Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

מד המתח צג (SGM) עבור רציפה שסתום Gape מידות ביואלו רכיכות בתגובה מיחזור מעבדה המושרה והולכת היפוקסיה ו- pH

Published: August 1, 2018 doi: 10.3791/57404
Automatic Translation
1, 2
1Yale Gordon College of Arts & Sciences, University of Baltimore, 2Goddard Space Flight Center, NASA

Summary

הבנת את תגובות התנהגותיות של השעיה של ביואלו-מזיני משתנים סביבתיים, כגון חמצן מומס, יכול להסביר כמה תהליכים במערכת האקולוגית. פיתחנו צג מד מתח זול, מבוססי המעבדה, (SGM) כדי למדוד את התגובות gape שסתום של צדפות, Crassostrea virginica, כדי רכיבה והולכת היפוקסיה ו- pH מחזורית.

Abstract

צג gape שסתום זולה, מבוססי המעבדה, מד מתח (SGM) פותחה כדי לפקח על אופן הפעולה של שסתום gape של רכיכות של ביואלו בתגובה היפוקסיה רכיבה והולכת. גשר ויטסטון היה מחובר מאבחנים המתח חוברו המעטפת של צדפות (Crassostrea virginica). האותות מוקלטות המותר עבור פתיחת וסגירת של צדפות שיירשמו ברציפות במשך יומיים תקופות המושרה בניסוי רכיבה והולכת והתקפת רכיבה והולכת שינויים ב- pH. כאן, אנו מתארים פרוטוקול לפיתוח צג מד מתח זול, לתאר, בניסוי מעבדה דוגמה, איך השתמשנו בו כדי למדוד את התנהגות gape שסתום במזרח צדפות (virginica ג), בתגובה על אופניים והולכת היפוקסיה ו שינויים מחזוריים ב- pH. שסתום gape נמדדה על צדפות נתון מחזורית חמורות מחוסר חמצן (0.6 מ ג/ליטר) מומס תנאים חמצן עם או בלי שינויים מחזוריים pH, מחזורי מתון ובשפתיים (1.7 מ ג/ליטר) התנאים ותנאי normoxic (7.3 mg/L). נדגים כי כאשר צדפות מפגש מחזורים והולכת חוזרות ונשנות, הם במהירות מקליפתם בתגובה היפוקסיה חמורה ולהסגר עם פער-זמן כדי היפוקסיה מתונה. כאשר normoxia משוחזר, הם במהירות לפתוח שוב. צדפות לא הגיב בתנאי pH מחזורית יונחו על והולכת על אופניים היפוקסיה חמורה. -תנאים חמצן מופחתת, יותר משליש הצדפות סגור בו זמנית. נדגים צדפות להגיב רכיבה והולכת היפוקסיה, אשר יש לקחת בחשבון בעת הערכת ההתנהגות של צדפות כדי התפרקה חמצן. השסתום SGM יכול לשמש כדי להעריך את התגובות של רכיכות של ביואלו שינויים חמצן מומס או מזהמים. מאבחנים המתח gape שסתום של מי הים איטום טכניקות כדי חותם טוב יותר צריך שיפור נוסף כדי להגדיל את תוחלת החיים של החיישנים.

Introduction

היפוקסיה, קרי, התפרקה ריכוז חמצן [] מספיק נמוך כדי להשפיע לרעה ביולוגית, תהליכים אקולוגיים אבל לעתים קרובות באופן פונקציונלי מוגדרת כ [עושה] של < 2 mg / L1ו אנוקסיה (פונקציונלית מוגדרת גם [עושה] של 0.0-0.2 mg/L) מתרחשות בתדירות גבוהה יותר, באופן חמור במים לאורך החוף של העולם, שפכי נהרות,2,עמוק באוקיינוס3 , הם לעיתים קרובות הכבידו על ידי הגדלת אאוטריפיקציה4,5. עם מידה אריאל גדל והולך של היפוקסיה ו אנוקסיה, macrofauna אינם מושפעים לרעה ולאבד בית גידול בהיקף ובאיכות בית גידול. שינוי האקלים הוא חזה להחמיר אנוקסיה והתקפת6.

שפכי נהרות מרובדת, מזין מועשר רבות כגון ארצות הברית, מפרץ צ'ספיק, היפוקסיה עונתיות מתמיד תתגלה, יכול להתרחש שנה אחרי שנה2. בנוסף, והולכת-רכיבה על אופניים של היפוקסיה תכופים, שפכי נהרות כמו מפרץ צ'ספיק ובמקומות אחרים, מתרחשת מאוחר במהלך הלילה או בשעות הבוקר המוקדמות ב-7,הקיץ8.

רוב המחקרים התמקדו על ההשפעה של חשיפה מתמשכת של אורגניזמים נמוך [עושה] ועל הסובלנות שלהם אנוקסיה והתקפת9,10,11,12,13,14 . יתר על כן, מחקרים יש הביט משמרת בקנה מידה גדול בהרכב המינים הפצות, abundances ו מינים בתגובה המורחבת נמוך [עושה]4,15. לעיתים קרובות מינים רגישים מאוד נמוך [?], מתים בגושים,16 הסטה המינים הנותרים פאונה צעיר, קטן-מימדים, קצרת ימים כמו, לדוגמה, נמצאו על המערכת האקולוגית לואיזיאנה-טקסס מדף4.

שינויים התנהגותיים לפניהן בדרך כלל הקהילה התמוטטות17 , מחקרים דיווחו על תגובות התנהגותיות של האורגניזמים המורחבת נמוך [עושה]4,16,17,18,19 ,20,21,22,23,24,25. מחקרים אלו, עם זאת, לא להתמקד על התגובות של אורגניזמים רכיבה והולכת חשיפות של היפוקסיה, אופי המשתנות [עושה] זמינות בשפכי נהרות.

רכיבה והולכת היפוקסיה, שפכי נהרות רדודים קיבל מודעות גוברת והולכת כמו לימודי לפקח [עושה] יותר לעתים קרובות במהלך ימים עם sondes שפכי נהרות16,26. המים יכולים להישאר ובשפתיים שעות בסוף הלילה או בשעות הבוקר המוקדמות בקיץ כאשר אין פוטוסינתזה ביצירת חמצן במהלך הלילה אבל הצורכים חמצן גבוהה נשימה אירובית7,16. גם נמצא כי הגאות והשפל מושפעים והולכת של רכיבה על אופניים מהתנאים לעשות נמוך עם הכי קיצוני קיצון נצפו כאשר הגאות והשפל נמוך בד בבד עם סוף הלילה27. רק לאחר מספר שעות של היפוקסיה [עושה] לחזור. normoxia7,16,28 במחזור יומי.

כדי לקבוע את התגובה ההתנהגותית של virginica ג רכיבה והולכת היפוקסיה ו- pH לנו פיקוח על פתיחת וסגירת המסתמים של צדפות נחשפים מעבדה המושרה והולכת אופניים של [עושה] ו מחזורית pH. חיוך התגובות של צדפות שימשו לגלות בתנאי סביבה קיצוניים. שסתום סגר של צדפות בתגובה מזהמים29,30,31, אצות רעילות32,33,34, זיהום תרמי35,36 , 37,38,39,40מאכיל המשטר39,41,37,emersion42, photoperiod43 להקטין את כמות המזון , 44,45,pH46, ו pH משולבת, חמצן מומס47 נמדדו. טכניקות gape, לדוגמה, כללו תצפיות ישירות48,49,13, מדידות רציף באמצעות מתגים ריד, מגנטים (צג Dreissena)50, או סיבים אופטיים חיישנים 51 דורשים מים צלולים. בנוסף, מגנט, שדה מגנטי חיישנים הול כוח שימשו ללמוד מאסל gape זווית52,53,54,55, ומערכת השראה אלקטרומגנטית בתדירות גבוהה כי ניתן למדוד המרחק בדרגות שונות בין שני סלילים חשמליים המודבקות על השסתומים כבר בשימוש56,-57,-58,-59. מקור מתח גבוה נדרש עבור מערכת השראה אלקטרומגנטית, כוח חייב להימסר לשני הצדדים מעטפת52. מערכת זו היא גם זמינים מסחרית כמו "MOSSELMONITOR" (http://mosselmonitor.nl/).

על תקציב הדוק מחקר, אנחנו נבנה צג מד מתח זול (SGM) למדוד באופן רציף את הצדפה gape מעל והולכת הנוצרות על-ידי מעבדה רכיבה על אופניים של [עושה] ו- pH, תחת תנאי ראות נמוכה. המערכת שלנו הוא גם הרבה יותר. מערכות מתחרות, המאפשר חיות רבות להיות מעקב במהלך ניסוי פשוט. אנחנו רוצים לקבוע את תגובות התנהגותיות של virginica ג והולכת רכיבה על אופניים חמור ([] = 0.6 מ ג/ליטר) היפוקסיה עם שליטה pH (pH = 7.8) ו- pH אופניים (pH = 7.8-7.0), בהתאמה, gape התגובות מתון ([] = 1.7 מ ג/ליטר) היפוקסיה. יתר על כן, רצינו לקבוע אם צדפות מסוגלים להגיב במהירות לשינויים [] מעל והולכת אופניים, איך הם מגיבים normoxia יחזור לאחר אירוע ובשפתיים. אולי צדפות המותאמים בצורה אופטימלית לסביבת המשתנות במהירות המצויה שפכי נהרות רבים16,27 איפה הם גרים. בעוד צגים gape שסתום מורכבים יותר זמינים, SGM מציעה טכניקה זולה המאפשר מדידות רציפה של שסתום gape במים גם בתנאי ראות נמוכה.

Figure 1
איור 1. גשר ויטסטון עבור המנגנון gape שסתום. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

חיישנים מד המתח המשמש לניטור של ביואלו gape הם סרטים resistive בדפוס בפיתול על פוליאימיד גיבוי. כמויות קטנות של זן לווסת את ההתנגדות של החיישן. ביואלו הגמשת gage את המתח כאשר זה בולט החוצה גרימת שינוי ההתנגדות של החיישן. אנחנו מועסקים גשר ויטסטון nulling, מאוזן, לכל ערוץ של ביואלו כמוצג באיור 1 כדי למדוד את השינוי בהתנגדות החיישן. גשר ויטסטון nulled מאת נגד משתנה ומאפשר רווח גבוהה למדי להיות מועסק על ידי אוגר נתונים. גשר ויטסטון הוא שיטה סטנדרטית למדידת במדויק על התנגדות לא ידוע באמצעות יחס של התנגדות ידוע סטנדרטי, מודד. ההיסטוריה של טכניקה זו הישנה מאוד הנדונה Ekelof (2001)60. אנחנו השתלב 12 ערוצים, כל אחד עם גשר ויטסטון משלו nulling נגד משתנה, יחידת מד המתח צג (SGM).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. בניית גשר ויטסטון עבור המנגנון Gape שסתום

הערה: מד המתח נומינלית 1000 Ω, אז כדי לאזן באופן מלא null הגשר, כל הרכיבים צריכים להיות 1000 Ω.

  1. כמו איור 1, נגדים 1 שני kΩ הלחמה של דיוק אחד לשני, ואז הנגד ~ 976 Ω, של 100 Ω 10 להפעיל נגד משתנה. הטווח מד המתח הטיפוסי הוא Ω כמה ממני Ω 1000 נומינלית, אז רק שההתנגדות הזאת צריך להיות מתאימים. השתמש הנגד Ω 976 קבוע של resistor מתכווננת (נגד משתנה התור 10) למטרה זו.
  2. להביא מחבר לחבר מד המתח של ביואלו כמוצג באיור1 בצד אחד של הזרוע משתנה, צד אחד של resistor kΩ 1.
  3. לצרף ספק כוח כדי לספק הטיה הנוכחי אל הגשר כפי שמוצג באיור1 החלק העליון והחלק התחתון של הגשר.
  4. לצרף את האמצע של הגשר מגבר קדם ונתונים-מקליט, כפי שמוצג באיור1. זה ירשום את התגובה של ביואלו כפי תנועתו gape שמחליש את ההתנגדות של מד המתח.
  5. לאחר מד המתח של ביואלו מצורפת, null לגשר על-ידי התאמת 10 להפעיל נגד משתנה עד המתח-מקליט נתוני הקלט הוא אפס. השתמש נפרדת מחבר BNC יד שנערך מד מתח למטרה זו.
    הערה: Nulling הפלט אומר כי רווחי מאוד גבוהה יכול לשמש עם נתוני ההקלטה ללא קולח הקלט, ומאפשר מדויק מאוד המתחים (תגובה gape) למדוד.
    הערה: ההתקנה רב-ערוצי שלנו משתמשת יד לרכיבים נפרדים מולחם על פיסת אלקטרוניקה "perf פנסיון" רגיל. זה יכול בקלות להיות רשמית על מעגל מאוד זולים עם מעט מאמץ נוסף.

2. כללי ההגדרה עבור מיחזור והולכת והתקפת Cyclical pH

  1. לשמור על צדפות עם שכיחות נמוכה מחלה ידועה61 ב- 75-L aquaria תחת אור 14 h: 10 h photoperiod כהה, 7 ימים בשבוע48ומספר וחושפים אותם לשינויים מחזוריים [עושה] מחקה רכיבה והולכת היפוקסיה כפי שנמצאו בטבע7, 8. במהלך ה 14 של אור, לדמות את רמות האור ביום שטוף שמש בעומק 2-m ב- הנהר רוד, מרילנד61.
  2. להגדיר רכיבה והולכת היפוקסיה ו- pH מחזורית במעבדה לניסויים לטווח ארוך כפי שתואר בפירוט על ידי בורל. et al. (2015) 49. לשנות [עושה] ו- pH בכל אקווריום ו להחזיק ברמות שנקבע מראש כל הזמן. כדי להימנע שסתום סגירה עקב הגבלת מזון, להוסיף פיטופלנקטון62 באקווריום. לפצות על כל ספיגת לעשות פוטנציאלי של אצה פירוק על ידי ויסות [עושה] בתוך האקווריום.

3. של ביואלו להתאקלמות

  1. חבל צדפות כדי היפוקסיה רכיבה והולכת במשך כשבוע לפני ביצוע ניסויים חיוך.

4. הגדרת הרמה היפוקסיה רכיבה והולכת שלבים

Figure 2
איור 2 . [עושה] תומרנה השפעול כל יום כדי להפיק היפוקסיה אופניים והולכת. כאן, 2 מחזורים רצופים והולכת מוצגים מעל איזה חיוך מדידות נלקחו. כל מחזור והולכת מכיל ארבעה שלבים [עושה]: = רוויית יתר (הה), b = normoxia אחרי רוויית יתר, c = רמה נמוכה (LP), d = normoxia אחרי הרמה נמוכה. עבור הרמה נמוכה, היפוקסיה חמורה ([] = 0.6 מ ג/ליטר) עם שליטה או pH אופניים מסומן קו שחור עבה, היפוקסיה מתונה ([] = 1.7 מ ג/ליטר) טיולי אופניים pH עם דק אפור, normoxia ([] = 7.3 mg/L) באמצעות קו מקווקו. תיבות אפורים מציינים 10-h מרווחי כהה במשך יומיים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. כדי ליצור היפוקסיה אופניים והולכת, להתאים [עושה] במהלך יום ארבעה שלבים עוקבים לאן [עושה] מוחזק קבוע: 2 h רוויית יתר, normoxia 6 שעות אחרי רוויית יתר, הרמה נמוכה 4 שעות (normoxia במקרה של הפקדים) ו 2 h normoxia לאחר הנמוכה שלבי הרמה.
  2. במהלך שלב הרמה נמוכה, לשמור את הטיפול normoxic קבוע ב. [עושה] של 7.3 מ ג/ליטר, הקבוע במתינות ובשפתיים טיפול ב. [עושה] של 1.7 מ ג/ליטר הקבוע טיפולים היפוקסיה חמורה ב. [עושה] של 0.6 מ ג/ל'
  3. עבור היפוקסיה חמורה, להפעיל שני טיפולי pH במהלך הרמה נמוכה, קרי, היפוקסיה חמורה עם שליטה pH שבו ה-pH נשמר ב- 7.8 ואת היפוקסיה חמורה עם pH מעגלי שבו ה-pH יחזור לתקנו מ 7.8 אל 7.0 במהלך הרמה נמוכה. להפעיל את הטיפול במתינות שתקבעו עם pH מחזורית היכן pH יחזור לתקנו מ 7.8 אל 7.0. להפעיל טיפול במתינות ובשפתיים השני עם pH קבוע אם רצונך בכך.

5. ramping מעלה/מטה של [עושה] בין במות הרמה

  1. לתזמן את הרמפה למעלה או למטה של [עושה] בין ארבעת השלבים קבוע לקחת שעתיים כל אחת, אלא על הרמפה למטה מן normoxia לאחר רוויית יתר לשלב הרמה נמוכה, אשר לוקח את ה 3 לעיתים קרובות, היפוקסיה נמצאה מתרחשים מאוחר בלילה או מוקדם בבוקר שעות הקיץ7,8; לפיכך, להמשיך את שלב הרמה נמוכה בחושך, כמו גם התקופות ramping לעניין או למעלה ממנו, עבור אורך כולל של החושך של 10 h.
  2. חזור על מיחזור והולכת היפוקסיה 4-5 ימים בשבוע61.
  3. להוסיף צדפות עם חיישנים בשלב גידול לפני רוויית יתר ולהסיר אותם, לאחר סגירת אותם, יומיים לאחר מכן אז הם חווים והולכת להשלים שני מחזורים (איור 2) עם החיישנים.

6. ביצוע הכבל חיישן

Figure 3
איור 3 . של ביואלו SGM מד המתח שסתום חיישן. (א) חיישן מד המתח, מד מתח (b) מצורף צדפה מציג לולאה של המתח מד בין שני השסתומים, חיישן מד המתח (c) רכוב על צדפה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. לבנות שסתום gape חיישן כבלים על ידי סיבוך 32 שני AWG חוטים (7/40) (ראה טבלה של חומרים) של הצורך צבע (איור 3). לחתוך באורך של חוט כפול אורך gape הרצוי חיישן הכבל, קרי, פעמיים את אורך מן האקווריום כדי SGM פלוס תוספת קטנה.
  2. יש שני אנשים עומדים אחד מול השני, כל אחד מחזיק קצה אחד של הכבל.
  3. להחליק בידית של זוג מספריים על הכבל כך באמצע הכבל זוג מספריים מוחזק על-ידי הכבל. שמור את הכבל תחת מתח בכל עת (זה לא יכול להיות רפויה).
  4. . יש שני אנשים פיתול הכבל בכיוון ההפוך מחזיק את הכבלים תחת מתח הכבל יתחיל טוויסט, זוג מספריים באמצע (אשר מספקת במשקל) תטבע, בשני הקצוות של הכבל יכול לסובב סביב השני.
  5. להרכיב את שני הקצוות של הכבל והחזיקו אותם גבוה, אינו מאפשר את המספריים עם הכבל לגעת באדמה או מרווח. לאחר סיום הכבל פיתול, לחתוך את הכבל בצד השני אז יש כבל 4 מוביל הכולל, שניים בכל קצה.
  6. לחלופין, כדי. להאיץ את שלב זה, יש אדם אחד להחזיק תרגיל עם החוטים כשכרטיס ב בצד אחד, לשמור על המתח עם החוטים, לסובב את החוטים על-ידי הפעלת הנוהל.
  7. רצועת 2 ס מ של בידוד מפני החוטים בכל קצה של זוג שזור.

7. הלחמה החיישן

  1. טין את כבל חשוף.
  2. הלחמה Dsub מחבר זכר crimp פיני שני כיוונים על קצה אחד של כבל חיישן מאת pretinning הפינים ולהוספה של הכבלים.
  3. לאחר מכן, לבודד את ההפניות על ידי הצבת הפסיכיאטר אבובים על כל עופרת. לבחור הפסיכיאטר אבובים זה אינה הרבה יותר בקוטר ללידים בכבלים. לכווץ את הפסיכיאטר חום עם אקדח חום. הפסיכיאטר אבובים צריכים עכשיו להיות בחוזקה העוטפת את ההפניות.
    הערה: אלה שני כיוונים לקבל פקוק לתוך גשר ויטסטון במהלך הניסויים.
  4. הלחמה הסוף הנותרים של הכבל חיישן שני אנשי הקשר של זן Ω 1000 מד עם ממדים של 13.5 מ מ * 5.5 מ מ רשתות בשתיים הנותרות מוביל (איור 3).
  5. להוסיף חיישן זיהוי תג לכבל חיישן (איור 3).

8. איטום החיישן

הערה: מאבחנים המתח להחליד במהירות במי ים, ובכך היטב ייסתמו. האיכות של החותם משפיע על אורך החיים השימושי של החיישן.

  1. חותם את מאבחנים המתח על-ידי צירופם לקלטת PCT-2A עוזב 15 מ מ של קלטת קצוות ארוכים, 2 מ מ בצדדים של החיישן (איור 3). לאחר צירוף PCT-2A הקלטת בצד התחתון של מד המתח, הוסף ג'ל מהירה ללידים חיישן ומסתיים פתוח המצורפת של הכבלים.
  2. לצרף לגוש PCT-2A קלטת של אותו גודל כמו החלק התחתון החלק העליון של החיישן ולצרף את שני החלקים של קלטת עם מד מתח באמצע ביחד. אל תאפשר הג'ל מהירה לזרימה בשום מקום חוץ מאשר ללידים, שהכבלים חיישן.
  3. כדי לשפר את החותם, להוסיף רצועות דקיקות של נייר דבק PCT-2A את הקצוות שבו נפגשים שני החלקים דבק המקיפים את החיישן. . עושה את זה בשביל שלושה קצוות חשופים החיישנים
  4. חזור על שלבים 6.1 כדי 8.4 אחד עשר פעמים כדי לבנות 12 חיישן כבלים עם חיישנים, אחד לכל ערוץ על גשר ויטסטון.
    הערה: איטום מוצלחת של מאבחנים המתח היה המשתנה מפתח המשפיעים על ההישרדות חיישן של ביואלו gape במי ים ועל מזעור ומדי פעם "קפיצות" בפלט חיישן. ניסויים קודמות ללא איטום בטכניקה המתוארת לעיל גרמו קורוזיה חיישן מוקדם, כשל עוקבים, או סחיפה מהירה מעבר לטווח המדידות. שיפורים עתידיים צריך לכלול טכניקות כדי לשפר את החותם.

9. הצמדת החיישן Gape שסתום ביואלו (איור 3b, c)

  1. להסיר את הצדפה רכיבה והולכת היפוקסיה האקווריום לפני השלב הרמה נמוכה.
  2. עם לק כתוב מספר זיהוי על הקליפה נקי, יבש של כל virginica ג.
  3. לצרף את מאבחנים המתח אטום נקיים ויבשים המסתמים של חיים virginica ג (איור 3ב, ג) באמצעות איטום האקווריום כדי לאפשר את החיישן יוסרו לאחר ההפעלה. לצרף את החיישן gape עם ההפניות על המסתם ימין (שטוח) של צדפות באמצע הדרך על המעטפת (איור 3c) ולהשאיר לולאה של מד המתח (איור 3b) על פני השסתומים כדי לא לעכב את הפתיחה של השסתומים ( איור 3b). הדבק בקצה חינם הנותרים של חיישן השסתום השמאלי.
    הערה: תצפיות לאשר צדפות פתחו שסתומים שלהם בדרך כלל עם החיישנים במקום.
  4. לא משנה באיזו דרך לעקוף החיישן מודבק, עם זאת, הכיוון של האות תשונה אם רמזים מודבקים על השסתום השמאלי וחלק על השסתום. הכיוון של האות הופך ברור של סגירת כפויה ביואלו בסוף ריצה. עבור כל צדפות, הדבקת את החלק מד המתח בעזרת החיישן מוביל באותו הצד valve עבור כיוון עקבי על שינוי האות התגובה חיוך.
  5. במהלך כל שלב של התהליך של איטום חיישנים וצירופם כדי הצדפות, בדוק את ההתנגדות חיישן מעת לעת כדי לוודא שהוא נשאר בטווח של האלקטרוניקה readout לבדוק את פוטנציאל הנזק חיישן במהלך העיבוד.
  6. לצרף צדפות 12 12 חיישנים למלא כל 12 ערוצי SGM.
  7. להוסיף צדפות שונות באקווריום ממש לפני שלב הרמה רוויית יתר.

10. הכנה של אוגר נתונים, מרבב המנגנון Gape שסתום

  1. לצרף בחיישן ביואלו ואז לחבר את הכבל כדי SGM עם ויטסטון בודדים גשרים (איור 1) עבור כל חיישן (סך של 12 גשרים), מחובר אוגר נתונים.
  2. הגדר לוגר נתונים תקופת הדגימה לקרוא פעם אחת כל 2.5 s ולאחר מכן בממוצע 15 s.
    הערה: הזיכרון מדגם 62 k ב- אוגר נתונים המשמש כאן מותר 12 שעות של פעולה ללא התערבות. אוגרי נתוני גדול יותר וקצבי דגימה מהיר יותר ניתן לבחור, אם רצונך בכך.
  3. אפס את האות gape עבור כל חיישן בודדים לאחר הצמדת החיישן ביואלו באמצעות נגד משתנה מחייג על SGM.
  4. בעת הצורך, כמו salinities גבוה יותר, לתקן כל חיישן מעת לעת עבור סחיפה בתגובה חיישן כך החיישן נשאר בטווח של SGM (--25 25 mV) פלט של גשר ויטסטון. הטווח SGM נבחר רגישות מקסימלית בין גשר ויטסטון לקלט של אוגר נתונים.

11. פריסה של צדפות עם חיישנים Gape היפוקסיה רכיבה והולכת

  1. לאחר לאקווריום ריפאה איטום (ca 30 דקות) להחזיר את צדפות דלי מחזיק מחומצן עם זרימה דרך מים לפחות 5 שעות לאפשר את חומר האיטום אקווריום תסנן לפני ועלייתו הניסוי.
  2. מקום צדפות אקווריומים במהלך שלב גידול לרמת רוויית יתר (הה) (איור 2).

12. שחזור של צדפות עם חיוך חיישנים

  1. בעת התאוששות הצדפה באקווריום עם hypoxiaat רכיבה והולכת לסוף תקופת ביום שני, השתמש באצבעותיך כדי לעורר את הצדפה כדי לסגור לייצר אות הסגירה ב מתח חיישן. בדרך זו, הכיוון ועוצמת האות הסגירה ניתן להקליט
  2. להגדיר את הצדפה כמו פתח אם הערך חיישן גדול יותר ½ של הערך סגור. הגדר הצדפה סגר אם הערך חיישן קטן יותר ½ הערך הסגירה.
    הערה: צדפות המזרחי אל תפתח יותר מדי טווח ביניים.

13. לינאריזציה של שסתום Raw Gape נתונים

Figure 4
באיור 4. לינאריזציה של הנתונים raw gape של צדפה. (א) 14 h אור: 10 h כהה שלבים, (b) [עושה] במשך יומיים עם תקופות של היפוקסיה חמורה ([עושה] 0.6 מ ג/ליטר), (ג) נתונים גולמיים gape זמן סדרת צדפה אחת. הסחף ליניארי של הנתונים נגרמת בשל קורוזיה של החיישן ויש להסירו עיבוד דפוס, (ד) gape זמן סדרת נתונים לאחר עיבוד שלאחר, בזמן אמת משוער (e) . כדי לקבוע את הגודל וכיוון של ספייק הסגירה, הצדפה מופעלת כדי לסגור בסוף ריצה. מגניטודות משתנים בין חיישנים שונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. חזותית לזהות פעילות gape הצדפה, ולא להשתמש פסיכיאטרי (או לפתוח, איזו מהן היא יותר) שלבי צדפות כדי לקבוע כלי סחיפה. שימוש במשפטי IF בתוכנת הגיליון האלקטרוני כדי לסמן את הערכים סגור עם אחד ולפתוח ערכים עם אפס (למשל, = אם (תא > 5, 1 (true), 0 (false))).
  2. הסר את שלבי הקצר ולהפעיל רגרסיה ליניארית על הנתונים הגולמיים הנותרים. השתמש הרגרסיה כדי linearize את נתוני הניסוי (איור 4). לינאריזציה חייב להיעשות עבור כל חיישן בנפרד.
    הערה: חיישן להיסחף היא לינארית מעל קצר (דקות), זמן (ימים) זמן סולמות ואת כמות הסחף משתנה חיישן חיישן. הסחף הוא בדרך כלל זניחה לאורך טווחי זמן קצר כמו שעה, שבה רק מדי פעם להיסחף ליניארי נרשמה. חיישן להיסחף מחייבת כי הכיול של שסתום חיוך, חיוך חיישן צריך להיעשות עבור כל חיישן בנפרד, כי לינאריזציה חייב להיעשות עבור כל חיישן שלאחר עיבוד של הנתונים.

14. כיול של חיישנים: רוחב Gape בפועל לעומת חיישן mV

בניסוי בצד, חיישן מתח יכול להיות מכויל רוחב gape בפועל של צדפות.

  1. באקווריום, להגדיר צדפה עם חיישן חיוך. ליזום gape הקלטה. לעורר את הצדפה כדי לסגור על ידי נגיעה בו. זמן קצר לאחר מכן, הצדפה יפתח שוב.
  2. כפי, הצדפה נפתחת לצלם ולכתוב את חיישן מתח על מנגנוני חיוך בכל פעם שתמונה הוא נלקח. לשמור על מעקב אחר של התמונה אשר הולך עם הקריאה מכשיר איזה חיוך. המקום בקנה מידה הפניה בתמונה, באותה רמה של המסתמים.
  3. לנתח את המרחק הצדפה פתוחה בכל התמונה (מ מ) באמצעות תוכנית עיבוד התמונה קוד פתוח כגון ImageJ.
  4. להשוות gape בפועל רוחב חיישן מתח ולהפעיל ניתוח רגרסיה. זה נותן את הכיול למעמד הפתיחה בפועל, נוסף חיישן מדידות ואז ניתן לקשר gape בפועל רוחב ביואלו.
    הערה: בזמן זה מראה רוחב gape קשורה באופן ליניארי חיישן מתח, בפועל, תהליך זה לוקח זמן רב מידי, לא בוצעה עבור הניסויים gape היפוקסיה. על הניסויים gape היפוקסיה היה חשוב להסיר את הצדפות עבור הסכום של הזמן הדרוש מ שלהם aquaria כדי לצייד אותם עם חיישנים ולהחזיר אותם באקווריום לפחות. ניסויים, מדידת רוחב gape עשוי להיות חשוב, צריכה להיות מלווה את הטכניקות כיול לעיל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

צדפות חשופים ללא הפרעה normoxic estuarine מים (אין היפוקסיה במהלך שלב רמה נמוכה של מחזור יומי) היו פתוחות רוב הזמן ונסגר רק בקצרה לעתים רחוקות (איור 5). כאשר הם סגרו מגוונות אויסטר צדפות. דפוס זה גם נמצאה על-ידי Loosanoff ו- Nomejko 194644 ו 1980 היגינס39. גם צדפות לא הגיב על ההבדל בשלבים הכהים.

Figure 5
איור 5 . (-ז) תת-קבוצה של חיוך התגובות של צדפות 7 נחשפים (h) יומיים של normoxia ([] = 7.3 mg/L) קרוב מדי פעם, כל צדפה עם דפוס שונה. זמן לילה מדומה מסומן בברים שחור, מדומה פעם ביום עם סורגים לבן. איור זה השתנה מ פורטר ו- Breitburg 201663. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

רוב צדפות נחשפים היפוקסיה חמורה ([] = 0.6 מ ג/ליטר) במהלך הרמה נמוכה שלב במהלך רכיבה והולכת היפוקסיה סגור בקרוב לאחר הושגה המטרה [עושה], כמה צדפות נסגרו לפני המטרה [עושה] הגיעו נשאר סגור במשך רוב הזמן זה היפוקסיה חמורה המשיך (איור 6). שליטה ו- pH מחזורית לא השפיע על המשחק.

Figure 6
איור 6. (a-g) תת-ערכה של חיוך התגובות של צדפות 7 נחשפים (h) יומיים של רכיבה והולכת היפוקסיה עם היפוקסיה חמורה ([] = 0.6 מ ג/ליטר) במהלך שלב הרמה נמוכה. זמן לילה מדומה מסומן בברים שחור, מדומה פעם ביום עם סורגים לבן. איור זה השתנה מ פורטר ו- Breitburg 201663. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

עם היפוקסיה מתונה ([] = 1.7 מ ג/ליטר), סגירות אירע לעתים קרובות מאוחר יותר במהלך שלב הרמה נמוכה במקום בנקודה כאשר המטרה [עושה] הושג (איור 7).

Figure 7
איור 7. (a-g) תת-ערכה של חיוך התגובות של צדפות 7 נחשפים (h) יומיים של רכיבה והולכת היפוקסיה עם היפוקסיה מתונה ([] = 1.7 מ ג/ליטר) במהלך שלב הרמה נמוכה. זמן לילה מדומה מסומן בברים שחור, מדומה פעם ביום עם סורגים לבן. החשמל הופסק ב c, e, g ("אין נתונים"). איור זה השתנה מ פורטר ו- Breitburg 201663. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

במהלך שלב הרמה נמוכה עם מגוון [עושה], צדפות תחת חמור ([] = 0.6 מ ג/ליטר) רכיבה והולכת היפוקסיה עם שליטה pH (pH = 7.8) כמו גם מחזורי pH (pH = 7.8–7.0) נסגרו באופן משמעותי יותר צדפות תחת normoxia (7.3 ג'י דו / L). היו אין הבדלים משמעותיים בין מועדי סגירת בין בקרת מעגלי pH תחת היפוקסיה חמורה. צדפות תחת מתון ([] = 1.7 מ ג/ליטר) רכיבה והולכת היפוקסיה נסגרו כמויות דומות של זמן במהלך הרמה נמוכה כמו לחלזונות תחת היפוקסיה חמורה עם pH שליטה או מחזורית pH. בנוסף, צדפות תחת היפוקסיה מתונה רכיבה והולכת נסגרו כמות דומה של זמן כמו הצדפות תחת normoxia במהלך שלב הרמה נמוכה. היו אין הבדלים משמעותיים בין מועדי סגירת בין בקרת מעגלי pH תחת היפוקסיה חמורה בכל השלבים.

במהלך שלב normoxia לאחר הרמה נמוכה, צדפות חוו היפוקסיה חמורה במהלך הרמה נמוכה היו פתוחות רוב הזמן (איור 8), לעיתים קרובות ופתחו בזמן [עושה] רמות היו ramping את, עוד לפני הרמה normoxia הושג ( איור 6). במהלך של רוויית יתר של normoxia לאחר רוויית יתר שלבי, בהתאמה, צדפות של כל הטיפולים היו פתוחים רוב הזמן. צדפות הראה את הדפוסים הללו על והולכת חוזרות מחזורי במרוצת הזמן יומיים.

Figure 8
איור 8. אחוז הזמן צדפות נסגרו במהלך הרמה נמוכה (א), normoxia (ב) לאחר הרמה נמוכה, רוויית יתר (ג) ו- (ד) normoxia לאחר suspersaturation שלבים במהלך והולכת רכיבה על אופניים של [עושה]. במהלך שלב הרמה נמוכה ב (א): "0.6, מחזורית" = [עושה] של 0.6 מ ג/ליטר (היפוקסיה חמורה), pH מחזורית (ה-pH = 7.8–7.0) (n = 4); "שליטה 0.6," = [עושה] של 0.6 מ ג/ליטר (היפוקסיה חמורה), לשלוט החומציות (pH = 7.8) (n = 4); "1.7, מחזורית" = [עושה] של 1.7 מ ג/ליטר (היפוקסיה מתונה), pH מחזורית (ה-pH = 7.8–7.0) (n = 4); "שליטה, שליטה" = [עושה] של 7.3 מ ג (normoxia), לשלוט החומציות (pH = 7.8) (n = 4). הבדלים סטטיסטיים מסומנים באמצעות אותיות שונות מעל פסי (מקונן ANOVA, p≤ 0.05). קווי שגיאה הם תקן שגיאות של הממוצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

במהלך שלב הרמה נמוכה, צדפות 1/3 או יותר מ היפוקסיה חמורה, pH מחזורית היו סגורות 70% של הזמן, צדפות היפוקסיה חמורה, לשלוט pH היו סגורות 49% מהזמן (איור 9). לעומת זאת, במהלך שלב הרמה נמוכה, צדפות 1/3 או יותר מ- pH מחזורית ובשפתיים מתון היו סגורות 29% מהזמן, מהטיפול normoxic שליטה pH 12% מהזמן. הצדפות רוב סגורה בו זמנית במהלך שלב הרמה נמוכה, היו 82% ו- 67% של צדפות היפוקסיה חמורה, pH המעגלי, היפוקסיה חמורה, לשלוט pH טיפולים, בהתאמה. ב- pH מתון שתקבעו, מחזורי טיפול, מקסימלית של 45% של צדפות סגור במהלך הרמה נמוכה ואת צדפות חשוף רק normoxia מרבי של 42% לזמן קצר סגור בו זמנית. Normoxia לאחר הרמה נמוכה של רוויית יתר, את normoxia לאחר רוויית יתר, לעיתים רחוקות יותר מ 1/3 של צדפות סגור בעת ובעונה אחת.

Figure 9
איור 9 . אחוז צדפות סגור בו זמנית במהלך הרמה נמוכה, normoxia אחרי הרמה נמוכה, רוויית יתר ו normoxia לאחר רוויית יתר שלבי מצטיירתבאיור 2. עבור (א), הרמה נמוכה להיפוקסיה קשות ([] = 0.6 מ ג/ליטר) והיה pH מחזורית (ה-pH = 7.8–7.0) (n = 13 צדפות). עבור (b), הרמה נמוכה להיפוקסיה בלשון המעטה ([] = 1.7 מ ג/ליטר) והיה pH מחזורית (ה-pH = 7.8–7.0) (n = 11 צדפות). (ג), הרמה נמוכה להיפוקסיה קשות ([] = 0.6 מ ג/ליטר) והיה שליטה pH (ה-pH = 7.8) (n = 11 צדפות). (ד), שלב ה-plateau נמוך היה normoxic ([] = 7.3 מ ג/ליטר) (n = 11 צדפות). קו אופקי מתארת שם שליש אחד של הצדפות נסגרו בו זמנית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. 

רוחב gape קשורה באופן ליניארי mV חיישן (איור 10). הכיוון כי החיישן מודבק על המסתם קובעת את הכיוון של האות.

Figure 10
איור 10 . ולידציות gape חיישן מתח gape בפועל רוחב של צדפות. (a, b) חיישן gape מוביל affixed השסתום של הצדפות, חיישן gape (c, d) מוביל affixed השסתום השמאלי. לשם אחידות בכיוון של התגובה, החיישנים אמורה להיות מוצמדת לאותו כיוון שסתום של צדפות לכל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מחקרים טיפוסי פוקוס על הרציף, מורחב פרקי זמן של חמצן נמוכה תנאים ואת התגובה, לעיתים קרובות הנמדדת של ההישרדות, של בעלי חיים. אולם, כיום, הבנתנו תגובות התנהגותיות של חיות רכיבה והולכת היפוקסיה היא מינימלית63. לכן, מחקרים נוספים צריכים להתמקד אופן הפעולה של אורגניזמים בתגובה היפוקסיה רכיבה והולכת אשר מתרחשת באופן קבוע במהלך הקיץ בשפכי נהרות רבים7,-8.

כאן, אנו מציגים שיטה למדוד באופן רציף את תגובות התנהגותיות של צדפות רכיבה והולכת היפוקסיה ו- pH מחזורית. צדפות לא הגיב בהתנהגותו והולכת-רכיבה על האופניים של pH. עם זאת, צדפות הגיב בחריפות לתנאי חמצן נמוך מאוד לצמצם gape מעטפת. יתר על כן, יותר משליש הצדפות סגור בו זמנית במשך פרקי זמן ארוכים תחת הטיפולים ובשפתיים אך ביותר נפתח שוב תחת שלב normoxic שלאחר מכן. הגדלת gape והפחתת שסתום סגירת כדי לפצות על מורחב פעמים של שסתום סגירת במהלך היפוקסיה חמורה יכול להפחית את ההשפעות של היפוקסיה רכיבה והולכת על הצדפות עצמם ולסנן על הפיטופלנקטון הם. לפיכך, פיצוי התנהגותי כזה יכול למזער את מארג מזון או אפקטים המערכת האקולוגית.

שלב קריטי בשיטה זו SGM היא בהצלחה לאטום את החיישן חיוך. אם החיישן לא אטום כראוי, מי ים יכול להגיע מד המתח להגדיל את הסחף, בסופו של דבר להוציא זאת מכלל פעולה. חיישנים 29 פרסו במהלך ניסוי mesocosm מפלאגסטף (2005)64 , העריכו כמות הזמן שבו הם פעלו. הוותיקות החיישנים תפקדו עבור יותר מ 16 d, כאשר הניסוי הופסק. כמות הזמן שחיישן נמשך הקצר היה 0.5 d. האורך הממוצע של פריסה מוצלחת חיישן היה 4.9 ± 3.0 ימים, הכולל את החיישנים. זה נפסקו מוקדם. רוב החיישנים עבדו את הפריסה יומיים רכיבה והולכת היפוקסיה הניסוי.

צריך להיות שיפור החיים של החיישנים, למרות התקן הנוכחי מתאים עבור יישומים רבים. חומר האיטום האקווריום מכיל חומצה אצטית אשר עשוי להגדיל את קורוזיה בחיישנים. בעתיד, אמור לשמש סיליקון RTV כיתה של אלקטרוניקה שאינו חומצי. זה עשויה גם למנוע את הסחף ליניארי שנמצאו והיה זה יוסרו בעיבוד שלאחר. בזמן הנוכחי, מומלץ לבנות חיישן חדש עבור כל חיוך לרוץ.

מגבלה הנוכחי הוא SGM שימש רק באווירה מעבדה חיישן כבלים צריכים להיעשות ארוכה דיה כדי להגיע באקווריום שונים. הגבלה נוספת של השיטה היא ניתוחים לא נעשים באופן אוטומטי ויש לבצע ידנית הסחף ליניארי דורש תיקון בנפרד. אם המרחב gape בפועל של ביואלו ניתן למדוד, חיישן כל חייב להיות מכויל בנפרד, כמו עוצמת האות משתנה חיישן חיישן. חשוב בסוף ריצה כדי לעורר את ביואלו קרוב לקבל את הגודל והכיוון של ספייק הסגירה. אם gape נמדד בשדה, בתנאי סביבה קיצוניים כגון תקופות של חמצן נמוכה התנאים ייתכן יזוהו על-ידי ניטור של צדפות באמצעות SGM וסגור מזהה מתי יותר שליש אחד בו זמנית.

לפני פורטר ו Breitburg (2016)63, שסתום gape אינן נמדדות על צדפות נחשפים היפוקסיה רכיבה והולכת. עם זאת, טכניקות שונות קיימים כדי למדוד gape שסתום. יתרון שיטה זו הוא כי זה מאוד זולים, אינו דורש קו ראיה ישיר ביואלו. עלויות חוזרות הן רק את העלויות עבור מאבחנים המתח. המערכת יכולים להתבצע גם שדה-הניתנות לפריסה על-ידי דיור גשר ויטסטון, את אוגר נתונים במארז עמיד למים יש להסיר מעת לעת עבור הורדת נתונים. צדפות בבניין תא רטוב.

אנו מדגימים שסתום משמעותי gape התגובות של צדפות היפוקסיה רכיבה והולכת, להדגים כי צדפות אינם מגיבים לשינויים מחזוריים pH. בעבודתה העתידית צריכה להתמקד טוב יותר איטום החיישן נוספת להפחית כשל חיישן מוקדם, להיסחף ואולי באמצעות חום גמיש-להמיס דבק כמו התייחסתי. et al. (2013) 57 באמצעות סיליקון RTV כיתה אלקטרוני שאינו חומצי. מחקרים עתידיים צריך למדוד את שסתום gape התגובה של מינים אחרים של ביואלו היפוקסיה רכיבה והולכת, גם לבחון את ההשפעה של רכיבה והולכת הגבלה היפוקסיה ומזון על התנהגות gape שסתום. ידוע כי צדפות לסגור בתגובה ריכוזים נמוכים מזון אבל האינטראקציה בין רכיבה והולכת היפוקסיה וריכוז מזון לא נבדקה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. אין לנו שום דבר לחשוף.

Acknowledgments

אנו מודים מלינדה Forseth על לקיחת תמונות של צדפות ומדידת שלהם רוחב gape ImageJ. אנו מודים דניס Breitburg לגישה באקווריום עם והולכת רכיבה על אופניים היפוקסיה ותנאי pH מחזורית. אנו מודים המרכז לחקר הסביבה הסמית'סוניאן, אדג'ווטר, מרילנד, על שטח של הניסויים. הניסויים היפוקסיה, במימון של לאומי אושיאניק ואת האטמוספירה המינהל - מרכז למענק במימון מחקר האוקיינוס החוף לא. NA10NOS4780138, הקרן Hunterdon הסמית'סוניאן כדי דניס Breitburg. השסתום gape מדידות במהלך היפוקסיה הניסויים היו ממומן על ידי מענק שיפור סגל על ידי וושינגטון לקולג. אלקה טי פורטר.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Campbell CR 10x data logger Campbell Scientific, Logan, Utah Or other data logger. At Campbell the CR 10X has been replaced with the CR 1000
Campbell CR 10x multiplexer Campbell Scientific, Logan, Utah Data logger needs to have space for 12 channels
Dsub connector male crimp pins TE Connectivity 205089-1 pins for gape sensor leads
PCA tape Micro Measurements Corp, NC To seal the strain gauge
Duro Quick Gel Ace Hardware Superglue
SG13/1000-LY43 or LY41 Omega Engineering Inc., Stanford, CT Strain gauges
32 AWG (7/40) teflon Alpha wires AlphaWire, Elizabeth, NJ 2840/7 Sensor cables, different colors are available
1/16" heat shrink tubing Qualtek B01A3QKKO6 To seal the leads of the sensor cable
Weller WES51 Analog Soldering Station Amazon Lots of soldering, need a good soldering iron. https://www.amazon.com/Weller-WES51-Analog-Soldering-Station/dp/B000BRC2XU/ref=sr_1_23?s=hi&ie=UTF8&qid=1505654295
&sr=1-23&keywords=soldering+iron
Rosin Soldering Flux Paste Amazon Needed for soldering
60-40 Tin Lead Rosin Core Solder Wire Amazon Needed for soldering
Aquarium sealant Home Depot Attach sensors to bivalve
PC Laptop Any old PC to run Campbell gape program
heat gun Amazon shrink shrink tubing
Drill Hardware store, Amazon for twisting wires to make sensor cables
AC to DC power module Acopian DB15-30 Wheatstone bridge power supply
Poteniometer Clarostat 733A Wheatsone bridge nulling
isolating BNC connector Sterren Electronics "200-148 Wheatstone bridge output for multimeter
Fused AC receptical panel module Adam technologies IEC-GS-1-200 Wheatstone bridge power supply connector
976 ohm 1% resistor Vishay Dale CMF50976R00FHEB Wheatstone bridge resistor
1 kohm 1% resistor Vishay Dale CMF501K0000FHEB Wheatstone bridge resistor
Potentiometer scale dial Kilo International 462 10 turn dial for nulling potentiometer
DB25 male panel connector TE connectivity 1757819-8 Data logger connector on Wheatstone bridge
DB25 female panel connector TE connectivity 1757819-8 Sensor connector to Wheatstone bridge
perforated circuit board Vector electronics 64P44WE circuit board for mounting of bridge components
enclosure Hammond Manufacturing 1444-29 Enclosure for sensor readout electronics

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vaquer-Sunyer, R., Duarte, C. M. Thresholds of hypoxia for marine biodiversity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (40), 15452-15457 (2008).
  2. Diaz, R. J., Rosenberg, R. Spreading dead zones and consequences for marine ecosystems. Science. 321, 926-929 (2008).
  3. Levin, L. A., Breitburg, D. L. Linking coasts and seas to address ocean deoxygenation. Nature Climate Change. 5, 401-403 (2015).
  4. Diaz, R. J., Rosenberg, R. Marine benthic hypoxia: A review of its ecological effects and the behavioural responses of benthic macrofauna. Oceanography and Marine Biology: An annual Review. 33, 245-303 (1995).
  5. Patterson, H. K., Boettcher, A., Carmichael, R. H. Biomarkers of dissolved oxygen stress in oysters: a tool for restoration and management efforts. PLoS One. 9 (8), 104440 (2014).
  6. Altieri, A. H., Gedan, K. B. Climate change and dead zones. Global Change Biology. 21 (4), 1395-1406 (2015).
  7. Tyler, R. M., Brady, D. C., Targett, T. E. Temporal and spatial dynamics of diel-cycling hypoxia in estuarine tributaries. Estuaries and Coasts. 32 (1), 123-145 (2009).
  8. Breitburg, D. L., et al. Landscape-level variation in disease susceptibility related to shallow-water hypoxia. PLoS One. 10 (2), 0116223 (2015).
  9. Stickle, W. B., Kapper, M. A., Liu, L. -L., Gnaiger, E., Wang, S. Y. Metabolic adaptations of several species of crustaceans and molluscs to hypoxia: toterance and microcalometric studies. Biological Bulletin. 177 (2), 303-312 (1989).
  10. Gamenick, I., Jahn, A., Vopel, K., Guiere, O. Hypoxia and sulphide as structuring factors in a macrozoobenthic community on the Baltic Sea shore: colonization studies and tolerance experiments. Marine Ecology Progress Series. , 73-85 (1996).
  11. Modig, H., Olafsson, E. Responses of Baltic benthic invertebrates to hypoxic events. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 229 (1), 133-148 (1998).
  12. Riedel, B., Zuschin, M., Stachowitsch, M. Tolerance of benthic macrofauna to hypoxia and anoxia in shallow coastal seas: a realistic scenario. Marine Ecology Progress Series. 458, 39-52 (2012).
  13. Lombardi, S. A., Harlan, N. P., Paynter, K. T. Survival, acid-base balance, and gaping responses of the Asian Oyster C. ariakensis and the Eastern Oyster C. virginica during clamped emersion and hypoxic immersion. Journal of Shellfish Research. 32 (2), 409-415 (2013).
  14. Jansson, A., Norkko, J., Dupont, S., Norkko, A. Growth and survival in a changing environment: Combined effects of moderate hypoxia and low pH on juvenile bivalve Macoma balthica. Journal of Sea Research. 102, 41-47 (2015).
  15. Gooday, A. J., et al. Faunal responses to oxygen gradients on the Pakistan margin: A comparison of foraminiferans, macrofauna and megafauna. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 56 (6-7), 488-502 (2009).
  16. Montagna, P. A., Ritter, C. Direct and indirect effects of hypoxia on benthos in Corpus Christi Bay, Texas, U.S.A. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 330 (1), 119-131 (2006).
  17. Villnas, A., Norkko, J., Lukkari, K., Hewitt, J., Norkko, A. Consequences of increasing hypoxic disturbance on benthic communities and ecosystem functioning. PLoS One. 7 (10), 44920 (2012).
  18. Breitburg, D. Effects of hypoxia, and the balance between hypoxia and enrichment on coastal fishes and fisheries. Estuaries. 25 (4), 767-781 (2002).
  19. Costantini, M., et al. Effect of hypoxia on habitat quality of striped bass (Morone saxatilis) in Chesapeake Bay. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 65 (5), 989-1002 (2008).
  20. Ludsin, S. A., et al. Hypoxia-avoidance by planktivorous fish in Chesapeake Bay: Implications for food web interactions and fish recruitment. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 381, 121-131 (2009).
  21. Zhang, H., et al. Hypoxia-driven changes in the behavior and spatial distribution of pelagic fish and mesozooplankton in the northern Gulf of Mexico. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 381, 80-91 (2009).
  22. Sparks, B. L., Strayer, D. L. Effects of low dissolved oxygen on juvenile Elliptio complanata (Bivalvia:Unionidae). Journal of the Norther American Benthological Society. 17, 129-134 (1998).
  23. Llanso, R. J. Effects of hypoxia on estuarine benthos: the lower Rappahannock River (Chesapeake Bay), a case study. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 35 (5), 491-515 (1992).
  24. Riedel, B., Zuschin, M., Haselmair, A., Stachowitsch, M. Oxygen depletion under glass: Behavioural responses of benthic macrofauna to induced anoxia in the Northern Adriatic. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 367 (1), 17-27 (2008).
  25. Riedel, B., et al. Effect of hypoxia and anoxia on invertebrate behaviour: Ecological perspectives from species to community level. Biogeosciences. 11 (6), 1491-1518 (2014).
  26. Breitburg, D. L. Near-shore hypoxia in the Chesapeake Bay: Patterns and relationships among physical factors. Estuarine Coastal and Shelf Science. 30, 593-609 (1990).
  27. Baumann, H., Wallace, R. B., Tagliaferri, T., Gobler, C. J. Large natural pH, CO2 and O2 fluctuations in a temperate tidal salt marsh on diel, seasonal, and interannual time scales. Estuaries and Coasts. 38, 220-231 (2015).
  28. Breitburg, D. L., et al. Landscape-level variation in disease susceptibility related to shallow-water hypoxia. PLoS One. 10 (2), 0116223 (2015).
  29. de Zwart, D., Kramer, J. M., Jenner, H. A. Practical experiences with the biological early warning system "mosselmonitor". Environmental Toxicology and Water Quality. 10 (4), 237-247 (1995).
  30. Kadar, E., et al. Avoidance responses to aluminum in the freshwater bivalve Anodonta cygnea. Aquatic Toxicology. 55, 137-148 (2001).
  31. Soliman, M. F. M., El-Shenawy, N. S., Tadros, M. M., Abd El-Azeez, A. A. Impaired behavior and changes in some biochemical markers of bivalve (Ruditapes decussatus) due to zinc toxicity. Toxicological & Environmental Chemistry. 97 (5), 674-686 (2015).
  32. Shumway, S. E., Cucci, T. L. The effects of the toxic dinoflagellate Protogonyaulax tamarensis on the feeding and behaviour of bivalve molluscs. Aquatic Toxicology. 10, 9-27 (1987).
  33. Basti, L., et al. Effects of the toxic dinoflagellate Heterocapsa circularisquama on the valve movement behaviour of the Manila clam Ruditapes philippinarum. Aquaculture. 291 (1-2), 41-47 (2009).
  34. Tran, D., Haberkorn, H., Soudant, P., Ciret, P., Massabuau, J. -C. Behavioral responses of Crassostrea gigas exposed to the harmful algae Alexandrium minutum. Aquaculture. 298 (3-4), 338-345 (2010).
  35. Shumway, S. E., Koehn, R. K. Oxygen consumption in the American oyster Crassostrea virginica. Marine Ecology Progress Series. 9, 59-68 (1982).
  36. Nicastro, K. R., Zardi, G. I., McQuaid, C. D., Pearson, G. A., Serrao, E. A. Love thy neighbour: group properties of gaping behaviour in mussel aggregations. PLoS One. 7 (10), (2012).
  37. Dowd, W. W., Somero, G. N. Behavior and survival of Mytilus. congeners following episodes of elevated body temperature in air and seawater. Journal of Experimental Biology. 216 (3), 502-514 (2013).
  38. Higgins, P. J. Effects of food availability on the valve movements and feeding behavior of juvenile Crassostrea virginica (Gmelin). I. Valve movements and periodic activity. Journal of Experimental and Experimental Marine Biology and Ecology. 45, 229-244 (1980).
  39. Riisgård, H. U., Lassen, J., Kittner, C. Valve-gape response times in mussels (Mytilus edulis)-Effects of laboratory preceding-feeding conditions and in situ tidally induced variation in phytoplankton biomass. Journal of Shellfish Research. 25, 901-911 (2006).
  40. Robson, A. A., De Leaniz, C. G., Wilson, R. P., Halsey, L. G. Behavioural adaptations of mussels to varying levels of food availability and predation risk. Journal of Molluscan Studies. 76, 348-353 (2010).
  41. Robson, A. A., de Leaniz, C. G., Wilson, R. P., Halsey, L. G. Effect of anthropogenic feeding regimes on activity rhythms of laboratory mussels exposed to natural light. Hydrobiologia. 655, 197-204 (2010).
  42. Nicastro, K. R., Zardi, G. I., McQuaid, C. D., Stephens, L., Radloff, S., Blatch, G. L. The role of gaping behaviour in habitat partitioning between coexisting intertidal mussels. BMC Ecology. 10, 17 (2010).
  43. Loosanoff, V. S., Nomejko, C. A. Feeding of oysters in relation to tidal stages and to periods of light and darkness. Biological Bulletin. 90 (3), 244-264 (1946).
  44. Comeau, L. A., Mayrand, E., Mallet, A. Winter quiescence and spring awakening of the Eastern oyster Crassostrea virginica at its northernmost distribution limit. Marine Biology. 159 (10), 2269-2279 (2012).
  45. Pynonnen, K. S., Huebner, J. Effects of episodic low pH exposure on the valve movements of the freshwater bivalve Anodonta cygnea L. Water Research. 29 (11), 2579-2582 (1995).
  46. Jakubowska, M., Normant-Saremba, M. The effect of CO2-induced seawater acidification on the behaviour and metabolic rate of the baltic clam Macoma balthica. Annales Zoologici Fennici. 52 (5-6), 353-367 (2015).
  47. Jakubowska, M., Normant, M. Metabolic rate and activity of blue mussel Mytilus edulis trossulus.under short-term exposure to carbon dioxide-induced water acidification and oxygen deficiency. Marine and Freshwater Behaviour and Physiology. 48 (1), 25-39 (2015).
  48. Newell, C. R., Wildish, D. J., MacDonald, B. A. The effects of velocity and seston concentration on the exhalent siphon area, valve gape and filtration rate of the mussel Mytilus edulis. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 262, 91-111 (2001).
  49. Maire, O., Amouroux, J. -M., Duchene, J. -C., Gremare, A. Relationship between filtration activity and food availability in the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis. Marine Biology. 152 (6), 1293-1307 (2007).
  50. Borcherding, J. Ten years of practical experience with the Dreissena-monitor, a biological early warning system for continuous water quality monitoring. Hydrobiologia. 556 (1), 417-426 (2006).
  51. Frank, D. M., Hamilton, J. F., Ward, E. E., Shumway, S. E. A fiber optic sensor for high resolution measurement and continuous monitoring of valve gape in bivalve molluscs. Journal of Shellfish Research. 26 (2), 575-580 (2007).
  52. Wilson, R., Reuter, P., Wahl, M. Muscling in on mussels: New insights into bivalve behaviour using vertebrate remote-sensing technology. Marine Biology. 147 (5), 1165-1172 (2005).
  53. Nagai, K., Honjo, T., Go, J., Yamashita, H., Seok Jin, O. Detecting the shellfish killer Heterocapsa circularisquama (Dinophyceae) by measuring bivalve valve activity with a Hall element sensor. Aquaculture. 255 (1-4), 395-401 (2006).
  54. Robson, A., Wilson, R., de Leaniz, C. G. Mussels flexing their muscles: a new method for quantifying bivalve behaviour. Marine Biology. 151 (3), 1195-1204 (2007).
  55. Robson, A. A., Thomas, G. R., de Leaniz, C. G., Wilson, R. P. Valve gape and exhalant pumping in bivalves: optimization of measurement. Aquatic Biology. 6 (1-3), 191-200 (2009).
  56. de Zwart, D., Kramer, J. M., Jenner, H. A. Practical experiences with the biological early warning system "mosselmonitor". Environmental Toxicology and Water Quality. 10 (4), 237-247 (1995).
  57. Jou, L. -J., Lin, S. -C., Chen, B. -C., Chen, W. -Y., Liao, C. -M. Synthesis and measurement of valve activities by an improved online clam-based behavioral monitoring system. Computers and Electronics in Agriculture. 90, 106-118 (2013).
  58. Barile, N. B., Scopa, M., Recchi, S., Nerone, E. Biomonitoring of coastal marine waters subject to anthropogenic use: development and application of the biosensor Mosselmonitor. Ovidius University Annals of Chemistry. 27 (2), 81-86 (2016).
  59. Ballesta-Artero, I., Witbaard, R., Carroll, M. L., van der Meer, J. Environmental factors regulating gaping activity of the bivalve Arctica islandica in Northern Norway. Marine Biology. 164 (5), 116 (2017).
  60. Ekelof, S. The genesis of the Wheatstone bridge. Engineering Science and Education Journal. 10, 37-40 (2001).
  61. Keppel, A. G., Breitburg, D. L., Wikfors, G. H., Burrell, R. B., Clark, V. M. Effects of co-varying diel-cycling hypoxia and pH on disease susceptibility in the eastern oyster Crassostrea virginica. Marine Ecology Progress Series. 538, 169-183 (2015).
  62. Burrell, R. B., Keppel, A. G., Clark, V. M., Breitburg, D. L. An automated monitoring and control system for flow-through co-cycling hypoxia and pH experiments. Limnology and Oceanography: Methods. 14, 168-185 (2015).
  63. Porter, E. T., Breitburg, D. L. Eastern oyster Crassostrea virginica, valve gape behavior under diel-cycling hypoxia. Marine Biology. 163 (218), (2016).
  64. Bergeron, C. M. The impact of sediment resuspension on mercury cycling and the bioaccumulation of methylmercury into benthic and pelagic organisms. , University of Maryland. M.S. thesis (2005).

Tags

מדעי הסביבה גיליון 138 שסתום gape Crassostrea virginica צדפות המזרחי היפוקסיה רכיבה והולכת pH מחזורית התנהגות של ביואלו חיוך של ביואלו SGM
מד המתח צג (SGM) עבור רציפה שסתום Gape מידות ביואלו רכיכות בתגובה מיחזור מעבדה המושרה והולכת היפוקסיה ו- pH
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Porter, E. T., Porter, F. S. A… More

Porter, E. T., Porter, F. S. A Strain Gauge Monitor (SGM) for Continuous Valve Gape Measurements in Bivalve Molluscs in Response to Laboratory Induced Diel-cycling Hypoxia and pH. J. Vis. Exp. (138), e57404, doi:10.3791/57404 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter