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FoxBox便携式动物能量代谢测量系统应用于潮间带螃蟹等研究

FoxBox便携式动物能量代谢测量系统应用于潮间带螃蟹等研究

    随着人类对生物多样性保护的持续关注,生活在日交替地暴露于空气和淹没于海水之中潮间带螃蟹等动物近年来成为动物生理生态学及健康科学研究的热点。由于生境的复杂多变,高湿度、高盐度等环境和仪器测量技术发展限制,这些动物的科学研究一度受到很大的限制。

易科泰生态技术公司作为生态健康领域的高新技术企业,积10多年水生动物和陆生动物在动物行为、生理、生态监测等方面的技术经验,可提供潮间带动物等生理生态研究全面技术方案,如海洋动物生理生态(能量代谢)技术、两栖动物呼吸代谢测量技术、动物行为监测技术,海岸带生物多样性及环境健康监测,广泛用于动物养殖、动物保护与资源开发、海洋生态学、环境科学等研究中。    

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参考案例

1. Faria, S. C., Bianchini, A., Lauer, M. M., Zimbardi, A. L. R. L., Tapella, F., Romero, M. C., & McNamara, J. C. (2020). Living on the Edge: Physiological and Kinetic Trade-Offs Shape Thermal Tolerance in Intertidal Crabs From Tropical to Sub-Antarctic South America. Frontiers in Physiology, 11.

温度是热调节动物生物地理进化的主要非生物因素,它影响所有级别的组织,从亚细胞到系统,包括完整的有机体。温度的有害影响往往超过生物体的恒向机制的调节能力,从而限制生命的分布,对生物地理分布造成限制。本文主要通过Foxbox来研究放置于3毫米海水深度的螃蟹热耐受率和代谢进化,揭示在寒冷和温暖的气候中出现的生理转变。

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不同种类螃蟹在不同温度下的单位体重氧气消耗和平均血乳酸浓度

2. Lardies M A , Munoz J L , Paschke K A , et al. Latitudinal variation in the aerial/aquatic ratio of oxygen consumption of a supratidal high rocky-shore crab[J]. Marine Ecology, 2011, 32(1):42-51.

陆地环境的殖民在热带纬度更为明显,因而半陆蟹和陆地蟹的多样性很高。然而,在温带地区,也有大量甲壳类动物栖息在水-空气界面的生态位置。评估这些动物呼吸空气能力的一个方法是测量空中/水生耗氧比。

本研究的目的是测试热变异对水生和空中代谢的影响,以及确定与纬度有关呼吸的补偿能力。研究结果说明身体质量随纬度变化显著,空气和水中单位体重呼吸代谢的差异持续存在,表明观察到的 MR(代谢率)差异不是体型差异的影响。空中/水生呼吸代谢比接近1。发现的模式表明,低纬度地区空中和水生的代谢率增加,因此不支持温带生境的纬度补偿假说。

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            不同温度下螃蟹空气和水中的氧气消耗代谢

3. Capparelli M V , Bordon I C , Araujo G , et al. Combined effects of temperature and copper on oxygen consumption and antioxidant responses in the mudflat fiddler crab Minuca rapax (Brachyura, Ocypodidae)[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 2019, 223:35-41.

铜是所有生物体必需的微量营养素,用于各种生理生化过程。这个重金属是多种酶过程中的辅助因子,但在高浓度下会产生潜在毒性。在受人为影响的工业、农业和港口等活动地区,铜可高达200mg Cu L-1。在甲壳类动物中,铜是氧气输送中呼吸色素血蓝蛋白的天然成分,也在蜕皮周期和金属硫蛋白合成中发挥作用。在水生物种中,鳃的气体交换功能受到严重影响,导致血淋巴氧气分压明显减少。一般来说,随着温度升高金属毒性和氧气消耗率增加,所有的新陈代谢过程都会受到温度升高的刺激,导致氧化应激。

   本研究调查了水性铜暴露和急性温度变化对招潮蟹氧气消耗和氧化应激生物标志物、谷胱甘肽S-转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶的综合影响。实验中使用Foxbox多通道呼吸代谢仪测量螃蟹空气中氧气消耗以及反应代谢敏感性的Q10,研究结论表明铜暴露会增加低温下氧气的消耗,但减少高温下氧气的消耗,以及变化的代谢响应。见下图Fig1。

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             招潮蟹和其在不同温度下空气中的氧气下消耗

4. Bacigalupe L D , Gaitan-Espitia J D , Barria A M , et al. Natural selection on plasticity of thermal traits in a highly seasonal environment[J]. Evolutionary Applications, 2018, 11.

对于地理分布广泛的外温物种,环境温度(平均值和极端值)的纬度/海拔变化被认为决定自然种群的生理耐受率和适应能力(即表型可塑性程度)的进化。对于物种分布边缘的不可预测、极端或异构生境中的种群来说,气候变化预计将增加其局部灭绝的风险。在这种背景下,热生理可塑性等特征将发挥基础性作用,决定自然种群适应人为全球变暖的能力和速度。

本研究使用Foxbox研究背眼蛙在20和30摄氏度的标准代谢率及其代谢敏感度(Q10),Q10=(R2/R1)^(10/T2-T1),其中R2和R2分别为温度为T2和T1时的单位体重耗氧量。总的来说,考虑到有可能有选择个体特征的原因,研究没有发现证据表明,这个群体的代谢热适应正在被定向选择作为目标。

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