A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
פרוטוקול זה מתאר את השימוש בסמנים ביולוגיים לזיהוי מוקדם של השפעות מזיקות במערכות אקולוגיות ימיות. הסמנים הביולוגיים קשורים קשר הדוק לתכונות הזקיף, והשינויים שלהם מסייעים באיתור נזקים בהתרעה מוקדמת.
הזחלים של זבובי הדובסון מהסוג Corydalus, הידוע בכינויו Hellgrammites, מאופיינים בגודלם הבולט, טווח התרחשות נרחב ותקופת בגרות ממושכת, שיכולה להימשך עד שנה. ידוע בבירור כי הלגרמיטים מפגינים רגישות לזיהום ולהשפעות על מבנה בית הגידול. בהתחשב בתכונות ייחודיות אלה, שימוש בזחלי Corydalus texanus מתאים מאוד כסוכני ניטור ביולוגי אמינים להערכת השלמות האקולוגית של מערכות אקולוגיות ימיות. פרוטוקול זה נועד לספק את הכלים הדרושים להערכת C. texanus ולהדגים את יעילותם באמצעות חקר מקרה. לממצאי המחקר יש השלכות מעשיות, המצביעות על כך שזחלי C. texanus מציגים תגובות אזהרה מוקדמות לזיהום כרייה, וצוברים כמויות גבוהות של מתכות כבדות כגון Zn, Fe ו-Al. נוכחותן או היעדרן של אוכלוסיות C. texanus עשויות לשמש אינדיקטור מועיל לזיהוי בעיות פוטנציאליות הקשורות לבריאות המערכת האקולוגית. הגישה הלא קונבנציונלית הראתה אזהרות מוקדמות על זיהום באתרים המושפעים מכרייה, והדגישה את הצורך בפעולה בזמן כדי להגן על הסביבה. בהתחשב בתכונותיהם הייחודיות, השימוש בזחלי C. texanus מומלץ מאוד כאינדיקטור ביולוגי אמין ולא קונבנציונלי.
Hellgramites הם זחלי חרקים מסדרה Megaloptera (Latreille, 1802), הנקראים זבובי דובסון או זבובי דגים בשלב הבוגר שלהם. מגוון נמוך אך נרחב מאפיין קבוצה זו של זחלי חרקים טורפים מובילים ממערכות אקולוגיות מימיות1. מיני הלגרמיט מופיעים באזורים ביוגיאוגרפיים מוגדרים היטב; לכן, קל יחסית לזהות מינים ללא ידע טקסונומי גבוה. יש לציין כי זחלי ה-Corydalidae מכילים את המינים הבולטים ביותר מסדרת Megaloptera (אורך גוף של 20-90 מ"מ)2, מה שהופך את הלגרמיט לגלוי לעין בלתי.
הלגרמיטים ממלאים תפקיד מכריע במערכות אקולוגיות מימיות כטורפים, עם נוכחות עוצמתית בשל לעיסות גדולות המציינות את צורתם הטורפת המרשימה. גוף שטוח גב-וונטרלי מצטרף גם הוא ל-7-8 זוגות של זימים נימה לאורך הגוף, וקפסולת ראש עם שש סטמטות בכל צד הופכת את הלגרמיטים לאורגניזמים מרתקים עבור אנטומולוגים ומעריצים3. בוגרים של Corydalidae מפתיעים ויוצרים תמונת רושם לאנשים בשל גודלם הבולט; עם זאת, הם אינם מזיקים לחלוטין. ראוי לציין כי לגרמיטים יש את היכולת לשרוד בסביבות מימיות בשלב הזחל שלהם למשך זמן משמעותי.
המאפיינים הפנוטיפיים של הלגרמיטים מאפשרים הזדמנות מיוחדת להדגיש את תפקידם במערכות אקולוגיות ימיות; עם זאת, פוטנציאל האינדיקטור שלהם הוא התכונה המבוקשת ביותר עבור אקולוגים מימיים. ידע נרחב על הפוטנציאל הביולוגי שלהם מודגש במערכות אקולוגיות מימיות מכיוון שהתרחשותם מתייחסת לתנאי בריאות טובים בבתי הגידול שלהם עקב חוסר הסובלנות שלהם לזיהום אורגני במים עיליים 4,5,6,7,8.
רוב המגלופטרנים של Corydalidae חיים במים זורמים במהירות גבוהה כסלעים ומצעים הנשלטים על ידי חלוקי נחל וחלוקי נחל, אך הלגרמיטים מופיעים גם בנחלים בעלי שיפוע נמוך עם מכשולים ומצעי חול, כמו גם בבתי גידול לנטיים כמו אגמים 3,9,10. טווח ההופעות הרחב שלהם משקף את התכונות הקריטיות של טורף מוביל ואת יכולתם ליישב מספר בתי גידול המכוונים על ידי אסטרטגיות תולדות החיים היעילות שלהם11. הלגרמיט קישרו את תכונותיהם לדינמיקה של מערכות אקולוגיות ימיות; לפיכך, אסטרטגיות כגון הסתגלות לנשימה אווירית על ידי ספירקלים (בנוסף לציציות הגחון של זימי קנה הנשימה) מתאימות לאסטרטגיות Corydalidae10.
הלגרמיטים מאכלסים מערכות אקולוגיות מסוימות ומציגים תגובות מהירות לסטיות מדפוסים קבועים, ובכך משמשים כמערכת אזהרה מוקדמת7. ניתן להשתמש בתגובות של אורגניזמים אלה של חיות בר ככלי רב ערך להערכת השפעת הזיהום על מערכות אקולוגיות ימיות, במיוחד במקרה של תערובות מזהמים שאינן מטרה. כמה השפעות מזיקות על אורגניזמים חיים הוכרו במערכות אקולוגיות בגלל רעילות אינדיבידואלית של כימיקלים, אך יש לזהות את ההשפעה של תערובות מזהמים. תגובות האזהרה המוקדמות של הלגרמיטים עשויות לאפשר לזהות השפעות מזיקות על ידי מתן התייחסות להשפעות של תערובת של מזהמים או אפילו כאשר השפעות בודדות של מזהמים מכירות בריכוז אפקט ללא נצפים (NOEC)12.
מספר אורגניזמים מודלים שימשו לניסויים אקוטיים וכרוניים; עם זאת, הם מתורבתים ומתוחזקים בתנאים מבוקרים13. תנאים מבוקרים גורמים להם לא לזהות את ההשפעות הלא-ממוקדות של מספר מזהמים שהם נחשפים אליהם. כמו כן, NOEC מוכר לעתים קרובות בשל מורכבות תערובת המזהם. מסיבה זו, בעשורים האחרונים, מינים מקומיים שאינם מודלים עם השפעות שאינן מטרה זוהו למערכות סינון, החיוניות לביצוע מחקר אקוטוקסיקולוגי14. כתוצאה מכך, נראה כי הלגרמיטים מסוגלים להעריך את ההשפעות המזיקות של זיהום במערכות אקולוגיות ימיות. תכונות כמו הביולוגיה, הגנטיקה והפיזיולוגיה שלהם, בין היתר, הופכות אורגניזמים שאינם מודלים למתאימים להערכת השפעה על מערכות אקולוגיות14.
פרוטוקול זה נועד להקים כלי ניטור ביולוגי חדשני באמצעות אורגניזם שאינו מודל שיכול לזהות אותות אזהרה מוקדמים בתגובה לתערובות זיהום שאינן מטרה. כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר, התכונות שהפגינו הזחלים של מין המודל, C. texanus, נלקחו בחשבון באופן מקיף ושולבו בניתוח15.
איור 1: מדריך מהיר צעד-אחר-צעד כיצד להשתמש במוניטור הביולוגי הלא-קונבנציונלי Corydalus texanus עבור יישום במערכות אקולוגיות ימיות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.
1. עבודת שטח
2. דיסקציה של הזחלים שנדגמו והפרדת רקמות
3. כימות מתכות כבדות
4. מיקרו-מבחנים להערכת מתח חמצוני וסמנים ביולוגיים
תוצאות המחקר מגלות כי למתכות כבדות, במיוחד אלומיניום (Al), ברזל (Fe) ואבץ (Zn), יש השפעה מזיקה על הסביבה, כפי שמעיד איור 2. גילוי רמות גבוהות של מתכות כבדות הן בדגימות רקמה והן בדגימות מים שנאספו מכל האתרים הוביל לתוצאה שלילית. זוהו חריגים, עם גורם הצטברות ביולוג?...
למרות שהשימוש ב - C. texanus הוא אופטימלי להערכה, יש לקחת בחשבון מספר היבטים של השימוש והאיסוף שלו. אתרי המחקר שנבחרו מתגלים כמאתגרים, בשל מספר גורמים כגון תנאי מזג אוויר לא נוחים, חוסר נגישות גיאוגרפית, רמות יובש גבוהות או פרוטוקולי אבטחה לא מספיקים באזורים נבחרים. אילוצ...
המחברים לא חשפו ניגודי אינטרסים הקיימים בעבודתם.
המחברים מבקשים להביע את תודתם הכנה ל-CONAHCyT על מתן מענק FONINS P 1931, שהקל מאוד על מאמצי המחקר שלהם. הם גם יודו למזכירות המחקר והפוסגרדו במכון הפוליטי הלאומי על התמיכה שלא תסולא בפז הניתנת באמצעות מענק פרויקט SIP (20200577). בנוסף, המחבר הראשון מבקש להכיר במלגה הנדיבה לתואר שני שהוענקה על ידי CONAHCyT, שאפשרה לצוות לערוך טיולי שטח ולאסוף נתונים חיוניים. לבסוף, המחברים מבקשים להביע את הערכתם לעזרתה רבת הערך של מריה תרזה גרסיה קמאצ'ו במעבדה, שבלעדיה פרויקט זה לא היה מתאפשר.
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. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved