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Method Article
Questo protocollo descrive l'uso di biomarcatori per l'individuazione precoce di impatti deleteri negli ecosistemi acquatici. I biomarcatori sono strettamente correlati ai tratti sentinella e i loro cambiamenti aiutano a rilevare i danni precoci.
Le larve di dobsonflies del genere Corydalus, comunemente note come Hellgrammites, sono caratterizzate da dimensioni notevoli, ampia gamma di occorrenza e prolungato periodo di immaturità, che può durare fino a un anno. Le Hellgrammiti sono chiaramente note per mostrare sensibilità all'inquinamento e agli impatti sulla struttura dell'habitat. Date queste caratteristiche uniche, l'utilizzo di larve di Corydalus texanus è altamente adatto come agenti di biomonitoraggio affidabili per valutare l'integrità ecologica degli ecosistemi acquatici. Questo protocollo mira a fornire gli strumenti necessari per la valutazione di C. texanus e a dimostrarne l'efficacia attraverso un caso di studio. I risultati della ricerca hanno implicazioni pratiche, indicando che le larve di C. texanus mostrano risposte di allerta precoce all'inquinamento minerario, bioaccumulando elevate quantità di metalli pesanti come Zn, Fe e Al. La presenza o l'assenza di popolazioni di C. texanus può fungere da indicatore utile per identificare potenziali problemi legati alla salute dell'ecosistema. L'approccio non convenzionale ha dimostrato di essere allarmo precoce dell'inquinamento nei siti colpiti dalle attività minerarie, evidenziando la necessità di un'azione tempestiva per proteggere l'ambiente. Date le loro caratteristiche uniche, l'uso di larve di C. texanus è altamente raccomandato come bioindicatore non convenzionale affidabile.
Le Hellgramites sono larve di insetti dell'ordine Megaloptera (Latreille, 1802), chiamate dobsonflies o fishflies nella loro fase adulta. Una bassa diversità ma diffusa caratterizza questo gruppo di larve di insetti predatori provenienti dagli ecosistemi acquatici1. Le specie di Hellgramite si trovano in regioni biogeografiche ben definite; Pertanto, è relativamente facile identificare le specie senza un'elevata conoscenza tassonomica. In particolare, le larve di Corydalidae possiedono le specie più importanti dell'ordine dei Megaloptera (20-90 mm di lunghezza del corpo)2, rendendo l'hellgramite visibile ad occhio nudo.
Gli Hellgrammites svolgono un ruolo cruciale negli ecosistemi acquatici come predatori, con una presenza potente dovuta a grandi masticatori che denotano la loro impressionante forma predatoria. Un corpo appiattito dorsoventralmente si unisce anche con 7-8 paia di branchie filamentose lungo il corpo, e una capsula della testa con sei stemmi per lato rende le hellgrammites organismi affascinanti per entomologi e appassionati3. Gli adulti di Corydalidae sorprendono e creano un'immagine d'impressione per le persone grazie alle loro dimensioni prominenti; Tuttavia, sono del tutto innocui. È interessante notare che le hellgrammites hanno la capacità di persistere negli ambienti acquatici nel loro stadio larvale per una durata significativa.
Le caratteristiche fenotipiche delle hellgrammites consentono una particolare possibilità di evidenziare il loro ruolo negli ecosistemi acquatici; Tuttavia, il loro potenziale indicatore è la caratteristica più ricercata dagli ecologi acquatici. La vasta conoscenza del loro potenziale bioindicatore è evidenziata negli ecosistemi acquatici perché la loro presenza è correlata a buone condizioni di salute nei loro habitat a causa della loro intolleranza all'inquinamento organico nelle acque superficiali 4,5,6,7,8.
La maggior parte dei Corydalidae megalopteri vive in acque correnti ad alta velocità come rivoli e substrati predominati da ciottoli e ciottoli, ma le hellgrammites si trovano anche in corsi d'acqua a basso gradiente con strappi e substrati sabbiosi, così come in habitat lentici come i laghi 3,9,10. La loro vasta gamma di occorrenze rispecchia i tratti critici di un predatore superiore e la loro capacità di colonizzare diversi habitat mirati dalle loro efficaci strategie di storia della vita11. Gli Hellgramiti collegavano i loro tratti con le dinamiche degli ecosistemi acquatici; quindi, strategie come l'adattamento alla respirazione aerea da parte degli spiracoli (oltre ai loro ciuffi ventrali di branchie tracheali) sono proprie delle strategie dei Corydalidae10.
Gli Hellgrammiti abitano particolari ecosistemi e mostrano risposte rapide alle deviazioni dai modelli stabiliti, fungendo così da sistema di allerta precoce7. Le reazioni di questi organismi selvatici possono essere utilizzate come strumento prezioso per valutare l'impatto dell'inquinamento sugli ecosistemi acquatici, in particolare nel caso di miscele di inquinanti non bersaglio. Alcuni effetti deleteri sugli organismi viventi sono stati riconosciuti negli ecosistemi a causa della tossicità individuale delle sostanze chimiche, ma l'effetto delle miscele di inquinanti deve essere identificato. Le risposte di allerta precoce degli hellgrammites possono rendere possibile l'identificazione degli effetti deleteri fornendo un riferimento agli impatti di una miscela di inquinanti o anche quando i singoli effetti degli inquinanti riconoscono la concentrazione di nessun effetto osservabile (NOEC)12.
Diversi organismi modello sono stati utilizzati per test sperimentali acuti e cronici; tuttavia, vengono allevati e mantenuti in condizioni controllate13. Le condizioni controllate li rendono incapaci di identificare gli effetti non bersaglio di diversi inquinanti a cui sono esposti. Inoltre, la NOEC è spesso riconosciuta a causa della complessità della miscela dell'inquinante. Per questo motivo, negli ultimi decenni, le specie autoctone non modello con effetti non bersaglio sono state riconosciute per lo screening dei sistemi, che sono essenziali per condurre ricerche ecotossicologiche14. Di conseguenza, gli hellgrammiti sembrano in grado di valutare gli effetti deleteri dell'inquinamento negli ecosistemi acquatici. Tratti come la loro biologia, genetica e fisiologia, tra gli altri, rendono gli organismi non modello adatti alla valutazione dell'impatto negli ecosistemi14.
Questo protocollo mira a stabilire un nuovo strumento di biomonitoraggio utilizzando un organismo non modello in grado di rilevare segnali di allarme precoce in risposta a miscele di inquinamento non bersaglio. Per ottenere i migliori risultati, i caratteri esibiti dalle larve della specie modello, C. texanus, sono stati considerati in modo completo e integrati nell'analisi15.
Figura 1: Guida rapida passo passo su come utilizzare il biomonitor non convenzionale Corydalus texanus per l'implementazione negli ecosistemi acquatici. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
1. Lavoro sul campo
2. Dissezione delle larve campionate e separazione dei tessuti
3. Quantificazione dei metalli pesanti
4. Microsaggi per la valutazione dello stress ossidativo e biomarcatori
I risultati dello studio rivelano che i metalli pesanti, in particolare l'alluminio (Al), il ferro (Fe) e lo zinco (Zn), hanno un impatto dannoso sull'ambiente, come evidenziato dalla Figura 2. Il rilevamento di alti livelli di metalli pesanti nei campioni di tessuto e acqua raccolti da tutti i siti ha portato a un risultato sfavorevole. Sono stati rilevati valori anomali, con un fattore di bioaccumulo (BAF) di 600, in particolare nelle aree ad alta intensit...
Sebbene l'uso di C. texanus sia ottimale per la valutazione, è necessario considerare diversi aspetti del suo uso e della sua raccolta. I siti di studio scelti si rivelano impegnativi, a causa di diversi fattori come condizioni meteorologiche sfavorevoli, inaccessibilità geografica, alti livelli di aridità o protocolli di sicurezza insufficienti in regioni selezionate. I vincoli e le limitazioni dichiarati possono spesso rappresentare una sfida quando si conduce il lavoro sul...
Gli autori non hanno rivelato conflitti di interesse presenti nel loro lavoro.
Gli autori desiderano esprimere la loro sincera gratitudine a CONAHCyT per aver fornito la sovvenzione FONINS P 1931, che ha notevolmente facilitato i loro sforzi di ricerca. Ringraziano inoltre la Secretaría de Investigación y Posgrado dell'Instituto Politécnico Nacional per il prezioso sostegno fornito attraverso la sovvenzione del progetto SIP (20200577). Inoltre, il primo autore desidera riconoscere la generosa borsa di studio post-laurea assegnata da CONAHCyT, che ha permesso al team di condurre viaggi sul campo e raccogliere dati essenziali. Infine, gli autori desiderano esprimere il loro apprezzamento per la preziosa assistenza di María Teresa García Camacho in laboratorio, senza la quale questo progetto non sarebbe stato possibile.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Analytical balance of 220 g | Ohaus | PR224/E | This balance is useful for weighing the extracted tissue from specimens. |
Chest waders | LaCrosse | 700152M | We recommend using waders for sample collection. Alternatively, you can also use boots with rubber hip boots for sampling. |
Cutting board | True | TRUE915121 | It is recommended to use white and plastic boards. |
Forceps | DR Instruments | 112 | It is recommended to use a 12 pul forceps made of stainless steel. |
Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy System | Perkin Elmer | 7300 DV | A device for quantifying heavy metals using spectroscopy. |
Kick net | LaMotte | 0021-P | An alternative method for making a kick net involves manually crafting one using a mesh with a thickness of 500 micrometers. |
Liquid Nitrogen | NA | NA | NA |
Liquid Nitrogen Dewar Static Cryogenic Container | BestEquip | DF0504 | It is recommended to use an aluminum tank with canisters. |
Mortar and Pestle Set | Cole-Parmer | EW-63100-54 | This is a porcelain mortar and pestle used for grinding dry tissues. |
Multiwave GO Plus | Anton Paar | C93IP001EN-E | Multiwave is a useful tool for digesting multiple samples. |
Oven for drying | Fisher scientific | 506G | An incubator oven, also known as a dry tissue oven, is essential for drying tissues at temperatures of at least 80°C. |
Precision scalpel | Xcelite by Weller | 037103-48768 | It is recommended to use a scalpel made of aluminum. |
Tissue Homogenizer (tearer) | Kopro | K110000 | It is recommended to use a tissue tearer with a base. Some companies offer ultrasonic tearers, which may be the optimal choice. |
Ultra-Low Temperature Chest Freezer | REVCO | CA89200-384 | Many companies provide freezers, but it is recommended to choose one with a storage temperature of at least -40°C. |
Wide mouth plastic bottles | United Scientific | 81900 | Using polypropylene bottles with wide caps and mouths is strongly recommended. |
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