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Implantação de uma nova marca acústica Micro no juvenil Pacífico lampreia e enguia americana

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DOI:

10.3791/59274

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16 de março de 2019

 ,  , 
1Earth Systems Science Division, Pacific Northwest National Laboratory

Neste artigo

Resumo

Este artigo ilustra o procedimento para implantar uma marca acústica micro no juvenil Pacífico lampreia e enguia americana. Nossa aplicação é baseada em ensaios de laboratório, que indicam que etiquetas acústicas podem ser implantadas com êxito com nenhum efeito aparente na natação habilidade ou sobrevivência e perda mínima de marca.

Resumo

Juvenil Pacífico lampreia e as enguias americanas foram usadas para as avaliações de laboratório para determinar os potenciais efeitos da implantação da marca. Tecnologia de telemetria foi identificada como uma maneira de obter informações mais detalhadas sobre o movimento e comportamento através de uma escala espacial mais ampla do que é possível com outras tecnologias conhecidas. O objetivo desse método é fornecer uma instrução passo a passo detalhada na implantação de marca para lampreias e enguia. Para estudos de laboratório usando ativamente migrando juvenil Pacífico lampreia (120-160 mm), determinamos que a presença da marca não alteram a capacidade de nadar entre indivíduos marcados e não marcados ou ter qualquer perda significativa de marca (< 3%). Resultados semelhantes foram determinados durante o teste de laboratório de amarelo fase enguias americanas (113-175 mm). Nenhuma mortalidade ocorreu durante um período de detenção de 38 dias e houve perda de marca mínima (3.8%). A presença da marca não tinha qualquer efeito significativo sobre a capacidade de nadar ou sobrevivência de enguias etiquetadas comparados aos controles sem marcas de formatação e houve uma perda mínima de marca.

Introdução

Compreender o comportamento dos peixes e movimentos perto de estruturas de rio, tais como barragens hidrelétricas, que podem impedir a rotas de migração upstream ou downstream é uma necessidade de investigação em curso. Apesar de numerosos estudos têm sido realizados usando a tecnologia existente, ainda há muitas perguntas de pesquisa sobre enguias juvenis e sobrevivência de lampreia e comportamento. Para ajudar a resolver estas questões, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) desenvolveu um novo transmissor micro acústico projetado especificamente para uso em enguias juvenis e lampreias, chamadas a lampreia/enguia marca1. Antes deste desenvolvimento, marcas acústicas existentes eram demasiado grandes para ser efetivamente implantado nas cavidades do corpo de enguias juvenis e lampreias e resultaria em um fardo de marca que excede as normas aceites (um valor conservador de marca a relação do peso de corpo é de 2% ou menos e outra literatura sugere 4-5%)2,3,4. As marcas de lampreia/enguia emitem sinais codificados exclusivos a uma frequência de 416,7 kHz, que são monitorados através de receptores autônomos (hidrofones) em estruturas fixas ou receptores no Rio5,6.

Na bacia do rio Columbia, nos Estados Unidos, conscientização e preocupação para a compreensão de todo o ciclo de vida da lampreia Pacífico (Entosphenus tridentatus) agravou-se porque as populações diminuíram significativamente nos últimos 40 anos7 . Construção e operação de instalações hidrelétricas podem afetar negativamente lampreia juvenil, como seus declínios ocorreram após o período de maior aproveitamento hidrelétrico8. Uma fonte potencial de mortalidade é barragem passagem quando juvenil Pacífico lampreia out-migram para o oceano,9. Transponders passivo integrado (PIT) são comumente usados para migrar espécies de peixes que podem passar estruturas de desvio (por exemplo, sistemas de desvio juvenil), que permite que o peixe marcou para ser enumerado10,11. No entanto, lampreia juvenil são pensados para migrar mais profundo na coluna d'água que salmão juvenil e são menos propensas a passagem de sistemas o desvio juvenil12. Devido as probabilidades de deteção de baixa e a falta de incubadoras ou outras fontes concentradas de lampreia juvenil para o poço de marcação, informações sobre a passagem de lampreia juvenil, sobrevivência, ou o comportamento é muito limitado. Conhecimento do comportamento Pacífico lampreia juvenil e da sobrevivência são críticos para o desenvolvimento de estratégias de mitigação para passagem a jusante, incluindo o projeto de sistemas de desvio para uso em instalações hidroeléctricas e irrigação desvio estruturas13.

A enguia americana (Anguilla rostrata) é catádromas com a fase adulta, migrando de água doce para o oceano para desovar. Seus níveis de população viram declínios dramáticos ao longo das últimas décadas. Anteriormente, eles eram muito abundantes em todos os grandes rios fluindo para o Oceano Atlântico e rio acima através do Rio São Lourenço para o Lago Ontário; Mas, desde 1980, enguias americanas experimentaram declínios significativos em abundância de ações que variam de 50% na Baía de Chesapeake de até 97% no Lago Ontário14,15,16. Factores que contribuem para o seu declínio incluem; a construção de hidrelétricas, fragmentação e perda de habitat e comercial colheita17. Eles atualmente estão listados como ameaçadas a Endangered Species Act de Ontário (Canadá). O passado desenvolvimento de centrais hidrelétricas ao longo dos principais rios dos Estados do leste dos EUA criar obstáculos que impedem as migrações ribeirinhas de juvenis e adultos.

A tag acústico recém-desenvolvido lampreia/enguia foi usada neste estudo. As marcas foram fabricadas em Bio-acústica credenciado do PNNL & laboratório de vazão18. A tag mede 12 mm de comprimento x 2 mm de diâmetro e tem um peso de 0,08 g no ar. Devido ao pequeno tamanho global da marca, ele pode ser efetivamente usado para implantação em anguilliform ou juvenis usando uma incisão sutureless, devido a pequena incisão necessária (< 3 mm de comprimento). Benefícios adicionais da incisão sutureless incluem: uma reduzida quantidade de tempo necessário para o processo cirúrgico, cura mais rápido taxas e diminuiu a possibilidade de infecções no local a implantação19. Efeitos de implantação cirúrgica pode variar em resposta a espécie, estágio de vida, comprimento da cavidade do corpo, local de incisão, estudar a duração e as condições ambientais20,21,22,23. Além do tamanho, o peso é uma variável importante porque fornece uma medida da carga marca (ou seja, o peso da marca em relação ao peso do peixe). O peso da marca, em associação com todos os outros aspectos do processo cirúrgico (por exemplo, anestesia, tratamento, cirurgia), pode ter um efeito directo na retenção de marca, sobrevivência, crescimento, nadando o desempenho ou a capacidade do peixe para evitar a predação24, 25,26,27.

Protocolo

PNNL é credenciada pela Associação de avaliação e acreditação do cuidado de Animal de laboratório. Enguias e lampreia foram tratados em conformidade com as diretrizes federais para o cuidado e o uso de animais de laboratório, e os protocolos para nosso estudo foram conduzidos em conformidade com e aprovados pela Comissão de uso e cuidados institucionais do Animal do PNNL.

1. tag preparação (tempo de 22 minutos)

  1. Coloque tags em solução de etanol 70% por 20 min.
  2. Remover as tags usando uma pinça de plástico e coloque no prato de vidro pequeno contendo água estéril.
  3. Remover as tags e coloque num copo de comprimido estéril.

2. preparar a solução anestésica (sincronismo ~ 5 minutos)

  1. Em um copo plástico pequeno pesar 40 g de tricaina.
  2. Dissolver o pó e água da torneira em um béquer de 500 mL num prato de agitador com barra de misturador e então transfira para uma garrafa de plástico para alcançar uma solução estoque de 80 g/L.
  3. Repita o mesmo procedimento com bicarbonato de sódio e adicione um frasco de 500ml separado.
  4. Usando um recipiente de plástico banheira 10L, encha com água 5L (mesma fonte de água, como peixes a serem marcadas).
  5. Adicione 6,25 mL de solução anestésica tricaina e 6,25 mL de bicarbonato de sódio, usando uma medição gage derramando anexado ao topo das garrafas de 500 mL, para obter uma dose de 100 mg/L para a banheira.
  6. Mexa para misturar a solução em água.
    Nota: Tem uma tampa disponível para cobrir a banheira para garantir lampreia não escapar enquanto na solução anestésica.

3. lampreia de marcação (~ 6 minutos de sincronismo)

  1. Lampreia juvenil lugar (> 140 milímetros) em banho anestésico usando um pequeno mergulho líquido.
  2. Espere 4-5 min para lampreia tornar-se totalmente desmobilizados (já não nadar em solução, mantendo um lento movimento constante gill).
  3. Use um mergulho líquido para remover lampreia, tomar medidas de comprimento e peso e gravar o código de identificação única da marca acústica.
  4. Prepare uma almofada de 1,3 cm grossa espuma de célula fechada saturada com revestimento protetor de primeira e então 150 µ l/L de água (ver Tabela de materiais). O revestimento protetor ajuda a neutralizar a ruptura de membranas mucosas durante o procedimento cirúrgico.
  5. Coloque o lado ventral lampreia na espuma preparada. Coloque uma pequena secção de tubo com regulamentado de abastecimento de água (a partir de um reservatório de água elevado) para fluir através da região de boca durante o processo cirúrgico. Isto permite a respiração enquanto o peixe está em fase de implantação da marca.
  6. Localize o site onde a incisão está a ser feita, ~ 20 mm posterior o gill poros no lado esquerdo ou lateral direita. Use uma régua com ingredientes ou marcadores colocados sobre a almofada de espuma para referência.
  7. Usando um bisturi estéril de microcirúrgico 3,0 mm com um 15° lâmina (ver Tabela de materiais) cuidadosamente fazer um 2,5-3 mm de abertura na direção lateral, garantindo que o bisturi é cortar apenas através da parede interna da pele. Veja a Figura 1.
  8. Coloque a tag desinfectada anteriormente na cavidade do corpo com a mão. Aplique uma ligeira pressão no local marcação para assegurar que a marca mudou-se para a cavidade do corpo.
  9. Lampreia de etiquetado lugar num balde de recuperação contendo água do Rio fresco fornecido com uma bomba de oxigênio do tanque de peixes, um tubo e pedra do ar.
  10. Certifique-se que lampreia ter recuperado da anestesia e transferência para segurar o tanque para estudo futuro.

4. a enguia de marcação (~ 6 minutos de sincronismo)

  1. Replicar a preparação de marca e preparar anestésico com uma dose de concentração de 240 mg/L para ambos tricaina e bicarbonato de sódio.
  2. Adicione 15 mL de cada um para o banho de água de 5 L.
  3. Coloque as enguias juvenis (> 130 mm) em banho anestésico usando um pequeno mergulho líquido. Espere 4-5 min para a enguia se tornar totalmente desmobilizados (já não nadar em solução, mantendo um lento mas movimento constante gill).
  4. Use um mergulho líquido para remover enguia e coloque o lado ventral até em uma espuma de célula fechada, revestida com protetor do peixe.
  5. Localize o site onde a incisão está a ser feita, ~ 25 mm para a base da nadadeira peitoral no lado esquerdo ou lateral direita
  6. Usando um bisturi estéril de microcirúrgico 3,0 mm com um 15° lâmina cuidadosamente fazer um 2,5-3 mm de abertura na direção lateral, garantindo que o bisturi é cortar apenas através da parede interna da pele. Consulte a Figura 2.
  7. Coloque a tag desinfectada anteriormente na cavidade do corpo com a mão. Aplique uma ligeira pressão para marcar o local para garantir a marca mudou-se para a cavidade do corpo.
  8. Enguias de lugar marcado em uma recuperação da cubeta contendo água do Rio fresco fornecida com uma bomba de oxigênio de tanque de peixe, tubulação e pedra do ar.
  9. Certifique-se de que enguia se recuperou do anestésico e transferência para segurar o tanque para estudo futuro.

Resultados

Estudos de laboratório juvenil lampreia

Um estudo foi conduzido no PNNL em 2015 para determinar a viabilidade de implantação de uma marca de manequim lampreia/enguia no ativamente migrando juvenil Pacífico lampreia. Um total de 195 Pacífico lampreia (estágio de vida MACOM) foram transportados de um local de coleta de campo para PNNL. Realizaram-se duas tarefas separadas. A primeira foi determinar como peixe responde a implantação da marca. As variáveis de determinaram marca incluído perda, atraso de mortalidade e cura taxas para peixes marcados em comparação com um grupo sem marcas de formatação (controle). Para o segundo mergulho tarefa testes foram realizados com peixes marcados e não marcados de categorias de tamanho 10 mm (120-160 mm) para determinar efeitos adversos associados com a capacidade de nadar. Peixes pesos variaram de 1,8 a 7,0 g e marca os encargos variou de 4,8 para 1,25%. Um raio-x, ilustrando a localização de marca dentro da cavidade do corpo é mostrado na Figura 31. Um total de dois peixes deixou suas marcas durante os 2 primeiros dias de exploração e não tags caiu adicional foram encontrado durante o restante do período de 28 dias de exploração. A mortalidade acumulada durante este período foi de 14,3% (7 peixe) para a lampreia etiquetada e 9,6% (5 peixes) para o grupo de controle. Indivíduo com a tag e controle peixes foram colocados em uma câmara de natação e nadaram a uma velocidade constante de água de 11 cm/s. A taxa de fluxo foi seleccionada com base no anterior testes de laboratório que indicou um constante movimento na extremidade inferior do sustentada a nadar natação habilidade9. O tempo de mergulho média do grupo controle foi de 3,15 min (SE = 42,5 s) e o tempo de mergulho média do grupo implantado foi 2,3 min (SE = 30.2 s), que não foi uma diferença significativa (t = 0.958; p = 0.172). Os resultados de desempenho da natação testes não mostrou nenhuma correlação significativa entre o comprimento do peixe e natação duração (isto é, o tempo de choque) para ambos os marcados ou grupos de controle (Figura 4). Choque é descrito como o peixe não é mais capaz de nadar a velocidade constante de água e descansou na tela a jusante.

Estudos de laboratório de enguia americana

Para determinar quaisquer efeitos de marca l possível no desempenho de natação, natação crítica velocidade foi realizado testes usando Ucrit, (um índice de desempenho de natação prolongada) para seis grupos de tamanho (n = 120; 113-175 mm) de enguias marcadas e não marcas usando tags fictícios que mede 11,4 x 1,8 mm (comprimento x diâmetro)1. Não houve diferença significativa em Ucrits entre enguias marcadas e não marcas, medido em cm/s (Figura 5) ou valores medianos, medidos no comprimento de corpo/s para todos marcados e não marcados grupos combinados (Figura 6). Também realizada uma exploração prolongada de enguias etiquetadas (38 dias) e não encontrei nenhuma mortalidade dos grupos marcou e marca baixa perda de 3,8% (1 de 26 peixe)1. Com base nos nossos resultados de laboratório, concluímos que micro tags acústicos podem ser efetivamente implantados no juvenis enguias americanas sem efeitos significativos na capacidade de sobrevivência de longo prazo, a nadar e tinham marca mínima perda durante a vida de marca (30 dias).

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Figura 1 . Fotografias ilustrando a sequência de marcação para inserção de marca em juvenil Pacífico lampreia. (A) lampreia posicionado na almofada de espuma. (B) a incisão feita com bisturi microcirúrgica. (C) Tag sendo implantado. (D) lampreia pós-marcação. Todas as imagens foram tiradas da mesma lampreia (148 mm). 

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Figura 2 . Fotografias ilustrando o procedimento de marcação para enguias americanas juvenil. (A) antes de incisão. (B) após a incisão. (C) após a inserção anterior da marca. Todas as fotos foram tiradas da mesma enguia (138 mm). 

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Figura 3 . Imagens de raio-x da marca manequim lampreia/enguia dentro da cavidade do corpo de um juvenil Pacífico lampreia. 

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Figura 4 . Choque do taxas de natação nos testes de desempenho para controle (untagged) e marcou a lampreia, separada em categorias de tamanho 10 mm com barras de erro-padrão positivo. Tamanhos de amostra são constantes as barras individuais.

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Figura 5 . Parcelas caixa de natação crítica de velocidade para grupos de tamanho de enguias testados em cm/s para enguias marcadas e não marcas (10 por tratamento). As linhas dentro de cada caixa representam a mediana; as linhas superior e inferior representam os percentis 25 e 75, respectivamente; os bigodes são o top 90 e percentis 10 inferior; e os outliers são representados por círculos fechados. 

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Figura 6 . Parcelas caixa de natação crítica de velocidade no comprimento de corpo/s para enguias marcadas e não marcas (10 por tratamento). As linhas dentro de cada caixa representam a mediana; as linhas superior e inferior representam os percentis 25 e 75, respectivamente; os bigodes são o top 90 e percentis 10 inferior; e os outliers são representados por círculos fechados. 

Discussão

Os resultados dos estudos laboratoriais demonstram que o procedimento de marcação e efeitos de marcação não têm efeitos adversos sobre a capacidade de sobrevivência de peixes ou capacidade de natação. Exploração estendida e monitoramento mostraram que marca mínima perda ocorreu e não foi apreciada durante a vida de marca (30 dias). O procedimento de implantação da marca foi eficaz na colocação de etiquetas na cavidade do corpo sem causar uma hemorragia significativa ou infecções fúngicas no local da marcação. A duração de um catalogar todo processo (< 6 min) é benéfico em que ele reduz o estresse associado com o peixe sendo anestesiado. Estes resultados caracterizam uma nova ferramenta para pesquisa de passagem de lampreia e as enguias juvenil e podem ser utilizados em estudos futuros. Esta tecnologia permitirá que pesquisadores para rastrear movimentos lampreia e enguia dentro de sistemas fluviais e como eles abordagem hidrelétricas ou outras estruturas que impedem a passagem de peixes. Por sua vez, os resultados podem informar melhor as decisões de gestão a estas facilidades para ajudar a conservação destas espécies ao longo de seus estágios de vida juvenil. As etapas mais críticas do protocolo de implantação de marca incluem usando a dose adequada de anestésico, profundidade e comprimento da incisão, posicionamento das marcas e tendo a adequada recuperação disponíveis tanques de retenção. Esta técnica tem limitações mínimas. Mais notavelmente, cirurgião de treinamento é necessário para efetivamente fazer o < incisão de 3 mm e coloque as tags no local desejado. Além disso, o processo de marcação excluiria menores porte enguias e lampreia (< 140mm) devido às limitações do fardo de marca. Não recomendamos qualquer modificações para os protocolos descritos.

Métodos alternativos para marcação de enguias e lampreia incluem o uso de tags PIT. No entanto, PIT-etiquetas ativamente não transmitem sinais, portanto PIT-com a tag peixe só pode ser enumerados como eles são arrastados e desviados para instalações de desvio, ou passar perto de um detector fixo de10,11. Futuras aplicações da marca lampreia/enguia incluem a capacidade de marcar e controlar populações de migração lampreia e as enguias em qualquer ambiente que habitam. Benefícios adicionais de usando a tag lampreia/enguia incluiriam a capacidade de estimar a sobrevivência, taxas de retorno em vertedouros ou através de turbinas, tempo dentro de reservatórios de viagem, passagem de atrasos e relacionados ao comportamento como abordagem barragens de peixe.

Divulgações

Nós não temos nada para divulgar.

Agradecimentos

Este estudo foi financiado pelo US Army Corps de engenheiros (USACE) e o gabinete de tecnologias de poder de água E.U. departamento de energia (DOE). Agradecemos a assistência técnica da equipe PNNL seguintes: Colin Brislawn, Eric Francavilla, Jill Janak, Huidong Li e Tim Linley. Agradecemos a Kathy Kratchman de Delaware Valley peixe empresa para o fornecimento de enguias PNNL e Ralph Lampman e Tyler Beals da nação Yakama pescarias para fornecer a lampreia. Agradecemos também Brad Eppard, Scott Fielding e Ricardo Walker do USACE e Dana McCoskey e Tim Welch do DOE. Os estudos de laboratório foram conduzidos em PNNL, que é operada pela Battelle para o departamento de energia dos EUA underContractDE-AC06-76RL01830.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Tubo de plástico de 10 L  N/A  N/A
Balde de 19 LN/A  N/A
3,00 mm bisturi  Beaver-Vistec377513
garrafa de 500 ml  Nalgene  2089-0016
Escala Adam  Produtos de teste de materiais certificados  BCL-LBK12A
Bomba de ar  Amazon  N/A
Pedra de ar  Pentair  Rede de mergulho ALS3
, malha de 3/32 pol.N/A  N/A
Etanol (70%)  Sigma-Aldrich 24102
Protetor de peixeKordon LLC31456
Almofada de espumaN/A  Luvas N/A
Kimberly Clark   N/A
Barra de misturador  Sigma-Aldrich  F37110-1128
Pinça de plásticoN/A  N/A
Medidor de dispensador de despejo Fischer Scientific  Cabo de bisturi 13-683-60C
  Beaver-Vistec371360
Bicarbonato de sódioSigma-Aldrich  Placa do agitador S5761
Corning, PC-351  N/A
Tricaine metanossulfonato, MS-222Western Chemical Inc.515388Os peixes tratados destinados à alimentação devem ser mantidos em água doce acima de 10 graus; C (50° F) por 21 dias antes do uso
Tubulação, 6 mmN/A  N/A

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