Микрохимический анализ отолита
Микрохимический анализ отолитов — это метод, используемый в управлении рыболовством и биологии рыболовства для определения запасов и характеристики перемещений, а также натального происхождения рыб . Концентрации элементов и изотопов в отолитах сравнивают с концентрациями в воде, в которой обитает рыба, чтобы определить, где она побывала. У неостариофизических рыб, самого крупного из трех отолитов, или ушных костей, сагитта анализируется одним из нескольких методов для определения концентраций различных микроэлементов и стабильных изотопов. У остариофизических рыб лапилли являются самым крупным отолитом и чаще всего подвергаются анализу.
Актуальность
[ редактировать ]Управление рыболовством требует глубокого знания особенностей жизненного цикла рыб . Модели миграции и нерестилища являются ключевыми особенностями жизненного цикла многих видов. Если рыба мигрирует между двумя регионами, управление которыми осуществляется раздельно, тогда с ней будут обращаться как с двумя отдельными запасами, если эту миграцию невозможно понять. Если эта миграция не будет обнаружена, может произойти перелов запасов, поскольку менеджеры предполагают, что количество рыбы вдвое больше. В прошлом по мечению и повторной поимке для выявления таких моделей миграции требовались дорогостоящие и неэффективные исследования отолитов . Сегодня микрохимия обеспечивает более простой способ оценки характера миграции рыб. Микрохимия отолитов использовалась для идентификации и определения границ запасов атлантической трески в водах Канады . [1] Он также использовался для определения характера миграции анадромного сига . [2]
Не менее важно понять натальное происхождение, поскольку личинки необходимо определить и защитить районы, где рыбы нерестятся и обитают в критический период . Натальное происхождение также важно для определения того, являются ли регионы источниками или поглотителями запасов рыбы. Раньше натальное происхождение приходилось предполагать на основании сбора на нерестилищах. В последние годы микрохимия отолитов показала, что это не всегда так. Это позволило точно оценить натальное происхождение рыб, не собирая их на нерестилищах. Микрохимия отолитов использовалась для точного определения устьевых нагульных зон рыб. [3]
Химический состав
[ редактировать ]Отолиты начинают формироваться вскоре после вылупления рыбы. Отолиты состоят из кристаллической структуры карбоната кальция в форме арагонита на белковой матрице. Карбонат кальция диффундирует через эндолимфы клеточную мембрану , и слои арагонита постоянно откладываются дискретными порциями. Эти приращения постоянно хранятся в слоях, и их состав не меняется с течением времени. Наряду с карбонатом кальция в следовых количествах откладываются и другие химические вещества. Наиболее распространенными микроэлементами, обнаруженными в отолитах, являются щелочноземельные металлы стронций (Sr), барий (Ba) и магний (Mg), поскольку они относятся к группе щелочноземельных металлов, такой как кальций, и, следовательно, имеют такое же сродство к связыванию. Это позволяет этим щелочноземельным металлам заменять кальций в арагоните, не влияя на кристаллическую структуру. Другие элементы и стабильные изотопы могут откладываться в более низких концентрациях внутри структуры арагонита и белковой матрицы. Поглощение химических веществ отолитом является многоэтапным и сложным, но химический состав отдельных слоев пропорционален составу окружающей воды, в которой обитает рыба на момент отложения. [4] Эти дискретные слои создают временную запись воды, в которой обитала рыба. У костных рыб имеется 3 пары отолитов, но для микрохимического анализа обычно используется только самая крупная, известная как саггита. Ядро отолита соответствует наиболее раннему личиночному периоду жизни рыбы. Таким образом, микрохимия ядра отолита может быть использована как средство определения натального происхождения рыб. [1]
Методы анализа
[ редактировать ]Вода
[ редактировать ]Недавний прогресс в подходе к микрохимическому анализу отолитов включает анализ химического состава воды в сочетании с микрохимическим анализом отолитов. [5] Чтобы стандартизировать химические концентрации, концентрации всех элементов записывают как пропорции к Ca. Разницу между пресной и соленой (морской) водой отличить проще всего. Соленая вода имеет гораздо более высокие концентрации растворенных химических веществ, чем пресная вода . Несмотря на многочисленные различия в химическом составе, две среды можно легко различить всего по двум концентрациям элементов; Ba и Sr. Ba встречается в более высоких концентрациях в пресной воде и в более низких концентрациях в морских водах. И наоборот, Sr встречается в более высоких концентрациях в морских водах и в более низких концентрациях в пресной воде. Эта связь отчетливо проявляется в химии отолитов.
Хотя разграничение пресных и морских вод является относительно простым, для изучения пространственных и временных изменений внутри биомов требуется более мелкое разрешение. В пресноводных средах изучение соотношений изотопов Sr87/Sr86 часто используется для обеспечения большего пространственного разрешения. [5]
Оптическая эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой ( ICP-OES ) и атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой ( ICP-AES ) — это два распространенных метода, которые работают, направляя перегретую плазму на пробу воды и анализируя выделяющиеся газы на наличие следовых количеств различных химикатов. Другой распространенный метод — это лучевой подход, известный как протонно-индуцированная рентгеновская эмиссия. луч протонов В этом методе на образец направляется , а последующее рентгеновское излучение анализируется для определения химического состава образца.
Отолит
[ редактировать ]Как только химические характеристики областей воды идентифицированы, отолиты можно проанализировать для сравнения. Отолиты исследуют и анализируют одним из двух основных способов. Можно взять образец всего отолита или выделить часть отолита с помощью целевого анализа. [4] Оба подхода начинаются с тщательной очистки и подготовки отолитов для анализа.
Когда требуются данные о перемещении рыбы с течением времени или данные о натальном происхождении, используется метод целевой порции. Этот подход также известен как лучевой подход, поскольку он использует сфокусированный луч для одновременного анализа небольшой части отолита. Все методы, основанные на лучах, начинаются с разрезания отолита по ширине через керн, чтобы выявить поперечное сечение, содержащее каждый слой от начала координат наружу. Эта секция помещена в полиэфирную смолу, чтобы удерживать ее на месте. Затем луч направляется в нужную область и анализируется химический состав. Для исследования натального происхождения анализируют ядро. Для изучения временных вариаций с помощью луча анализируется разрез от керна через все слои до внешнего края отолита. Лазерная абляция с индуктивно связанной масс-спектрометрией (LA-ICPMS) является наиболее точной и универсальной. LA-ICPMS использовался для многочисленных исследований натального происхождения и временных изменений. [2] [6] В этом методе используется чрезвычайно тонкий луч лазера для абляции или выжигания очень поверхностного слоя отолита. Выбросы от этого затем анализируются на предмет химического состава.
Значения стабильных изотопов отолитов также использовались для определения климата в прошлом. [7] Отолиты рыб возрастом 172 миллиона лет использовались для изучения среды, в которой жили рыбы. [8] Роботизированные устройства микроизмельчения использовались для восстановления записей с очень высоким разрешением о диете, истории жизни и температурах на протяжении всей жизни рыб, включая их натальное происхождение. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Кампана, С.Э., Фаулер, Эй.Дж. и К.М.Джонс . 1994. Отолитовая дактилоскопия для идентификации запасов атлантической трески (Gadus morhua). Канадский журнал рыболовства и водных наук 51: 1942–1950.
- ^ Jump up to: а б Халден, Нью-Мексико и Л.А. Фридрих. 2008. Распределение микроэлементов в отолитах рыб: естественные маркеры истории жизни, условий окружающей среды и воздействия отходов хвостохранилища. Минералогический журнал 73:593-605.
- ^ Торролд, С.Р., Джонс, СМ , Сварт, П.К. и Т.Е. Таргетт. 1998. Точная классификация молоди слабой рыбы Cyniscion regalis по устьевым нагульным районам на основе химических признаков отолитов. Серия прогресса морской экологии 173: 253-265.
- ^ Jump up to: а б Кампана, С.Е. 1999. Химия и состав отолитов рыб: пути, механизмы и применение. Серия достижений морской экологии 188: 263-297.
- ^ Jump up to: а б Старрс, Д; Эбнер, Б; Фултон, К. (25 ноября 2014 г.). «Все в уши: раскрытие биологии ранней жизни и пространственной экологии рыб». Биологические обзоры . 91 (1): 86–105. дои : 10.1111/brv.12162 . ПМИД 25424431 . S2CID 19533349 .
- ^ Мохан, Дж. А. 2009. Использование среды обитания молоди полосатого окуня (Morone saxatili) в заливе Альбемарл, полученное на основе отолитов и химического состава воды. Магистерская диссертация. Университет Восточной Каролины, Гринвилл, Северная Каролина
- ^ Паттерсон, Уильям П.; Смит, Джеральд Р.; Ломанн, Кайгер К. (2013). «Континентальная палеотермометрия и сезонность с использованием изотопного состава арагонитовых отолитов пресноводных рыб». Изменение климата в континентальных изотопных записях . Серия геофизических монографий. стр. 191–202. дои : 10.1029/GM078p0191 . ISBN 9781118664025 .
- ^ Паттерсон, Уильям П. (1999). «Старейшие отолиты рыб, охарактеризованные изотопами, дают представление о юрском континентальном климате Европы». Геология . 27 (3): 199. doi : 10.1130/0091-7613(1999)027<0199:OICFOP>2.3.CO;2 .
- ^ Заццо, А.; Смит, Греция; Паттерсон, В.П.; Дюфур, Э. (2006). «Реконструкция истории жизни современной и ископаемых нерк (Oncorhynchus nerka) с помощью изотопного анализа кислорода отолитов, позвонков и зубов: значение для реконструкций палеоэкологической среды» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 249 (3–4): 200–215. дои : 10.1016/j.epsl.2006.07.003 . [ мертвая ссылка ]
о рыболовстве Темы науки |
|---|
