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Method Article
Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung von Biomarkern zur Früherkennung schädlicher Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme. Die Biomarker sind eng mit den Merkmalen der Wächter verwandt, und ihre Veränderungen helfen bei der Erkennung von Frühwarnschäden.
Die Larven der Dobsonfliegen der Gattung Corydalus, allgemein bekannt als Hellgrammiten, zeichnen sich durch ihre bemerkenswerte Größe, ihr umfangreiches Verbreitungsspektrum und ihre lange Unreife aus, die bis zu einem Jahr dauern kann. Hellgrammite sind eindeutig dafür bekannt, dass sie empfindlich auf Verschmutzung und Auswirkungen auf die Lebensraumstruktur reagieren. Angesichts dieser einzigartigen Eigenschaften eignet sich die Verwendung von Corydalus texanus-Larven sehr gut als zuverlässiges Biomonitoring, um die ökologische Integrität aquatischer Ökosysteme zu beurteilen. Dieses Protokoll zielt darauf ab, die notwendigen Werkzeuge für die Bewertung von C. texanus bereitzustellen und ihre Wirksamkeit anhand einer Fallstudie zu demonstrieren. Die Forschungsergebnisse haben praktische Auswirkungen und deuten darauf hin, dass C . texanus-Larven frühzeitig auf die Verschmutzung durch den Bergbau reagieren und große Mengen an Schwermetallen wie Zn, Fe und Al bioakkumulieren. Das Vorhandensein oder Fehlen von C. texanus-Populationen kann als hilfreicher Indikator für die Identifizierung potenzieller Probleme im Zusammenhang mit der Gesundheit des Ökosystems dienen. Der unkonventionelle Ansatz hat gezeigt, dass frühzeitig vor Umweltverschmutzung in den vom Bergbau betroffenen Standorten gewarnt wurde, was die Notwendigkeit rechtzeitiger Maßnahmen zum Schutz der Umwelt unterstreicht. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wird die Verwendung von C. texanus-Larven als zuverlässiger nicht-konventioneller Bioindikator dringend empfohlen.
Hellgramiten sind Insektenlarven aus der Ordnung Megaloptera (Latreille, 1802), die im Erwachsenenstadium Dobsonfliegen oder Fischfliegen genannt werden. Eine geringe, aber weit verbreitete Diversität kennzeichnet diese Gruppe der Top-Raubinsektenlarven aus aquatischen Ökosystemen1. Hellgramit-Arten kommen in genau definierten biogeographischen Regionen vor; Daher ist es relativ einfach, Arten ohne hohe taxonomische Kenntnisse zu identifizieren. Bemerkenswert ist, dass die Larven der Corydalidae die prominenteste Art aus der Ordnung der Megaloptera (20-90 mm Körperlänge)2 besitzen, wodurch Hellgramite mit bloßem Auge sichtbar wird.
Hellgrammiten spielen in aquatischen Ökosystemen eine entscheidende Rolle als Raubtiere, mit einer starken Präsenz aufgrund von großen Kaubonbons, die auf ihre beeindruckende räuberische Form hinweisen. Ein dorsoventral abgeflachter Körper verbindet sich ebenfalls mit 7-8 Paaren von Filamentkiemen entlang des Körpers, und eine Kopfkapsel mit sechs Stemmata pro Seite macht Hellgrammiten zu faszinierenden Organismen für Entomologen und Fans3. Erwachsene von Corydalidae überraschen und erzeugen aufgrund ihrer auffälligen Größe ein Eindrucksbild für Menschen; Sie sind jedoch völlig harmlos. Es ist bemerkenswert, dass Hellgrammite die Fähigkeit haben, in aquatischen Umgebungen in ihrem Larvenstadium über einen beträchtlichen Zeitraum zu überleben.
Die phänotypischen Merkmale der Hellgrammite bieten eine besondere Gelegenheit, ihre Rolle in aquatischen Ökosystemen hervorzuheben; Nichtsdestotrotz ist ihr Indikatorpotenzial das am meisten gesuchte Merkmal für Aquarienökologen. Das umfangreiche Wissen über ihr Bioindikatorpotenzial in aquatischen Ökosystemen wird hervorgehoben, da ihr Vorkommen mit guten Gesundheitsbedingungen in ihren Lebensräumen zusammenhängt, da sie gegenüber organischer Verschmutzung in Oberflächengewässern unverträglich sind 4,5,6,7,8.
Die meisten Corydalidae megalopteren leben in schnell fließenden Gewässern als Riffe und Substrate, die von Kopfsteinpflaster und Kieselsteinen dominiert werden, aber Hellgrammite kommen auch in Bächen mit niedrigem Gefälle mit Haken und Sandsubstraten sowie in lentischen Lebensräumen wie Seenvor 3,9,10. Ihr breites Verbreitungsspektrum spiegelt die kritischen Eigenschaften eines Top-Raubtiers und seine Fähigkeit wider, mehrere Lebensräume zu besiedeln, die auf seine effektiven Lebensstrategien abzielen11. Hellgramiten verknüpften ihre Eigenschaften mit der Dynamik aquatischer Ökosysteme; Daher sind Strategien wie die Anpassung an die Luftatmung durch Spiracles (zusätzlich zu ihren ventralen Büscheln der Trachealkiemen) für die Corydalidae-Strategien typisch10.
Hellgrammiten bewohnen bestimmte Ökosysteme und zeigen schnelle Reaktionen auf Abweichungen von etablierten Mustern, wodurch sie als Frühwarnsystem dienen7. Die Reaktionen dieser Wildtierorganismen können als wertvolles Instrument zur Abschätzung der Auswirkungen der Verschmutzung auf aquatische Ökosysteme eingesetzt werden, insbesondere im Fall von Nichtziel-Schadstoffgemischen. Einige schädliche Auswirkungen auf lebende Organismen wurden in Ökosystemen aufgrund der individuellen Toxizität von Chemikalien erkannt, aber die Wirkung von Schadstoffgemischen muss identifiziert werden. Die Frühwarnreaktionen von Hellgrammiten können es ermöglichen, schädliche Auswirkungen zu identifizieren, indem sie auf die Auswirkungen eines Schadstoffgemisches verweisen oder sogar, wenn einzelne Wirkungen von Schadstoffen eine NOEC-Konzentration ohne beobachtbare Wirkung (No Observable Effect Concentration) erkennen12.
Mehrere Modellorganismen wurden für experimentelle akute und chronische Tests verwendet; Sie werden jedoch unter kontrollierten Bedingungen kultiviert und gehalten13. Unter kontrollierten Bedingungen sind sie nicht in der Lage, die Nichtzielwirkungen mehrerer Schadstoffe, denen sie ausgesetzt sind, zu identifizieren. Außerdem wird NOEC häufig aufgrund der Komplexität des Schadstoffgemisches erkannt. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahrzehnten nicht modellhafte einheimische Arten mit Nicht-Zieleffekten für Screening-Systeme anerkannt, die für die Durchführung ökotoxikologischer Forschung unerlässlich sind14. Folglich scheinen Hellgrammiten in der Lage zu sein, die schädlichen Auswirkungen der Verschmutzung in aquatischen Ökosystemen zu bewerten. Merkmale wie unter anderem ihre Biologie, Genetik und Physiologie machen Nicht-Modellorganismen für die Folgenabschätzung in Ökosystemen geeignet14.
Dieses Protokoll zielt darauf ab, ein neuartiges Biomonitoring-Instrument unter Verwendung eines Nicht-Modellorganismus zu etablieren, der Frühwarnsignale als Reaktion auf Nichtziel-Schadstoffgemische erkennen kann. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, wurden die Merkmale der Larven der Modellart C. texanus umfassend berücksichtigt und in die Analyse integriert15.
Abbildung 1: Schnelle Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Verwendung des unkonventionellen Biomonitors Corydalus texanus für den Einsatz in aquatischen Ökosystemen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
1. Feldforschung
2. Zerlegung der beprobten Larven und Gewebetrennung
3. Quantifizierung von Schwermetallen
4. Mikroassays zur Bewertung von oxidativem Stress und Biomarkern
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Schwermetalle, insbesondere Aluminium (Al), Eisen (Fe) und Zink (Zn), schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben, wie Abbildung 2 zeigt. Der Nachweis hoher Schwermetallgehalte sowohl in Gewebe- als auch in Wasserproben, die an allen Stellen entnommen wurden, hat zu einem ungünstigen Ergebnis geführt. Es wurden Ausreißer mit einem Bioakkumulationsfaktor (BAF) von 600 festgestellt, insbesondere in bergbauintensiven ...
Obwohl die Verwendung von C. texanus für die Bewertung optimal ist, ist es notwendig, mehrere Aspekte seiner Verwendung und Sammlung zu berücksichtigen. Die ausgewählten Untersuchungsstandorte erweisen sich aufgrund mehrerer Faktoren wie ungünstigen Wetterbedingungen, geografischer Unzugänglichkeit, hoher Trockenheit oder unzureichender Sicherheitsprotokolle in ausgewählten Regionen als schwierig. Angegebene Einschränkungen und Einschränkungen können bei der Durchführu...
Die Autoren legten keine Interessenkonflikte offen, die in ihrer Arbeit vorhanden waren.
Die Autoren möchten CONAHCyT ihren aufrichtigen Dank für die Bereitstellung des FONINS P 1931-Stipendiums aussprechen, das ihre Forschungsbemühungen erheblich erleichtert hat. Sie danken auch der Secretaría de Investigación y Posgrado am Instituto Politécnico Nacional für die unschätzbare Unterstützung, die sie durch den SIP-Projektzuschuss (20200577) geleistet hat. Darüber hinaus möchte der Erstautor das großzügige Postgraduiertenstipendium von CONAHCyT würdigen, das es dem Team ermöglichte, Exkursionen durchzuführen und wichtige Daten zu sammeln. Abschließend möchten die Autoren ihre Wertschätzung für die unschätzbare Hilfe von María Teresa García Camacho im Labor zum Ausdruck bringen, ohne die dieses Projekt nicht möglich gewesen wäre.
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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