Термическая толерантность является ключом к выживанию и функции организмов 1,2. Поскольку планета продолжает нагреваться из-за антропогенных выбросов углерода, все большее внимание уделяется определению и применению тепловых пределов3. Различные конечные точки, такие как смертность, неспособность развиваться и потеря подвижности, использовались для определения как верхних, так и нижних температурных пределов4. Эти тепловые пределы часто считаются прокси для тепловой ниши организма. Эта информация, в свою очередь, используется для выявления видов, которые более уязвимы к глобальному потеплению, а также для прогнозирования будущего распространения видов и результирующих видовых взаимодействий 3,5,6,7. Однако определение тепловых пределов, особенно для небольших планктонных организмов, может быть сложной задачей.
Для планктонных организмов, особенно личиночных стадий морских беспозвоночных, тепловой предел может быть определен путем хронического воздействия. Хроническое воздействие достигается путем выращивания личинок при нескольких температурах в течение дней до недель и определения температуры, при которой выживаемость личинок и/или скорость развития снижаются на 8,9,10. Однако этот подход является довольно трудоемким и требует больших инкубаторов и опыта в личиночном животноводстве (см. ссылку11 для хорошего введения в культивирование личинок морских беспозвоночных).
В качестве альтернативы, острое воздействие теплового стресса может быть использовано для определения тепловых пределов. Часто этот подход к определению включает в себя помещение небольших флаконов с личинками в сухие ванны с контролируемой температурой 12,13,14, использование функций теплового градиента в тепловых циклерах ПЦР 15,16 или помещение стеклянных флаконов / микроцентрифужных трубок вдоль теплового градиента, генерируемого примененным нагревом и охлаждением на концах больших алюминиевых блоков с отверстиями, в которые флаконы плотно помещаются17, 18,19. Типичные сухие ванны генерируют единичную температуру; следовательно, несколько блоков должны эксплуатироваться одновременно для оценки производительности в диапазоне температур. Термоциклеры генерируют градиент, но вмещают только небольшой объем образца (120 мкл) и требуют тщательных манипуляций. Подобно тепловым циклерам, большие алюминиевые блоки создают линейные и стабильные температурные градиенты. Оба подхода могут быть объединены с логистической или пробитовой регрессией для вычисления летальной температуры для 50% процентов населения (LT50)12,20,21. Тем не менее, используемые алюминиевые блоки были ~ 100 см в длину; этот размер требует большого лабораторного пространства и доступа к специализированным компьютерным фрезерным станкам с числовым программным управлением для сверления отверстий. Вместе с использованием двух гидромассажных водяных бань для поддержания целевой температуры финансовые затраты на сборку установки высоки.
Поэтому эта работа направлена на разработку альтернативных средств для генерации стабильного линейного градиента температуры с коммерчески доступными деталями. Такой продукт должен иметь небольшую площадь и должен быть легко использован для экспериментов по воздействию острого теплового стресса для планктонных организмов. Этот протокол разработан с использованием зоопланктона размером <1 мм в качестве целевых организмов, и, таким образом, он был оптимизирован для использования микроцентрифужной трубки объемом 1,5 или 2 мл. Более крупным исследуемым организмам потребуются контейнеры больше, чем используемые микроцентрифужные трубки объемом 1,5 мл, и увеличенные отверстия в алюминиевых блоках.
Помимо того, чтобы сделать экспериментальный аппарат более доступным, эта работа направлена на упрощение конвейера обработки данных. В то время как коммерческое статистическое программное обеспечение предоставляет процедуры для вычисления LT50 с использованием логистической или пробитной регрессии, стоимость лицензирования нетривиальна. Поэтому простой в использовании скрипт, основанный на статистической программе R22 с открытым исходным кодом, сделает анализ данных более доступным.
Этот протокол показывает, как компактный тепловой блок может быть изготовлен из коммерчески доступных деталей и применен к воздействию зоопланктона (личинок песочного доллара Dendraster excentricus) на острый тепловой стресс для определения их верхнего теплового предела.