A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
يوضح البروتوكول الحالي استخدام المكونات المتاحة تجاريا لتوليد تدرج حراري مستقر وخطي. يمكن بعد ذلك استخدام هذا التدرج لتحديد الحد الحراري الأعلى للكائنات العوالق ، وخاصة يرقات اللافقاريات.
تم استخدام الحدود الحرارية والعرض على نطاق واسع للتنبؤ بتوزيع الأنواع. مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة العالمية ، فإن فهم كيفية تغير الحد الحراري مع التأقلم وكيف يختلف بين مراحل الحياة والسكان أمر حيوي لتحديد مدى تعرض الأنواع للاحترار في المستقبل. معظم الكائنات البحرية لها دورات حياة معقدة تشمل مراحل العوالق المبكرة. في حين أن تحديد الحد الحراري لهذه المراحل التنموية المبكرة الصغيرة (عشرات إلى مئات الميكرونات) يساعد في تحديد الاختناقات التنموية ، يمكن أن تكون هذه العملية صعبة بسبب صغر حجم الكائنات الحية المستهدفة ، ومتطلبات مساحة مقاعد البدلاء الكبيرة ، وارتفاع تكلفة التصنيع الأولية. هنا ، يتم تقديم إعداد موجه نحو أحجام صغيرة (مل إلى عشرات مل). يجمع هذا الإعداد بين المكونات المتاحة تجاريا لتوليد تدرج حراري مستقر وخطي. كما يتم عرض مواصفات الإنتاج الخاصة بالإعداد ، بالإضافة إلى إجراءات إدخال وتعداد الأفراد الأحياء مقابل الأفراد الأموات وحساب درجة الحرارة المميتة.
التسامح الحراري هو مفتاح بقاء الكائنات الحية ووظيفتها 1,2. مع استمرار ارتفاع درجة حرارة الكوكب بسبب انبعاثات الكربون البشرية المنشأ ، يتم إيلاء اهتمام متزايد لتحديد وتطبيق الحدود الحرارية3. تم استخدام نقاط نهاية مختلفة ، مثل الوفيات والفشل في التطور وفقدان الحركة ، لتحديد الحدود الحرارية العليا والسفلى4. غالبا ما تعتبر هذه الحدود الحرارية بديلا عن المكانة الحرارية للكائن الحي. تستخدم هذه المعلومات بدورها لتحديد الأنواع الأكثر عرضة للاحترار العالمي ، وكذلك التنبؤ بتوزيع الأنواع في المستقبل وتفاعلات الأنواع الناتجة3،5،6،7. ومع ذلك ، فإن تحديد الحدود الحرارية ، خاصة بالنسبة للكائنات الحية الصغيرة العوالق ، يمكن أن يكون صعبا.
بالنسبة للكائنات العوالق ، وخاصة المراحل اليرقية لللافقاريات البحرية ، يمكن تحديد الحد الحراري من خلال التعرض المزمن. يتم تحقيق التعرض المزمن عن طريق تربية اليرقات في درجات حرارة متعددة على مدى أيام إلى أسابيع وتحديد درجة الحرارة التي ينخفض عندها بقاء اليرقات و / أو معدل نموها8،9،10. ومع ذلك، فإن هذا النهج يستغرق وقتا طويلا ويتطلب حاضنات كبيرة وخبرة في تربية اليرقات (انظر المرجع11 للحصول على مقدمة جيدة لاستزراع يرقات اللافقاريات البحرية).
بدلا من ذلك ، يمكن استخدام التعرض الحاد للإجهاد الحراري لتحديد الحدود الحرارية. في كثير من الأحيان ، يتضمن نهج التحديد هذا وضع قوارير صغيرة مع اليرقات في الحمامات الجافة التي يتم التحكم في درجة حرارتها 12،13،14 ، والاستفادة من وظائف التدرج الحراري في أجهزة التدوير الحراري PCR 15،16 ، أو وضع قوارير زجاجية / أنابيب طرد مركزي دقيقة على طول التدرج الحراري الناتج عن التسخين والتبريد المطبقين على نهايات كتل الألمنيوم الكبيرة مع ثقوب تتناسب فيها القوارير بشكل مريح 17 ، 18,19. الحمامات الجافة النموذجية تولد درجة حرارة واحدة. وبالتالي ، يجب تشغيل وحدات متعددة في وقت واحد لتقييم الأداء عبر مجموعة من درجات الحرارة. تولد أجهزة التدوير الحراري تدرجا ولكنها تستوعب فقط حجم عينة صغير (120 ميكرولتر) وتتطلب معالجات دقيقة. على غرار الدراجات الحرارية ، تخلق كتل الألمنيوم الكبيرة تدرجات حرارية خطية ومستقرة. يمكن أن يقترن كلا النهجين بالانحدار اللوجستي أو المحتمل لحساب درجة الحرارة المميتة ل 50٪ من السكان (LT50) 12،20،21. ومع ذلك ، كانت كتل الألمنيوم المستخدمة ~ 100 سم. يتطلب هذا الحجم مساحة معملية كبيرة وإمكانية الوصول إلى آلات طحن التحكم العددي المتخصصة بالكمبيوتر لحفر الثقوب. جنبا إلى جنب مع استخدام حمامين مائيين من الدرجة البحثية للحفاظ على درجة الحرارة المستهدفة ، فإن التكلفة المالية لتجميع الإعداد مرتفعة.
لذلك ، يهدف هذا العمل إلى تطوير وسيلة بديلة لتوليد تدرج درجة حرارة خطي مستقر مع الأجزاء المتاحة تجاريا. يجب أن يكون لمثل هذا المنتج بصمة صغيرة ويجب أن يكون قابلا للاستخدام بسهولة في تجارب التعرض للإجهاد الحراري الحاد للكائنات العوالق. تم تطوير هذا البروتوكول باستخدام العوالق الحيوانية التي يبلغ حجمها <1 مم ككائنات مستهدفة ، وبالتالي ، تم تحسينها لاستخدام أنبوب طرد مركزي دقيق 1.5 أو 2 مل. ستتطلب الكائنات الحية الأكبر حجما حاويات أكبر من أنابيب الطرد المركزي الدقيقة سعة 1.5 مل المستخدمة والثقوب المتضخمة في كتل الألومنيوم.
بالإضافة إلى جعل الجهاز التجريبي أكثر سهولة ، يهدف هذا العمل إلى تبسيط خط أنابيب معالجة البيانات. بينما توفر البرامج الإحصائية التجارية إجراءات روتينية لحساب LT50 باستخدام الانحدار اللوجستي أو المحتمل ، فإن تكلفة الترخيص ليست تافهة. لذلك ، فإن البرنامج النصي سهل الاستخدام الذي يعتمد على البرنامج الإحصائي مفتوح المصدر R22 سيجعل تحليل البيانات أكثر سهولة.
يوضح هذا البروتوكول كيف يمكن تصنيع كتلة حرارية مدمجة بأجزاء متاحة تجاريا وتطبيقها على تعريض العوالق الحيوانية (يرقات الدولار الرملي Dendraster excentricus) للإجهاد الحراري الحاد لتحديد الحد الحراري الأعلى.
1. تصنيع كتلة الحرارة
2. تحديد إعدادات التدرج الحراري
3. التعرض الحراري والعيش: التعداد الميت
ملاحظة: يمكن حذف الخطوة 2 بمجرد تحديد الإعدادات المطلوبة لتدرج درجة الحرارة.
4. حساب LT50
الهدف من هذا البروتوكول هو تحديد الحد الحراري الأعلى للعوالق الحيوانية. للقيام بذلك ، هناك حاجة إلى تدرج حراري مستقر وخطي. كان الإعداد المقترح قادرا على توليد تدرج حراري يتراوح من 14 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية عن طريق ضبط درجة حرارة حمام الماء على 8 درجات مئوية والسخان على 39 درجة مئوية (
يوفر هذا البروتوكول نهجا يمكن الوصول إليه وقابل للتخصيص لتحديد الحدود الحرارية لكائنات العوالق الصغيرة من خلال التعرض الحراري الحاد. يتيح التصميم المكون من 10 ثقوب ونقاط نهاية درجة الحرارة المرنة ، التي يتم التحكم فيها بواسطة حمام مائي في الطرف السفلي والسخان في الطرف العلوي ، تحديد LT50...
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح يعلنونه.
يتم دعم هذا العمل من قبل صندوق أبحاث أعضاء هيئة التدريس في كلية سوارثمور [KC] وزمالة روبرت رينولدز ولوسيندا لويس 70 الصيفية للأبحاث ل BJ.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.45 µm membrane filter | VWR | 74300-042 | |
½” Acrylic sheet | McMaster-Carr | 8560K266 | Used to construct a ridged case with sufficient insulation. |
1 mL syringe | VWR | 76290-420 | |
2 Channel 7 Thermocouple Types Datalogger | Omega Engineering | HH506A | Can be replaced with any thermometer that will fit inside a microcentrifuge tube |
Automatic pipette | Ranin | ||
Bolt- and Clamp-Mount Strip Heater with 430 Stainless Steel Sheath, 120V AC, 1-1/2" Wide, 100W | McMaster-Carr | 3619K32 | |
Crystal Sea Bioassay Mix | Pentair | CM2B | Use to make aritifical seawater |
Denraster excentricus | M-Rep | Sand dollars from California | |
Dissecting microscope | Nikon | SMZ645 | |
DIYhz Aluminum Water Cooling Block, Liquid Water Cooler Heat Sink System for PC Computer CPU Graphics Radiator Heatsink Endothermic Head Silver(40 mm x 120 mm x 12 mm) | Amazon | Connects to water bath and used to cool one end of the block. | |
Easy-to-Machine MIC6 Cast Aluminum Sheet 2" thick 8" x 8" | McMaster-Carr | 86825K953 | Machined to 2" x 6" x 8" with 60 equally spaced holes (11 mm dia., 42 mm depth) with two addition holes drilled in one side for thermostat probes. |
Economical Flexible Polyethylene Foam Pipe Insulation | McMaster-Carr | 4530K121 | Covers the plastic tubing between chiller and block to reduce heat loss. Can be omitted if temperature range is close to room temperature |
EVERSECU 72w 110-240v Aquarium Water Chiller Warmer/Cooler Temperature Controller for Fish Shrimp Tank Marine Coral Reef Tank Below 20 L/30 L Aquarium Chiller | Amazon | Can be used in place of the lab-grade water bath | |
Example with larval sand dollar | |||
GENNEL 100 g Silver Silicone Thermal Conductive Compound Grease Paste For GPU CPU IC LED Ovens Cooling | Amazon | Improves the thermal conductance between the block and the heating and cooling elements. | |
Inkbird WiFi Reptile Thermostat Temperature Controller with 2 Probes and 2 Outlets, IPT-2CH Reptiles Heat Mat Thermostat (Max 250 W per Outlet) | Amazon | Monitors hot and cold ends. Maintains hot end in range | |
Lauda Ecoline Silver Air-Cooled Refrigerated Circulators | VWR | 89202-386 | Can be replaced with an aquarium chiller |
Microcentrifuge Tubes | VWR | 76019-014 | If larger animals are used, scanilation vials (VWR 66022-004) is a good alternative |
Nitex mesh filter | Self made | Used hot glue to attached Nitex mesh to 1/2" PVC tubing | |
Pasteur pipette | VWR | 14673-010 | |
Potassium Chloride (0.35 M) | Millpore-Sigma | P3911-500G | |
R statistical software. | The R Project for Statistical Computing | ||
Syringe needle | VWR | 89219-346 | Depending on size of target organism gague 14 and 16 can be used |
Tygon Tubing | McMaster-Carr | 5233K65 | Adjust to match the chiller and block used |
Zoo Med Repti Temp Rheostat | Chewy.com | Rated to 150 W and rewired to feed directly into the heating element. Used to control rate of heat output |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved