki, ale hellgrammity występują również w strumieniach o niskim nachyleniu z zaczepami i podłożami piaskowymi, a także w siedliskach lentycznych, takich jak jeziora3,9,10. Ich szeroki zakres występowania odzwierciedla krytyczne cechy czołowego drapieżnika i ich zdolność do kolonizacji kilku siedlisk, do czego dążą ich skuteczne strategie historii życia11. Hellgramici łączyli swoje cechy z dynamiką ekosystemów wodnych; tak więc strategie takie jak adaptacja do oddychania powietrznego przez przetchlinki (oprócz ich brzusznych kępek skrzeli tchawicy) są właściwe dla strategii Corydalidae10.
Hellgrammites zamieszkują określone ekosystemy i wykazują szybkie reakcje na odchylenia od ustalonych wzorców, służąc tym samym jako system wczesnego ostrzegania7. Reakcje tych dzikich organizmów fauny i flory mogą być wykorzystane jako cenne narzędzie do oceny wpływu zanieczyszczenia na ekosystemy wodne, szczególnie w przypadku mieszanin zanieczyszczeń niebędących przedmiotem zwalczania. Stwierdzono pewne szkodliwe skutki dla organizmów żywych w ekosystemach ze względu na indywidualną toksyczność chemikaliów, ale należy określić wpływ mieszanin zanieczyszczeń. Wczesne reakcje ostrzegawcze ze strony hellgrammitów mogą umożliwić zidentyfikowanie szkodliwych skutków poprzez odniesienie do wpływu mieszaniny zanieczyszczeń lub nawet wtedy, gdy indywidualne skutki zanieczyszczeń rozpoznają stężenie bez obserwowalnego skutku (NOEC)12.
Kilka organizmów modelowych zostało wykorzystanych do eksperymentalnych testów ostrych i przewlekłych; jednak są one hodowane i utrzymywane w kontrolowanych warunkach13. Kontrolowane warunki sprawiają, że nie są one w stanie zidentyfikować niedocelowych skutków kilku zanieczyszczeń, na które są narażone. NOEC jest również często rozpoznawany ze względu na złożoność mieszaniny zanieczyszczeń. Z tego powodu w ostatnich dziesięcioleciach rozpoznano niemodelowe gatunki rodzime o skutkach niedocelowych w systemach przesiewowych, które są niezbędne do prowadzenia badań ekotoksykologicznych14. W związku z tym wydaje się, że piekielnice są w stanie ocenić szkodliwe skutki zanieczyszczenia w ekosystemach wodnych. Cechy takie jak między innymi biologia, genetyka i fizjologia sprawiają, że organizmy niemodelowe nadają się do oceny wpływu w ekosystemach14.
Ten protokół ma na celu stworzenie nowatorskiego narzędzia do biomonitoringu przy użyciu organizmu niebędącego modelem, który może wykrywać sygnały wczesnego ostrzegania w odpowiedzi na mieszaniny zanieczyszczeń niebędących celem. Aby osiągnąć najlepsze wyniki, cechy wykazywane przez larwy modelowego gatunku, C. texanus, zostały kompleksowo rozważone i włączone do analizy15.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Rysunek 1: Szybki przewodnik krok po kroku, jak używać niekonwencjonalnego biomonitora Corydalus texanus do wdrożenia w ekosystemach wodnych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
1. Praca w terenie
2. Sekcja pobranych larw i separacja tkanek
3. Kwantyfikacja metali ciężkich
4. Mikrotesty do oceny stresu oksydacyjnego i biomarkerów









Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki badania pokazują, że metale ciężkie, w szczególności Aluminium (Al), Żelazo (Fe) i (Zn), mają szkodliwy wpływ na środowisko, czego dowodem jest Rysunek 2. Wykrycie wysokiego poziomu metali ciężkich zarówno w próbkach tkanek, jak i wody pobranych ze wszystkich miejsc doprowadziło do niekorzystnego wyniku. Wykryto wartości odstające, ze współczynnikiem bioakumulacji (BAF) wynoszącym 600, szczególnie na obszarach intensywnie wydobywających, takich jak rzeka Extoraz (miejsca PB, EP, RQ i ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Chociaż zastosowanie C. texanus jest optymalne do oceny, konieczne jest rozważenie kilku aspektów jego stosowania i zbierania. Wybrane miejsca badań okazują się wyzwaniem ze względu na kilka czynników, takich jak niekorzystne warunki pogodowe, niedostępność geograficzna, wysoki poziom suszy czy niewystarczające protokoły bezpieczeństwa w wybranych regionach. Stwierdzone ograniczenia i ograniczenia mogą często stanowić wyzwanie podczas prowadzenia prac terenowych. Podczas oceny konkretnych regionów, szczególnie t...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie ujawnili żadnych konfliktów interesów występujących w ich pracy.
Autorzy chcieliby wyrazić szczerą wdzięczność CONAHCyT za udzielenie grantu FONINS P 1931, który znacznie ułatwił ich wysiłki badawcze. Chcieliby również podziękować Secretaría de Investigación y Posgrado przy Instituto Politécnico Nacional za nieocenione wsparcie udzielone w ramach grantu na projekt SIP (20200577). Ponadto pierwszy autor pragnie podziękować hojnemu stypendium podyplomowemu przyznanemu przez CONAHCyT, które umożliwiło zespołowi przeprowadzenie wycieczek terenowych i zebranie niezbędnych danych. Na koniec autorzy pragną wyrazić wdzięczność za nieocenioną pomoc Maríi Teresy Garcíi Camacho w laboratorium, bez której ten projekt nie byłby możliwy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Waga analityczna 220 g | Ohaus | PR224/E | Ta waga jest przydatna do ważenia tkanki pobranej z próbek. |
| Spodniobuty | LaCrosse | 700152M | Zalecamy używanie woderów do pobierania próbek. Alternatywnie możesz również użyć butów z gumowymi butami biodrowymi do pobierania próbek. |
| Deska do krojenia | True | TRUE915121 | Zaleca się stosowanie białych i plastikowych desek. |
| Kleszcze | DR Instruments | 112 | Zaleca się stosowanie 12 kleszczyków do pul wykonanych ze stali nierdzewnej. |
| System spektroskopii emisyjnej ze wzbudzeniem w plazmie sprzężonej indukcyjnie | Perkin Elmer | 7300 DV | Urządzenie do ilościowego oznaczania metali ciężkich za pomocą spektroskopii. |
| Siatka do kopania | LaMotte | 0021-P | Alternatywna metoda wykonania siatki do kopania polega na ręcznym wykonaniu jej przy użyciu siatki o grubości 500 mikrometrów. |
| Ciekły azot | NA | NA NA Statyczny | |
| pojemnik kriogeniczny Dewara z ciekłym azotem | BestEquip | DF0504 | Zaleca się stosowanie aluminiowego zbiornika z kanistrami. |
| Zestaw moździerza i tłuczka | Cole-Parmer | EW-63100-54 | Jest to porcelanowy moździerz i tłuczek służący do rozdrabniania suchych chusteczek. |
| Multiwave GO Plus | Anton Paar | C93IP001EN-E | Multiwave to przydatne narzędzie do trawienia wielu próbek. |
| Piec do suszenia | Fisher scientific | 506G | Piec inkubacyjny, znany również jako piec do suchych chusteczek, jest niezbędny do suszenia tkanek w temperaturach co najmniej 80 stopni C. |
| Precyzyjny skalpel | Xcelite firmy Weller | 037103-48768 | Zaleca się stosowanie skalpela wykonanego z aluminium. |
| Homogenizator tkankowy (tearer) | Kopro | K110000 | Zaleca się stosowanie rozdzieracza do tkanek z podstawą. Niektóre firmy oferują zrywarki ultradźwiękowe, które mogą być optymalnym wyborem. |
| Zamrażarka skrzyniowa o bardzo niskiej temperaturze | REVCO | CA89200-384 | Wiele firm oferuje zamrażarki, ale zaleca się wybór takiej, której temperatura przechowywania wynosi co najmniej -40 stopni C. |
| Plastikowe butelki z szerokimi otworami | United Scientific | 81900 | Zdecydowanie zaleca się używanie butelek polipropylenowych z szerokimi nakrętkami i otworami. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten artykuł został opublikowany
Film wkrótce dostępny