Impianto di un nuovo Micro Tag acustico in Juvenile lampreda Pacifico e anguilla americana

Riepilogo

Questo articolo illustra la procedura per impiantare un micro tag acustico in juvenile Pacific lampreda e anguilla americana. La nostra applicazione è basata su prove di laboratorio, che indicano che il tag acustica può essere impiantato con successo senza apparenti effetti sulla capacità o la sopravvivenza e la perdita di tag minimal del nuoto.

Abstract

Juvenile Pacific lampreda e anguille americane sono state utilizzate per le valutazioni di laboratorio per determinare i potenziali effetti dall'impianto di tag. Tecnologia di telemetria è stata identificata come un modo per ottenere informazioni più dettagliate sul movimento e comportamento attraverso una scala spaziale più ampia rispetto a quanto possibile con altre tecnologie. Lo scopo di questo metodo è quello di fornire una dettagliata passo per passo le istruzioni sull'impianto di tag per Anguilla e lamprede. Per gli studi di laboratorio usando attivamente la migrazione giovanile Pacific lampreda (120-160 mm), abbiamo determinato che la presenza del tag non altera la capacità di nuotare tra gli individui con tag e senza tag o qualsiasi eventuale perdita significativa tag (< 3%). Risultati simili sono stati determinati durante la prova di laboratorio di fase gialla americana anguille (113-175 mm). Nessuna mortalità si è verificato durante il periodo di detenzione di 38 giorni e c'era perdita di tag minimal (3,8%). La presenza del tag non ha avuto alcun effetto significativo sulla capacità di nuoto o sopravvivenza delle anguille con tag confrontati ai comandi senza tag e ci era perdita di tag minimal.

Introduzione

Comprendere il comportamento dei pesci e movimenti vicino a strutture di fiume, come dighe idroelettriche, che possono ostacolare le rotte migratorie a Monte o a valle è un bisogno di ricerca in corso. Anche se numerosi studi sono stati condotti utilizzando le tecnologie esistenti, ci sono ancora molte domande di ricerca sui giovani anguille e sopravvivenza di lampreda e comportamento. Per contribuire ad affrontare queste domande, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ha sviluppato un nuovo acustico micro trasmettitore specificamente progettato per l'utilizzo in anguille giovanile e lamprede, chiamate la lampreda/tag¹. Prima di questo sviluppo, tag acustiche esistenti erano troppo grandi per essere impiantati in modo efficace in cavità di corpo di anguille giovanile e lamprede e comporterebbe un onere di tag che supera gli standard accettati (un valore conservativo di tag al rapporto del peso corporeo è del 2% o meno e altra letteratura suggerisce 4-5%)^2,3,4. I tag/lampreda emettono segnali codificati unici ad una frequenza di 416,7 kHz, che vengono monitorati tramite ricevitori autonome (idrofoni) a strutture fisse o nel fiume ricevitori^5,6.

Nel bacino del fiume Columbia negli Stati Uniti, consapevolezza e attenzione per comprendere l'intero ciclo di vita della lampreda Pacific (Entosphenus tridentatus) è aumentata perché le popolazioni sono diminuite in modo significativo negli ultimi 40 anni⁷ . Costruzione e gestione di impianti idroelettrici può interessare negativamente lampreda giovanile, come loro declini si è verificato dopo il periodo di maggiore sviluppo idroelettrico⁸. Una fonte potenziale di mortalità è diga passaggio quando giovanile Pacific lampreda fuori-migrare verso l' oceano⁹. Transponder passivi integrati (PIT) sono comunemente usati per la migrazione delle specie di pesce che può passare strutture di diversione (ad es., sistemi di bypass giovanile), che permette con tag pesce per essere enumerato^10,11. Tuttavia, lampreda giovanile sono pensati per la migrazione più profondo nella colonna d'acqua di salmone giovanile e hanno meno probabilità di passare attraverso i sistemi di bypass giovanile¹². Perché le probabilità di rilevamento basso e una mancanza di incubatoi o altre fonti concentrate di lampreda giovanile per PIT tagging, informazioni sul passaggio di lampreda giovanile, sopravvivenza, o il comportamento è molto limitata. Conoscenza del comportamento pacifico lampreda giovanile e la sopravvivenza sono fondamentali per lo sviluppo di strategie di mitigazione per passaggio a valle, compresa la progettazione di sistemi di bypass per l'utilizzo in impianti idroelettrici e di irrigazione diversione strutture¹³.

L'anguilla americana (Anguilla rostrata) è catadroma con la fase dell'adulto la migrazione da d'acqua dolce verso l'oceano per deporre le uova. I loro livelli di popolazione hanno visto cali drammatici nel corso degli ultimi decenni. In precedenza, erano molto abbondanti in tutti i principali fiumi che scorrono verso l'oceano Atlantico e a Monte attraverso il fiume San Lorenzo al lago Ontario; ma dal 1980, anguille americane hanno avuto diminuzioni significative in abbondanza d'archivio che vanno dal 50% a Chesapeake Bay a quanto il 97% in Lago Ontario^14,15,16. I fattori che contribuiscono al loro declino includono; la costruzione di dighe idroelettriche, frammentazione e perdita di habitat e delle imprese di raccolta¹⁷. Attualmente sono elencati come specie in pericolo in Ontario (Canada) Endangered Species Act. Lo sviluppo passato delle strutture centrali idroelettriche lungo grandi fiumi degli Stati Uniti orientali creare ostacoli che impediscano la fluviale migrazioni di giovani e adulti.

L'etichetta di nuova concezione lampreda acustica è stato utilizzato in questo studio. I tag sono stati fabbricati di PNNL accreditato Bio-Acustica & Flow laboratorio¹⁸. Il tag misura 12 mm di lunghezza x 2 mm di diametro e ha un peso di 0,08 g in aria. A causa della piccola dimensione complessiva del tag, può essere efficacemente utilizzato per l'impianto nell'anguilliforme o novellame usando un'incisione senza sutura, dovuto la piccola incisione necessaria (< 3 mm di lunghezza). Ulteriori vantaggi dell'incisione sutureless includono: una ridotta quantità di tempo necessaria per il processo chirurgico, più veloce guarigione tariffe e diminuita la possibilità di infezioni al sito di impianto¹⁹. Effetti di impianto chirurgico può variare in risposta a specie, fase di vita, lunghezza della cavità di corpo, posizione di incisione, studio durata e condizioni ambientali^20,21,22,23. Oltre alle dimensioni, il peso è una variabile importante perché fornisce una misura dell'onere tag (cioè, il peso del tag rispetto al peso del pesce). L'onere di tag, in collaborazione con tutti gli altri aspetti del processo chirurgico (per esempio, anestesia, manipolazione, chirurgia), può avere un effetto diretto sulla ritenzione di tag, la sopravvivenza, la crescita, nuoto le prestazioni o la capacità di pesce per evitare la predazione^{24, 25,26,27}.

Protocollo

PNNL è accreditata dall'associazione per la valutazione e l'accreditamento di laboratorio Animal Care. Anguille e lampreda sono stati trattati in conformità con le linee guida federali per la cura e l'uso degli animali da laboratorio e i protocolli per il nostro studio sono stati condotti in conformità con e approvati di PNNL istituzionale Animal Care e utilizzare Comitato.

1. preparazione tag (temporizzazione 22 minuti)

1. Inserire tag in soluzione di etanolo 70% per 20 min.
2. Rimuovere i tag utilizzando pinzette di plastica e posizionare nel piatto piccolo bicchiere contenente acqua sterile.
3. Rimuovere i tag e posto su una tazza di pillola sterile.

2. preparare la soluzione di anestetico (temporizzazione ~ 5 minuti)

1. In una tazzina di plastica pesare 40 g di tricaina.
2. Sciogliere la polvere e l'acqua del rubinetto in un becher da mL 500 su una zolla di agitatore con miscelatore bar e poi il trasferimento a una bottiglia di plastica per raggiungere una soluzione stock di 80 g/L.
3. Ripetere la stessa procedura con il bicarbonato di sodio e aggiungere una bottiglia 500ml separato.
4. Utilizza un contenitore di plastica vasca 10 L, riempire con acqua 5L (stessa fonte d'acqua come pesce di essere taggati).
5. Aggiungere 6,25 mL di soluzione anestetica tricaina e 6,25 mL di bicarbonato di sodio utilizzando un calibro versante misura fissato alla parte superiore delle bottiglie da 500 mL per ottenere una dose di 100 mg/L per la vasca.
6. Mescolare per mescolare la soluzione in acqua.
   Nota: Avere un coperchio per coprire la vasca per garantire lampreda non sfuggono mentre nella soluzione anestetica.

3. lampreda tagging (temporizzazione ~ 6 minuti)

1. Lampreda giovanile posto (> 140 mm) in bagno anestetico utilizzando un piccolo tuffo netto.
2. Attendere 4-5 min per lampreda di diventare completamente smobilitati (non nuoto in soluzione, pur mantenendo un lento movimento costante gill).
3. Utilizzare un tuffo netto per rimuovere lampreda, prendere le misure di lunghezza e peso e registrare il codice di identificazione univoco del tag acustica.
4. Preparare un pad di espanso a cellule chiuse spessore 1,3 cm saturato con rivestimento protettivo prima e poi 150 µ l/L di acqua (Vedi Tabella materiali). Il rivestimento protettivo aiuta a contrastare la rottura delle membrane del muco durante la procedura chirurgica.
5. Posizionare il lato ventrale di lampreda fino sulla schiuma preparata. Posizionare una piccola sezione della tubazione con fornitura di acqua regolata (da un serbatoio di acqua elevato) per fluire attraverso la regione della bocca durante il processo chirurgico. Questo consente per la respirazione mentre pesce sta subendo l'impianto tag.
6. Individuare il sito dove l'incisione deve essere fatta, ~ 20 mm posteriormente la branchia pori sul lato laterale di destra o sinistro. Utilizzare un righello con stoffa o marcatori inseriti sul pad di gomma piuma per riferimento.
7. Usando un bisturi sterile di microsurgical 3,0-mm con un 15° lama (Vedi Tabella materiali) attentamente fare un 2,5-3 mm di apertura in direzione laterale, assicurando che il bisturi è il taglio solo attraverso la parete interna della pelle. Vedere la Figura 1.
8. Inserire il tag disinfettato anteriormente nella cavità del corpo a mano. Applicare una leggera pressione al sito tagging per garantire che il tag è stato spostato nella cavità del corpo.
9. Lampreda tagged posto in un secchio di ripristino contenente acqua fresca del fiume fornito con una pompa di ossigeno di pesce serbatoio, tubi e aria pietra.
10. Garantire che lampreda hanno recuperato dall'anestetico e trasferimento al serbatoio per lo studio futuro.

4. Anguilla tagging (temporizzazione ~ 6 minuti)

1. Preparazione di tag di replicare e preparare anestetico con una dose di concentrazione di 240 mg/L sia tricaina e bicarbonato di sodio.
2. Aggiungere 15 mL di ciascuno per il bagno di acqua di 5 L.
3. Posto giovanile anguille (> 130 mm) in bagno anestetico utilizzando un piccolo tuffo netto. Attendere 4-5 min per Anguilla a diventare completamente smobilitati (non nuoto in soluzione pur mantenendo una lenta ma movimento costante gill).
4. Utilizzare un tuffo netto per rimuovere Anguilla e posizionare il lato ventrale fino su un espanso a cellule chiuse rivestito con pesce Protector.
5. Individuare il sito dove incisione deve essere fatta, circa 25 mm alla base della pinna pettorale sul lato laterale di destra o sinistra
6. Usando un bisturi sterile di microsurgical 3,0-mm con un 15° lama fare attentamente un 2,5-3 mm di apertura in direzione laterale, assicurando che il bisturi è il taglio solo attraverso la parete interna della pelle. Vedere la Figura 2.
7. Inserire il tag disinfettato anteriormente nella cavità del corpo a mano. Applicare una leggera pressione per tagging sito per garantire tag ha spostato nella cavità del corpo.
8. Anguille di luogo taggato in un recupero secchio contenente acqua di fiume fresco fornito con una pesce serbatoio ossigeno pompa, tubi e aria di pietra.
9. Garantire che Anguilla ha recuperato dall'anestetico e trasferimento al serbatoio per lo studio futuro.

Risultati

Studi di laboratorio giovanile lampreda

Uno studio è stato condotto presso PNNL nel 2015 per determinare la fattibilità di impiantare un tag fittizio lampreda attivamente la migrazione giovanile Pacific lampreda. Un totale di 195 Pacific lampreda (fase di vita macrophthalmia) sono stati trasportati da un sito di raccolta di campo a PNNL. Sono stati condotti due attività distinte. Il primo era di determinare come pesce rispondere alla impianto di tag. Le variabili determinati tag inclusi perdita e mortalità ritardata guarigione tariffe per tagged pesce rispetto ad un gruppo senza tag (controllo). Per il nuoto di attività secondo le sperimentazioni sono state condotte con i pesci senza tag e contrassegnati da categorie di dimensioni di 10 mm (120-160 mm) per determinare eventuali effetti avversi connessi con capacità di nuoto. Pesce pesi variati da 1,8 a 7,0 g e tag oneri hanno variati da 4.8 a 1,25%. Una radiografia che illustrano la posizione del tag all'interno della cavità di corpo è mostrata nella Figura 3¹. Un totale di due pesci è sceso loro tag durante i primi 2 giorni di detenzione e nessun tag aggiuntivi rilasciati sono stati trovati durante il resto del periodo di detenzione di 28 giorni. La mortalità accumulata durante questo periodo era 14,3% (7 pesci) per la lampreda taggata e 9,6% (5 pesci) per il gruppo di controllo. Individuo etichettato e pesci di controllo sono stati collocati in una camera di nuoto e nuotavano a una velocità costante dell'acqua di 11 cm/s. La portata è stata selezionata basato su test di laboratorio precedenti che hanno indicato una costante movimento all'estremità inferiore della sostenuta di nuoto nuoto capacità⁹. Il tempo di nuoto medio del gruppo di controllo era 3,15 min (SE = 42,5 s) ed il tempo di nuotata media del gruppo impiantato era 2,3 min (SE = 30.2 s), che non era una differenza significativa (t = 0,958; p = 0,172). I risultati della performance di nuoto test hanno mostrato alcuna correlazione significativa tra lunghezza pesce e nuotare durata (cioè, tempo ad urto) per entrambi i tag o gruppi di controllo (Figura 4). Impingement è descritto come il pesce non è più in grado di nuotare a velocità costante dell'acqua e riposato alla schermata a valle.

Studi di laboratorio di anguilla americana

Per determinare eventuali effetti di tag l possibile sulla performance del nuoto, abbiamo condotto la velocità di nuoto critica i test utilizzando U_crit, (un indice di prestazioni di nuoto prolungato) per i sei gruppi di dimensione (n = 120; 113-175 mm) di anguille senza tag e contrassegnate utilizzando i tag fittizio che misurato 11,4 x 1,8 mm (lunghezza x diametro)¹. Non c'era differenza significativa in U_critici tra anguille senza tag e contrassegnate come misurato in cm/s (Figura 5) o mediani valori misurati in lunghezza corpo/s per tutti taggati e senza tag gruppi combinati (Figura 6). Abbiamo anche condotto una prolungata detenzione di tagged anguille (38 giorni) e abbiamo trovato nessuna mortalità dei gruppi taggati e una sconfitta in tag basso del 3,8% (1 su 26 pesci)¹. Basato sui nostri risultati di laboratorio, concludiamo che micro Tag acustica può essere efficacemente impiantato in anguille giovanile americane con nessun effetto significativo sulla capacità di sopravvivenza a lungo termine, del nuoto e aveva prodotto tag minima perdita durante la vita di tag (30 giorni).

Figura 1 . Fotografie che illustrano la sequenza di codifica per l'inserimento di tag in juvenile Pacific lampreda. (A) lampreda posizionato sul rilievo di gomma piuma. (B) incisione fatta con il bisturi microsurgical. (C) Tag essere impiantato. Lampreda (D) post-codifica. Tutte le foto sono state scattate della lampreda stessa (148 mm). 

Figura 2 . Fotografie che illustrano la procedura di codifica per le anguille americana giovanile. (A) prima incisione. (B) dopo l'incisione. (C) dopo l'inserzione anteriore del tag. Tutte le foto sono state scattate dell'anguilla stessa (138 mm). 

Figura 3 . Immagini a raggi x del tag fittizio lampreda all'interno della cavità del corpo di una lampreda Pacific giovanile. 

Figura 4 . Urto tassi da nuoto test delle prestazioni per il controllo (senza taggata) e contrassegnati lampreda, divisi in categorie di dimensioni di 10 mm con barre di errore standard positivo. Dimensioni del campione sono elencati in singole barre.

Figura 5 . Trame casella di nuoto critica velocità per gruppi di dimensioni di anguille testate in cm/s per le anguille con tag e senza tag (10 per ogni trattamento). Le righe all'interno di ogni casella rappresentano la mediana; la parte superiore e inferiore linee rappresentano i percentili 25 e 75 °, rispettivamente; le vibrisse sono la 90th superiore e inferiore 10 ° percentili; e i valori erratici sono rappresentati da cerchi chiusi. 

Figura 6 . Trame casella di nuoto critica velocità in corpo lunghezza/s per le anguille con tag e senza tag (10 per ogni trattamento). Le righe all'interno di ogni casella rappresentano la mediana; la parte superiore e inferiore linee rappresentano i percentili 25 e 75 °, rispettivamente; le vibrisse sono la 90th superiore e inferiore 10 ° percentili; e i valori erratici sono rappresentati da cerchi chiusi. 

Discussione

I risultati degli studi di laboratorio dimostrano che la procedura di codifica e tagging effetti non abbia effetti negativi sulla capacità di sopravvivenza di pesci o capacità di nuoto. Azienda estesa e monitoraggio ha mostrato che la perdita minima tag si è verificato e non era apparente durante la vita di tag (30 giorni). La procedura di impianto tag era efficace a immissione tag nella cavità del corpo senza causare un'emorragia significativa o infezioni fungine nel sito tagging. La durata del tagging intero processo (< 6 min) è vantaggioso in quanto riduce lo stress associato con il pesce essendo anestetizzato. Questi risultati caratterizzano un nuovo strumento per la ricerca di passaggio di lampreda e Anguilla giovanile e possono essere utilizzati negli studi futuri. Questa tecnologia permetterà ai ricercatori di monitorare i movimenti lampreda e anguilla all'interno di sistemi fluviali e come essi approccio dighe idroelettriche o altre strutture che impediscono il passaggio di pesce. A sua volta, i risultati possono indirizzare meglio le decisioni di gestione in queste strutture per aiutare la conservazione di queste specie durante le fasi di vita giovanile. Utilizzando la dose corretta di anestetico, la profondità e la lunghezza dell'incisione, posizionamento dei tag e avendo il corretto recupero serbatoi disponibili includono le fasi più critiche del protocollo tag l'impianto. Questa tecnica presenta limitazioni minime. In particolare, chirurgo di formazione è necessaria per rendere efficace il < incisione di 3 mm e inserire il tag nel punto desiderato. Inoltre, il processo di codifica escluderebbe più piccole dimensioni anguille e lampreda (< 140 mm) a causa delle limitazioni di onere di tag. Si sconsiglia qualsiasi modifiche ai protocolli descritti.

Metodi alternativi per il tagging di anguille e lampreda includono l'uso di tag PIT. Tuttavia, PIT-Tag attivamente non trasmettono segnali, quindi pesce PIT-etichetta possono essere enumerati solo come sono trascinati e deviati in strutture di bypass, o pass vicino un rilevatore fisso^10,11. Applicazioni future del tag/lampreda includono la possibilità di contrassegnare e tenere traccia di popolazioni di migrazione lampreda e anguille in qualsiasi ambiente che essi abitano. Ulteriori vantaggi di utilizzo del tag/lampreda dovrebbe includere la capacità di stimare la sopravvivenza, fallback tariffe presso sfioratori o tramite turbine, viaggi di tempo all'interno di serbatoi, passage ritardi e relativo comportamento come approccio dighe di pesce.

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
10 L plastic tub	N/A	N/A
19 L pail	N/A	N/A
3.00 mm scalpel	Beaver-Vistec	377513
500 ml bottle	Nalgene	2089-0016
Adam scale	Certified Material Testing Products	BCL-LBK12A
Air pump	Amazon	N/A
Air stone	Pentair	ALS3
Dip net, 3/32 in mesh	N/A	N/A
Ethanol (70%)	Sigma-Aldrich	24102
Fish protector	Kordon LLC	31456
Foam pad	N/A	N/A
Gloves	Kimberly Clark	N/A
Mixer bar	Sigma-Aldrich	F37110-1128
Plastic tweezer	N/A	N/A
Pouring dispenser gage	Fischer Scientific	13-683-60C
Scalpel handle	Beaver-Vistec	371360
Sodium bicarbonate	Sigma-Aldrich	S5761
Stirrer plate	Corning, PC-351	N/A
Tricaine methanesulfonate, MS-222	Western Chemical Inc.	515388	Treated fish destined for food must be held in fresh water above 10°C (50°F) for 21 days before use
Tubing, 6 mm	N/A	N/A