В настоящем протоколе описывается использование биомаркеров для раннего выявления вредного воздействия на водные экосистемы. Биомаркеры тесно связаны с сигнальными признаками, и их изменения помогают выявлять раннее предупреждение о повреждениях.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В настоящем протоколе описывается использование биомаркеров для раннего выявления вредного воздействия на водные экосистемы. Биомаркеры тесно связаны с сигнальными признаками, и их изменения помогают выявлять раннее предупреждение о повреждениях.
Личинки добсонфлаев из рода Corydalus, широко известные как Hellgrammites, характеризуются заметным размером, широким диапазоном встречаемости и длительным периодом незрелости, который может длиться до одного года. Известно, что хеллграммиты проявляют чувствительность к загрязнению и воздействию на структуру среды обитания. Учитывая эти уникальные особенности, использование личинок Corydalus texanus очень подходит в качестве надежных агентов биомониторинга для оценки экологической целостности водных экосистем. Этот протокол направлен на предоставление необходимых инструментов для оценки C. texanus и демонстрацию их эффективности на примере конкретного случая. Результаты исследований имеют практическое значение, указывая на то, что личинки C. texanus демонстрируют раннюю реакцию на загрязнение горнодобывающей промышленностью, биоаккумулируя большое количество тяжелых металлов, таких как Zn, Fe и Al. Наличие или отсутствие популяций C. texanus может служить полезным индикатором для выявления потенциальных проблем, связанных со здоровьем экосистемы. Нетрадиционный подход показал раннее предупреждение о загрязнении на участках, пострадавших от добычи полезных ископаемых, что подчеркивает необходимость своевременных действий по защите окружающей среды. Учитывая их уникальные особенности, использование личинок C. texanus настоятельно рекомендуется в качестве надежного нетрадиционного биоиндикатора.
Хеллграмиты — личинки насекомых из отряда Megaloptera (Latreille, 1802), называемые добсонфлаями или рыбными мухами во взрослой стадии. Низкое разнообразие, но широкое распространение характеризует эту группу личинок насекомых-хищников из водных экосистем1. Виды хеллграмитов встречаются в четко определенных биогеографических регионах; Таким образом, относительно легко идентифицировать виды без высоких таксономических знаний. Примечательно, что личинки Corydalidae обладают наиболее заметными видами из отряда Megaloptera (длина тела 20-90 мм)2, что делает хеллграмит видимым невооруженным глазом.
Хеллграммиты играют решающую роль в водных экосистемах в качестве хищников, обладая мощным присутствием благодаря крупным жевательным резинкам, указывающим на их впечатляющую хищную форму. Дорсовентрально уплощенное тело также соединяется с 7-8 парами нитевидных жабр вдоль тела, а головная капсула с шестью стемматами с каждой стороны делает хеллграммитов увлекательными организмами для энтомологов и любителей3. Взрослые особи Corydalidae удивляют и создают впечатление у людей благодаря своим выдающимся размерам; Тем не менее, они совершенно безвредны. Примечательно, что хеллграммиты обладают способностью сохраняться в водной среде в своей личиночной стадии в течение значительного времени.
Фенотипические особенности хеллграммитов дают особый шанс подчеркнуть их роль в водных экосистемах; Тем не менее, их индикаторный потенциал является наиболее востребованным признаком для водных экологов. Обширные знания об их биоиндикаторном потенциале выделяются в водных экосистемах, поскольку их появление связано с хорошими санитарными условиями в их среде обитания из-за их непереносимости органического загрязнения в поверхностных водах 4,5,6,7,8.
Большинство мегалоптерных Corydalidae обитают в скоростных проточных водах в виде перекатов и субстратов с преобладанием булыжника и гальки, но хеллграммиты также встречаются в низкоградиентных ручьях с корягами и песчаными субстратами, а также в лентических местообитаниях, таких как озера 3,9,10. Их широкий диапазон встречаемости отражает важнейшие черты высшего хищника и их способность колонизировать несколько мест обитания, на которые нацелены их эффективные стратегии жизненного цикла. Хеллграмиты связывали свои черты с динамикой водных экосистем; таким образом, такие стратегии, как адаптация к воздушному дыханию со стороны дыхальцев (в дополнение к их вентральным пучкам трахейных жабр), являются правильнымидля стратегий Corydalidae.
Хеллграммиты населяют определенные экосистемы и демонстрируют быструю реакцию на отклонения от установленных шаблонов, тем самым выступая вкачестве системы раннего предупреждения. Реакции этих организмов диких животных могут быть использованы в качестве ценного инструмента для оценки воздействия загрязнения на водные экосистемы, особенно в случае нецелевых смесей загрязнителей. Некоторые вредные воздействия на живые организмы были признаны в экосистемах из-за индивидуальной токсичности химических веществ, но воздействие смесей загрязняющих веществ должно быть определено. Ранние предупреждения от хеллграммитов могут позволить выявить вредные последствия путем ссылки на воздействие смеси загрязнителей или даже в тех случаях, когда отдельные воздействия загрязнителей распознают концентрацию без наблюдаемого воздействия (NOEC)12.
Несколько модельных организмов были использованы для экспериментальных острых и хронических испытаний; Тем не менее, они культивируются и поддерживаются в контролируемых условиях13. Контролируемые условия не позволяют им идентифицировать нецелевые эффекты нескольких загрязнителей, воздействию которых они подвергаются. Кроме того, NOEC часто признается из-за сложности смеси загрязняющих веществ. По этой причине в последние десятилетия были признаны немодельные аборигенные виды с нецелевыми эффектами для скрининговых систем, которые имеют важное значение для проведения экотоксикологическихисследований. Следовательно, хеллграммиты, по-видимому, способны оценивать вредные последствия загрязнения водных экосистем. Такие признаки, как биология, генетика и физиология, среди прочих, делают немодельные организмы пригодными для оценки воздействия наэкосистемы.
Этот протокол направлен на создание нового инструмента биомониторинга с использованием немодельного организма, который может обнаруживать сигналы раннего предупреждения в ответ на нецелевые смеси загрязнения. Для достижения наилучших результатов признаки, проявляемые личинками модельного вида C. texanus, были всесторонне рассмотрены и интегрированыв анализ.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Рисунок 1: Краткое пошаговое руководство по использованию нетрадиционного биомонитора Corydalus texanus для внедрения в водных экосистемах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
1. Полевая работа
2. Вскрытие отобранных личинок и отделение тканей
3. Количественное определение тяжелых металлов
4. Микроанализы для оценки окислительного стресса и биомаркеров









Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты исследования показывают, что тяжелые металлы, в частности алюминий (Al), железо (Fe) и цинк (Zn), оказывают пагубное воздействие на окружающую среду, о чем свидетельствует рисунок 2. Обнаружение высоких уровней тяжелых металлов как в образцах тканей, так и в пробах воды, собранных на всех участках, привело к неблагоприятному исходу. Были обнаружены выбросы с коэффициентом биоаккумуляции (BAF) 600, особенно в районах с интенсивной добычей полезных ископаемых, таких как река Экстора...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Хотя использование C. texanus является оптимальным для оценки, необходимо учитывать несколько аспектов его использования и сбора. Выбор участков для исследования оказался сложным из-за нескольких факторов, таких как неблагоприятные погодные условия, географическая недоступность, высокий уровень засушливости или недостаточные протоколы безопасности в отдельных регионах. Указанные ограничения часто могут создавать трудности при проведении полевых работ. При оценке конкретных регио...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не выявили конфликта интересов, присутствующего в их работе.
Авторы выражают искреннюю благодарность компании CONAHCyT за предоставление гранта FONINS P 1931, что значительно облегчило их исследовательскую работу. Они также поблагодарят Секретариат по исследованиям и посградо при Национальном политехническом институте за неоценимую поддержку, оказанную в рамках гранта проекта SIP (20200577). Кроме того, первый автор хотел бы выразить признательность за щедрую стипендию для аспирантов, присужденную CONAHCyT, которая позволила команде провести экскурсии и собрать важные данные. Наконец, авторы хотели бы выразить свою признательность за неоценимую помощь Марии Терезе Гарсиа Камачо в лаборатории, без которой этот проект был бы невозможен.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Аналитические весы 220 г | Ohaus | PR224/E | Эти весы полезны для взвешивания извлеченной ткани из образцов. |
| Грудные вейдерсы | LaCrosse | 700152M | Мы рекомендуем использовать вейдерсы для сбора образцов. В качестве альтернативы вы также можете использовать сапоги с резиновыми набедренными сапогами для отбора проб. |
| Разделочная доска | True | TRUE915121 | Рекомендуется использовать белые и пластиковые доски. |
| Щипцы | DR Instruments | 112 | Рекомендуется использовать щипцы 12 pul, изготовленные из нержавеющей стали. |
| Система плазмооптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной связью Perkin | Elmer | 7300 DV | Прибор для количественного определения тяжелых металлов с помощью спектроскопии. |
| Сетка для вышивки | LaMotte | 0021-P | Альтернативный метод изготовления сетки предполагает ручное изготовление сетки с использованием сетки толщиной 500 микрометров. |
| Жидкий азот | NA | NA | |
| NA Статический криогенный контейнер Дьюара с жидким азотом | BestEquip | DF0504 | Рекомендуется использовать алюминиевый бак с канистрами. |
| Набор ступок и пестиков | Cole-Parmer | EW-63100-54 | Это фарфоровая ступка и пестик, используемые для измельчения сухих тканей. |
| Multiwave GO Plus | Anton Paar C93IP001EN-E | Multiwave – полезный инструмент для переваривания нескольких образцов. | |
| Печь для сушки | Fisher scientific | 506G | Инкубационная печь, также известная как печь для сухих тканей, необходима для сушки тканей при температуре не менее 80°C. |
| Прецизионный скальпель | Xcelite от Weller | 037103-48768 | Рекомендуется использовать скальпель из алюминия. |
| Гомогенизатор тканей (разрывчик) | Kopro | K110000 | Рекомендуется использовать тканевый разрывчик с основанием. Некоторые компании предлагают ультразвуковые разрыватели, которые могут быть оптимальным выбором. |
| Морозильный ларь со сверхнизкой температурой | REVCO | CA89200-384 | Многие компании предоставляют морозильные камеры, но рекомендуется выбирать тот, у которого температура хранения не менее -40°C. |
| Пластиковые бутылки с широким горлышком | United Scientific | 81900 | Настоятельно рекомендуется использовать полипропиленовые бутылки с широкими крышками и горлышками. |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Эта статья была опубликована
Видео скоро будет доступно