Name: modeling the size spectrum for macroinvertebrates and fishes in stream ecosystems
Uploaded: 2019-07-30T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems at JoVE.com

Финансирование этой работы было предоставлено Национальным научным фондом (грант DEB-1553111) и Фондом научных исследований Эппли. Данная рукопись vCU Райс Риверс Центр вклад #89.

Все методы, описанные здесь, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и использованию (IACUC) Университета Содружества Вирджинии.
1. Сбор и переработка образцов рыбы
<ol><li>Изолировать рыб в рамках исследования достичь для создания закрытой сборк?...

Этот протокол спектра атаксических размеров может быть использован для количественной оценки и структуры размера модели в сообществах рыб-ручьев и беспозвоночных. Предыдущие исследования спектра размеров в экосистемах потоков варьировались от основных описательных исследований<sup ...

Отношения масштабирования тела, такие как положительная связь между массой тела и скоростью обмена веществ, хорошо известны на уровне организма и в настоящее время изучаются на более высоких уровнях организации1,2,3 . Эти аллометрические отношения чаще всего власть-закон функции формы Y и AMb, где Y является переменной интересов (например, метаболизм, изобилие, или размер домашнего диапазона), M является масса тела одного или среднего индивидуальный, b является коэффициентом масштабирования, а a является константой. Для статистического удобства, Y и M данные часто переоформляются в журналдо до анализа, а затем моделируются с линейными уравнениями журнала формы (Y ) журнал (a) b журнал (M), где b и журнал ( a) стать линейным наклоном модели и перехвата, соответственно.
Спектр размера является одним из видов аллометрическихотношений, который предсказывает плотность (D , количество лиц на площадь единицы) или биомассы (B, суммированная масса лиц на единицу площади) в качестве функции M (см. раздел 4 для дополнительных информация об использовании "нормальных" оценок D или B.) Как и другие отношения масштабирования между M и D или между M и B, спектр размеров играет центральную роль в основной и прикладной экологии. На уровне популяции биологи часто интерпретируют негативные отношения D <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> </img> M как свидетельство зависимости от плотности выживания или как модели переносимости экосистем (т.е. «самоуточение)4, 5. На уровне сообщества, B <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> </img> M отношения могут быть использованы для изучения системного уровня эффекты антропогенных возмущений, таких как размер селективного рыболовства6,7. Аллометрическое масштабирование D и B с M также имеют центральное значение для недавних усилий по объединению населения, сообщества и экологии экосистем2,8,9.  
Одной из особенно важных характеристик спектра размеров являетсятот факт, что он полностью атаксический 9,10. Этот момент легко пропустить при сравнении scatterplots данных D <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> </img> M или B M, <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59945/59945img01.jpg"> </img> но различие между таксовными и аналоговыми моделями является критическим. В таксовых моделях, одно значение M используется для представления средней массы тела каждого человека данного вида или таксы11. В атаксических моделях все лица в наборе данных разделены между рядом интервалов размера тела или M бункеров, независимо от их таксономической идентичности12. Последний, аналоговый подход выгоден в водных экосистемах, где многие таксонные компании демонстрируют неопределенный рост и испытывают один или несколько онтогенетических сдвигов в поведении кормления; в этих случаях, один вид уровня M среднем будет скрывать тот факт, что вид может заполнить различные функциональные роли на протяжении всей своей истории жизни9,13,14. 
Здесь мы представляем полный протокол для количественной оценки спектра размеров в бродячих ручьях и реках. Протокол начинается с методов отбора полевых проб для сбора необходимых данных о рыбе и бентических макробеспозвоночных. Рыба будет собираться в процессе отбора проб "трехпроходного истощения". Изобилие будет оцениваться по данным об истощении методом15. При отборе проб истощения отдельные рыбы в пределах закрытого охвата исследования (т.е. отдельные лица не могут ни входить, ни покидать закрытый охват) удаляются из досягаемости через три последовательных образца. Таким образом, количество оставшихся рыб будет постепенно истощаться. Из этой тенденции истощения, общее изобилие в пределах охвата изучения можно оценить после этого преобразовано к D (в рыбе вm2), используя известную зону поверхности достигаемства изучения. Бентические макробеспозвоночные будут собраны со стандартными пробоотборников фиксированной зоны, а затем определены и измерены в лаборатории.
Далее, комбинированные данные о рыбе и макробеспозвоночных будут разделены между размерными бункерами. Традиционно, октава или журнал2 шкала (т.е. удвоение интервалов) была использована для установки границы ячейки размера16. После того, как список размер бункеров был создан, раздел отдельных бентических макробеспозвоночных среди их соответствующих бункеров размера прост, потому что беспозвоночные непосредственно перечислены как число лиц на единицу области. Однако оценка изобилия рыб в пределах ячеек размеров является более абстрактной, поскольку эти оценки взяты из данных об истощении. Поэтому даются подробные инструкции по оценке численности рыб в пределах размеров бункеров, независимо от таксономической идентичности, на данных о пробах истощения.
Наконец, линейная регрессия будет использоваться для моделирования спектра размеров. Этот протокол полностью совместим с оригинальным, общим методом Керр и Дики16 и идентичен методам, используемым МакГарви и Кирком, 201817 в исследовании спектров размеров рыб и беспозвоночных в потоках Западной Вирджинии. С помощью этого протокола, исследователи могут гарантировать, что их результаты непосредственно сопоставимы с другими исследованиями, которые опираются на Керр и Дики16, тем самым ускоряя широкое и надежное понимание размеров тела масштабирования отношений в пресной воде экосистем и механизмов, которые управляют ими.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Chest waders</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Personal protective equipment for use during electrofishing. Do NOT use &#39;breatheable&#39; waders as electrical current will pass through them.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber lineman&#39;s gloves</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Personal protective equipment for use during electrofishing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dip nets with fiberglass poles</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used to capture stunned fishes during electrofishing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Backpack electrofishing unit</td>
			<td>Smith-Root; Halltech; Midwest Lake Management; Aqua Shock Solutions</td>
			<td>www.smith-root.com; www.halltechaquatic.com; https://midwestlake.com; https://aquashocksolutions.com/</td>
			<td>Backpack electrofishers are currently manufactured and distributed by four independent companies in North America. Prices and warranty/technical support are the most important factors in choosing a vendor.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Block nets/seines (&#215;2)</td>
			<td>Duluth Nets</td>
			<td>https://duluthfishnets.com/</td>
			<td>Necessary length will depend on stream width. 3/8 inch mesh is recommended.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cam-action utility straps with 1 inch nylon webbing (&#215;4)</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used to secure/anchor block nets. Available at auto supply, hardware, and department stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large tent stakes (&#215;4)</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used to secure/anchor block nets. Available at camping and department stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 gallon plastic buckets (&#215;5)</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used to hold and transport fish during electrofishing. Available at hardware and paint supply stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10-20 gallon totes (&#215;3)</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used as livewells, sedation tanks, and recovery bins for captured fishes. Available at hardware and department stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery powered &#39;bait bucket&#39; aeration pumps</td>
			<td>Cabelas</td>
			<td>IK-019008</td>
			<td>Used to aerate fish holding bins during field processing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fish anesthesia (Tricaine-S)</td>
			<td>Syndel</td>
			<td>www.syndel.com</td>
			<td>Used to sedate fishes for field processing. Tricaine-S is regulated by the U.S. Food and Drug Administration.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Folding camp table and chairs</td>
			<td>Cabelas</td>
			<td>IK-518976; IK-552777</td>
			<td>Used to process fish samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pop-up canopy</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used as necessary for sun and rain protection.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fish measuring board</td>
			<td>Wildco</td>
			<td>3-118-E40</td>
			<td>Used to measure fish lengths.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery powered field scale with weighing dish</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used to weigh fishes. Must weigh be accurate to 0.1 or 0.01 grams.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear plastic wind/rain baffle</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used to shield scale in rainy or windy conditions. Must be large enough to cover the scale and a weighing dish.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White plastic or enamel examination trays</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Trays are essential for examining fishes in the field.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel forceps</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Forceps are helpful when examining small fishes and in transfering invertebrates to specimen jars.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand magnifiers</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Magnification is often helpful when identifying fish specimens in the field.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fish identification keys</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Laminated keys that are custom prepared for specific locations are most effective.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Datasheets printed on waterproof paper</td>
			<td>Rite in the Rain</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Waterproof paper is essential when working with aquatic specimens.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retractable fiberglass field tapes</td>
			<td>Lufkin</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used to measure stream channel dimensions.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surber sampler or Hess sampler</td>
			<td>Wildco</td>
			<td>3-12-D56; 3-16-C52</td>
			<td>Either of these fixed-area benthic samplers will work well in shallow streams with gravel or pebble substrate.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70% ethanol or isopropyl alcohol</td>
			<td>Multiple options</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Used as invertebrate preservative.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Widemouth invertebrate specimen jars (20-32 oz.)</td>
			<td>U.S. Plastic Corp.</td>
			<td>67712</td>
			<td>Any widemouth plastic jars will work but these particular jars are durable and inexpensive.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

modeling the size spectrum for macroinvertebrates and fishes in stream ecosystems

Спектр размера является обратным, аллометрические отношения масштабирования между средней массой тела (M) и плотность (D) лиц в рамках экологического сообщества или пищевой сети. Важно отметить, что спектр размеров предполагает, что индивидуальный размер, а не характеристики поведения или истории жизни видов, является основным определяющим фактором изобилия в экосистеме. Таким образом, в отличие от традиционных аллометрических отношений, которые сосредоточены на данных на уровне видов (например, средний размер тела видов против плотности населения), анализ спектров размеров является «атаксическим» – отдельные образцы идентифицируются только по их размеру, без учета таксономическая идентичность. Модели размеров спектров являются эффективными представлениями традиционных, сложных пищевых сетей и могут использоваться как в описательных, так и в прогностических контекстах (например, прогнозирование реакции крупных потребителей на изменения базальных ресурсов). Эмпирические исследования, проведенные в различных водных экосистемах, также сообщали о умеренном и высоком уровне сходства в размерах спектральных склонов, что свидетельствует о том, что общие процессы могут регулировать изобилие малых и крупных организмов в очень разных условиях. Это протокол для моделирования спектра размеров на уровне сообщества в болотных потоках. Протокол состоит из трех основных этапов. Во-первых, собирать количественные образцы бентических рыб и беспозвоночных, которые могут быть использованы для оценки местной плотности. Во-вторых, стандартизировать данные о рыбе и беспозвоночных путем преобразования всех лиц в атаксические единицы (т.е. лиц, идентифицированных по размеру, независимо от таксономической идентичности) и суммирования физических лиц в пределах ячеек размеров2. В-третьих, используйте линейную регрессию для моделирования взаимосвязи между оценками ataxic M и D. Подробные инструкции предоставляются в настоящем для выполнения каждого из этих шагов, в том числе пользовательского программного обеспечения для облегчения оценки D и моделирования спектров размеров.

Примерные результаты, втом есть оригинальные полевые данные, представлены для Slaunch Fork, Западная Вирджиния, небольшой поток в южной части Западной Вирджинии. Дополнительные результаты спектра размера также представлены для двух других потоков в том же регионе: Кэмп-Крик и Кают-Крик, Зап?...

Watch this Scientific Journal Video about Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems at JoVE.com

Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems

Это протокол для моделирования спектра размеров (масштабирование взаимосвязи между индивидуальной массой и плотностью населения) для комбинированных данных о рыбе и беспозвоночных из болотных ручьев и рек. Методы включают: полевые методы сбора количественных образцов рыбы и беспозвоночных; лабораторные методы стандартизации данных на местах; и анализ статистических данных.

Моделирование спектра размеров для макробеспозвоночных и рыб в экосистемах потока

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological ...

Спектр размеров предсказывает изобилие как функцию индивидуального размера. Размер спектральных исследований свидетельствует о сильном сходности в изобилии относительно небольших и крупных организмов из различных экосистем. В отличие от традиционных отношений масштабирования размера, которые используют средние размеры уровня видов, модели спектра размеров являются таксическими и могут учитывать размер каждого человека в выборке.Демонстрация процедуры будет Брэндон Gravett, Сара Хедли, и Джанкарло Racanelli, полевых техников. После определения восходящих и нисходящих концов исследования достичь, пометить концы с съемной пометки ленты. Измерьте ширину смочеженного канала потока на 5 до 10 трансектов распределенных равномерно по длине достигаемого изучения, и оцените общую площадь поверхности изучения достигает по мере того как средняя смоченная ширина канала умноженная общей длиной достигаемого.Сделать свободный bowline узел в каждом конце кусок полипропилена веревки и обернуть веревку вокруг дерева, корень, большой камень, или другой твердый объект на вверх и вниз по течению концы исследования достичь в качестве якоря. Кормите один цикл через другой, чтобы создать точку якоря и сократить или удлинить якорь веревки, добавив или удалив обертывания вокруг якорного объекта по мере необходимости. Установить вторую точку якоря на противоположной стороне потока, как только что продемонстрировано, и использовать bowline узел для создания петли в линиях на каждом из четырех углов среднего до грубого сетки блока сети.Используя ремни связи Cam Action, соедините обе стороны верхней линии в сетке блока с якорными точками и вставьте крючки на обоих концах ремня связи в петли по углам сетки блока и якорные точки. Потяните свободный трос галстук-вниз ремень через пряжку Cam, чтобы затянуть каждую точку контакта, и контактный нижней строке блока сети к потоку банка с палаткой ставки. Поместите большие камни на стороне сетки, обращенной вверх по течению, чтобы приколоть сеть блока вниз, чтобы установить уплотнение с нижней частью ручья, заботясь о том, чтобы верхняя часть сети остается выше уровня воды.Затем установите вторую сеть блока в нижнем конце исследования достичь таким же образом. Для выполнения рыбы выборки истощения пройти, начиная с ниже по течению конце закрытого исследования достичь, включите рюкзак электрофишер и двигаться через поток в направлении вверх по течению. Прогресс медленно, двигаясь из стороны в сторону на протяжении всего исследования достичь для обеспечения того, чтобы все в потоке обитания пробы, и поддержка членов экипажа следовать собирать ошеломленные рыбы с провалом сетей, как они заметили.Перенесите рыбу во временные ведра, затем в газированные удерживаемые ванны. Используйте небольшие насосы приманки с питанием от батарей с камнями аэрации, чтобы убедиться, что захваченные рыбы остаются здоровыми. Обратите особое внимание на различные мелкие, молодые рыбы, поскольку их трудно обнаружить и захватить.Первый проход истощения завершается, когда восходящая сеть достигнута. Для обработки первого истощения проходят рыбы, использовать небольшие сети погружения для извлечения отобранных рыб из резервуара индивидуально или небольшими партиями для идентификации, и поместить образцы в белые лотки. Используя типсы и увеличительное стекло, определите каждую рыбу, затем измерьте ее общую длину от кончика морды до конца хвостового плавника на измерительной доске и взвесьте его на полевом балансе с точностью 0,1 или 0,01 грамма.Затем записывают идентичность вида и общую длину и вес каждого образца на водонепроницаемых листах данных. После обработки верните рыб в отдельный аэрированный ящик для восстановления, прежде чем выпустить всю рыбу вниз по течению от сети блоков ниже по течению. Выберите бентические участки выборки макропозвоночных в пределах досягаемости отбора проб рыб, которые являются репрезентативными для основных видов физической среды обитания, наблюдаемых в ходе исследования.Поместите соответствующее устройство для отбора проб фиксированной области на дно ручья с помощью сети сбора образцов, ориентированной вниз по течению, и переместите большие булыжники по мере необходимости для создания твердого уплотнения с субстратом. Используйте кисть, чтобы энергично скраб субстрата в области отбора проб в течение двух минут, что позволяет выбили бентовых макроинепозвоночных дрейфовать в образец сети. Перенесите содержимое образца из сетки в пластиковую банку и сохраните образцы в 70% изопропилового спирта.Затем пометить банку и хранить его в безопасном месте для более поздней передачи в лабораторию. Когда все бентические макропозвоночные и рыбные данные были должным образом отформатированы и построены, явная отрицательная связь между индивидуальной массой тела и нормализованной плотностью часто очевидна. Этот размер спектра отражает предсказуемый переход от самых маленьких и наиболее распространенных беспозвоночных, таких как мошек и мелких майфли, к более крупным каддисфлям и каменистой рыбе, как показано здесь для образцов из Slaunch Fork, Западная Вирджиния.Аналогичные отношения спектра размера были обнаружены для бентовых макроинестрибных у рыб в Кэмп-Крик и Кабин-Крик, двух других ручьев Западной Вирджинии, и линейная регрессия была использована для моделирования отношений. Спектральные склоны размера были между 1,7 и 1,8 с перекрывающимися интервалами 95%доверия. Это сходство указывает на то, что изобилие уменьшается по мере увеличения размера тела примерно равными темпами во всех трех потоках.Тем не менее, различные спектры размеров перехватов показывают, что различия в общей плотности являются переменными между потоками, но самые высокие плотности наблюдается в Кэмп-Крик и гораздо более низкие плотности измеряется в кабине Крик. По мере роста числа исследований спектров размеров станут возможными критические испытания воздействия различных воздействий окружающей среды на спектр размеров. Важно помнить, что все полевые работы сопряжены с определенным риском и что электрорышоп, в частности, может быть опасным.Поэтому крайне важно, чтобы все члены экипажа прошли надлежащую подготовку.

Research

JoVE Journal

Environment

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Понимание растворенное органическое вещество биогеохимии Через<em&gt; В Ситу</em&gt; Питательные манипуляциях в потоке экосистемам

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Экспериментальные методы взимания пыли и мобилизации на поверхностях с воздействием ультрафиолетового излучения или плазмы

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Ecosystem Fabrication (EcoFAB) Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

Ecosystem Fabrication EcoFAB Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

Экосистема изготовление (EcoFAB) протоколы для строительства лаборатории экосистем, предназначенных для изучения растений микробных взаимодействий

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A ...

Bioindication Testing of Stream Environment Suitability for Young Freshwater Pearl Mussels Using In Situ Exposure Methods

Bioindication Testing of Stream Environment Suitability for Young Freshwater Pearl Mussels Using In Situ Exposure Methods

Биоиндикация тестирования потока среды пригодности для молодых пресноводных жемчужное мидии с использованием методов экспозиции в Situ

Knowledge of habitat suitability for freshwater mussels is an important step in the conservation of this endangered species group. We describe a protocol ...

Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop

Методы для проведения обследований на основе образа бентических макробеспозвоночных и среды их обитания, подтверждается падение камеры обследования для Атлантический морской гребешок

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the ...

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

Экспериментальное исследование взаимосвязи между размера частиц и сорбционная емкость метана в сланца

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...

Long-term Video Tracking of Cohoused Aquatic Animals: A Case Study of the Daily Locomotor Activity of the Norway Lobster (Nephrops norvegicus)

Long-term Video Tracking of Cohoused Aquatic Animals: A Case Study of the Daily Locomotor Activity of the Norway Lobster Nephrops norvegicus

Долгосрочного отслеживания видео Cohoused водных животных: тематическое исследование повседневной двигательной активности омаров Норвегия (Норвежский Омар)

We present a protocol related to a video-tracking technique based on the background subtraction and image thresholding that makes it possible to ...

Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions

Совокупный размер и плотность фракционирование почв для исследования взаимодействия органо минеральные

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF ...

Measuring the Shape and Size of Activated Sludge Particles Immobilized in Agar with an Open Source Software Pipeline

Измерение на форму и размер частиц ила, иммобилизованных в Агаре с открытым исходным кодом программного конвейера

Experimental bioreactors, such as those treating wastewater, contain particles whose size and shape are important parameters. For example, the size and ...

Combining Fluidic Devices with Microscopy and Flow Cytometry to Study Microbial Transport in Porous Media Across Spatial Scales

Объединение жидкостных устройств с микроскопией и цитометрией потока для изучения микробного транспорта в пористых средствах массовой информации через пространственные весы

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as ...