Микрохимический анализ отолитов
Методика, используемая в управлении рыболовством и биологии рыболовства

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 сравниваются с концентрациями в воде, в которой обитает рыба, чтобы определить, где она была. У неостариофизовых рыб самый большой из трех отолитов, или ушных косточек, сагитта анализируется одним из нескольких методов для определения концентраций различных микроэлементов и стабильных изотопов. У остариофизовых рыб лапилли является самым большим отолитом и может анализироваться чаще.

Релевантность

Управление рыболовством требует глубоких знаний особенностей жизненного цикла рыб . Модели миграции и нерестилища являются ключевыми характеристиками жизненного цикла в управлении многими видами. Если рыба мигрирует между двумя регионами, которые управляются отдельно, то она будет управляться как две отдельные популяции, если только эта миграция не будет понята. Если эта миграция не обнаружена, то может произойти перелов популяции, поскольку менеджеры предполагают, что рыбы вдвое больше. В прошлом для обнаружения таких моделей миграции требовались дорогостоящие и неэффективные исследования с использованием меток и повторного отлова . Сегодня отолитовая микрохимия обеспечивает более простой способ оценки моделей миграции рыб. Отолитовая микрохимия использовалась для идентификации и разграничения популяций атлантической трески в канадских водах. [1] Она также использовалась для определения моделей миграции анадромной белой рыбы . [2]

Натальное происхождение также важно для понимания, поскольку области, где рыбы нерестятся и обитают в течение своего критического личиночного периода, должны быть идентифицированы и защищены. Натальное происхождение также важно для определения того, являются ли регионы источниками или стоками для запасов рыбы. В прошлом натальное происхождение приходилось предполагать на основе сбора на нерестилищах. В последние годы микрохимия отолитов показала, что это не всегда так. Она предоставила точный способ оценки натального происхождения рыб, не собирая их на нерестилищах. Микрохимия отолитов использовалась для точного определения эстуарных зон нагула рыб. [3]

Химический состав

Отолиты начинают формироваться вскоре после вылупления рыбы. Отолиты состоят из кристаллической структуры карбоната кальция в форме арагонита на белковой матрице. Карбонат кальция диффундирует через мембрану эндолимфы , а слои арагонита постоянно откладываются дискретными порциями. Эти порции постоянно хранятся слоями, и их состав не меняется с течением времени. Наряду с карбонатом кальция, другие химические вещества откладываются в следовых количествах. Наиболее распространенными микроэлементами, обнаруженными в отолитах, являются щелочноземельные металлы стронций (Sr), барий (Ba) и магний (Mg), поскольку они находятся в группе щелочноземельных металлов, как и кальций, и поэтому 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 в структуре арагонита и в белковой матрице. Поглощение химических веществ в отолит является многоступенчатым и сложным, но химический состав дискретных слоев пропорционален составу окружающей воды, в которой рыба обитает во время осаждения. [4] Эти дискретные слои создают временную запись воды, в которой обитала рыба. У костистых рыб есть 3 пары отолитов, но только самая большая, известная как саггита, обычно используется для микрохимического анализа. Сердцевина отолита соответствует самому раннему личиночному периоду жизни рыбы. Таким образом, микрохимия сердцевины отолита может быть использована как средство для определения натального происхождения рыбы. [1]

Методы анализа

Вода

Недавний прогресс в подходе к микрохимическому анализу отолитов включает анализ химии воды в сочетании с микрохимическим анализом отолитов. [5] Для того чтобы стандартизировать химические концентрации, все элементарные концентрации регистрируются как пропорциональные по отношению к Ca. Различие между пресной и соленой (морской) водой является самым простым для дифференциации. Соленая вода имеет гораздо более высокую концентрацию растворенных химических веществ, чем пресная вода . Несмотря на многочисленные различия в химическом составе, две среды можно легко различить всего с двумя элементарными концентрациями; Ba и Sr. Ba встречается в более высоких концентрациях в пресной воде и в более низких концентрациях в морской воде. И наоборот, Sr встречается в более высоких концентрациях в морской воде и в более низких концентрациях в пресной воде. Эта связь четко выражена в химии отолитов.

Хотя разграничение пресных вод от морских является относительно простым, для изучения пространственных и временных изменений в пределах биомов требуется более мелкомасштабное 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 атомная эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой ( ICP-AES ) — это два распространенных метода, которые работают путем направления перегретой плазмы на образец воды и анализа выделяемых газов на наличие следовых количеств различных химических веществ. Другой распространенный метод — это подход на основе пучка, известный как протон-индуцированное рентгеновское излучение. В этом методе пучок протонов направляется на образец, а последующие рентгеновские излучения анализируются для определения химического состава образца.

Отолит

После того, как химические сигнатуры областей воды идентифицированы, отолиты можно проанализировать для сравнения. Отолиты исследуются и анализируются одним из двух основных способов. Можно взять образец всего отолита или часть отолита можно выделить с помощью целевого анализа. [4] Оба подхода начинаются с тщательной очистки и подготовки отолитов для анализа.

Когда требуются данные о перемещении рыб с течением времени или данные о натальном происхождении, то используется подход с целевой частью. Этот подход также известен как подход на основе луча, потому что он использует сфокусированный луч для анализа небольшой части отолита за раз. Все методы на основе луча начинаются с разрезания отолита по ширине через ядро, чтобы выявить поперечное сечение, содержащее каждый слой от начала кнаружи. Это сечение помещается в полиэфирную смолу , чтобы удерживать его на месте. Затем луч выстреливает в нужную область, и анализируется химический состав. Для исследований натального происхождения анализируется ядро. Для исследований временных вариаций с помощью луча анализируется трансекта от ядра через все слои к внешнему краю отолита. Лазерная абляционная индуктивно связанная масс-спектрометрия (LA-ICPMS) является наиболее точной и универсальной. LA-ICPMS использовался для многочисленных исследований натального происхождения и временных вариаций. [2] [6] В этой технике используется чрезвычайно тонкий лазерный луч для абляции или выжигания очень тонкого слоя отолита. Затем выбросы анализируются на химический состав.

Значения стабильного изотопного состава отолитов также использовались для определения климата в прошлом [7] Отолиты рыб возрастом 172 миллиона лет использовались для изучения среды, в которой обитали рыбы. [8] Роботизированные микрофрезерные устройства использовались для получения записей с очень высоким разрешением о рационе питания, жизненном цикле и температурах на протяжении всей жизни рыб, включая их натальное происхождение [9]

Ссылки

  1. ^ ab Campana, SE, Fowler, AJ и CM Jones . 1994. Элементарная дактилоскопия отолитов для идентификации запасов атлантической трески (Gadus morhua). Канадский журнал рыболовства и водных наук 51: 1942–1950
  2. ^ ab Halden, NM и LA Friedrich. 2008. Распределение микроэлементов в отолитах рыб: естественные маркеры жизненного цикла, условий окружающей среды и воздействия отходов обогащения. Mineralogic Magazine 73:593-605.
  3. ^ Thorrold, SR, Jones, CM , Swart, PK и TE Targett. 1998. Точная классификация молоди слабой рыбы Cyniscion regalis в эстуарных районах нагула на основе химических сигнатур в отолитах. Серия прогресса морской экологии 173: 253-265
  4. ^ ab Campana, SE 1999. Химия и состав отолитов рыб: пути, механизмы и применение. Серия «Прогресс морской экологии» 188: 263-297.
  5. ^ ab Starrs, D; Ebner, B; Fulton, C (25 ноября 2014 г.). «Все в ушах: разблокирование биологии ранней истории жизни и пространственной экологии рыб». Biological Reviews . 91 (1): 86– 105. doi :10.1111/brv.12162. PMID  25424431. S2CID  19533349.
  6. ^ Mohan, JA 2009. Использование среды обитания молодых полосатых окуней (Morone saxatili) в заливе Альбемарл, выведенное из химии отолитов и воды. Диссертация на степень магистра. Университет Восточной Каролины, Гринвилл, Северная Каролина
  7. ^ 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 . doi :10.1029/GM078p0191. ISBN 9781118664025.
  8. ^ Паттерсон, Уильям П. (1999). «Самые древние изотопно охарактеризованные отолиты рыб дают представление о юрском континентальном климате Европы». Геология . 27 (3): 199. doi :10.1130/0091-7613(1999)027<0199:OICFOP>2.3.CO;2.
  9. ^ Zazzo, A.; Smith, GR; Patterson, WP; Dufour, E. (2006). «Реконструкция истории жизни современной и ископаемой нерки (Oncorhynchus nerka) с помощью анализа изотопов кислорода отолитов, позвонков и зубов: значение для палеоэкологических реконструкций» (PDF) . Earth and Planetary Science Letters . 249 ( 3– 4): 200– 215. doi :10.1016/j.epsl.2006.07.003.[ мертвая ссылка ‍ ]
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Микрохимический_анализ_отолитов&oldid=1204888686"