Микрохимический анализ отолитов - Википедия - Otolith microchemical analysis

Микрохимический анализ отолитов это техника, используемая в управление рыболовством и биология рыбного промысла для определения запасов и характеристики движений, а также естественного происхождения рыбы. Концентрации элементы и изотопы в отолиты сравниваются с теми, что находятся в воде, в которой обитает рыба, чтобы определить, где она была. У неостариофизических рыб самый крупный из трех отолитов или костей уха сагитта анализируется одним из нескольких методов для определения концентраций различных микроэлементы и стабильные изотопы. У остариофизических рыб лапиллы - самый крупный отолит, и их можно чаще анализировать.

Актуальность

Управление рыболовством требует глубоких знаний о рыбе история жизни черты. Миграция шаблоны и нерест ареалы являются ключевыми особенностями жизненного цикла многих видов. Если рыба мигрирует между двумя регионами, которые управляются отдельно, то управление ею будет осуществляться как двумя отдельными запасами, если эту миграцию невозможно понять. Если эта миграция не обнаружена, тогда перелов запасов может произойти из-за того, что менеджеры предполагают, что рыбы вдвое больше. В прошлом дорого и неэффективно пометить и повторно захватить необходимы исследования, чтобы обнаружить такие модели миграции. Сегодня отолит микрохимия обеспечивает более простой способ оценки характера миграции рыб. Микрохимия отолитов использовалась для идентификации и разграничения Атлантическая треска запасы в Канадский воды.[1] Он также использовался для определения миграционных моделей проходной сиг.[2]

Не менее важно понять естественное происхождение, потому что районы, где рыба нерестится и обитает в период критического личинка период должен быть идентифицирован и защищен. Натальное происхождение также важно для определения того, являются ли регионы источниками или поглотителями рыбных запасов. В прошлом предполагалось, что естественное происхождение происходит на основе сбора на нерестилищах. Микрохимия отолитов в последние годы показала, что это не всегда так. Он предоставил точный способ оценить естественное происхождение рыбы, не собирая ее на нерестилищах. Микрохимия отолитов использовалась для точной идентификации рыбных питомников в устьях рек.[3]

Химический состав

Отолиты начинают формироваться вскоре после вылупления рыбы. Отолиты состоят из кристаллического карбонат кальция структура, в виде арагонит, на белковой матрице. Карбонат кальция диффундирует через эндолимфа клеточная мембрана и слои арагонита постоянно осаждаются дискретными порциями. Эти приращения постоянно хранятся в слоях, и их состав не изменяется с течением времени. Наряду с карбонатом кальция в следовых количествах откладываются другие химические вещества. Наиболее распространенными микроэлементами, обнаруженными в отолитах, являются щелочные земные металлы Стронций (Sr), Барий (Ba), и Магний (Mg), потому что они принадлежат к группе щелочноземельных металлов, такой как кальций, и поэтому имеют такое же сродство к связыванию. Это позволяет этим щелочной земные металлы для замены кальция в арагоните без изменения кристаллической структуры. Другие элементы и стабильные изотопы могут откладываться в более низких концентрациях в структуре арагонита и в белковой матрице. Поглощение химических веществ отолитом является многоступенчатым и сложным, но химический состав Размер дискретных слоев пропорционален окружающей воде, 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 для микрохимического анализа обычно используется только самая большая, известная как саггита. Ядро отолита соответствует самому раннему личиночному периоду жизни рыбы. Таким образом, микрохимия сердцевины отолита может быть использована как средство определения естественного происхождения рыбы.[1]

Методы анализа

Вода

Недавний прогресс в подходе к микрохимическому анализу отолитов включает: химия воды анализ в сочетании с микрохимическим анализом отолитов.[5] Чтобы стандартизировать химические концентрации, все концентрации элементов записываются в пропорции к Ca. Разницу между пресной и соленой (морской) водой различить проще всего. Соленая вода имеет гораздо более высокую концентрацию растворенных химических веществ, чем пресная вода. Несмотря на многочисленные различия в химическом составе, эти две среды можно легко отличить всего по двум концентрациям элементов; Ba и Sr. Ba встречается в более высоких концентрациях в пресной воде и в более низких концентрациях в морских. И наоборот, Sr встречается в более высоких концентрациях в морских водах и в более низких концентрациях в пресной воде. Эта связь четко прослеживается в химии отолитов.

Хотя отделить пресные воды от морских относительно несложно, для изучения пространственных и временных вариаций в биомах требуется более мелкое разрешение. В пресноводных средах исследование изотопных отношений Sr87 / Sr86 часто используется для обеспечения большего пространственного разрешения.[5]

Оптико-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-ОЭС ) и атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES ) - два распространенных метода, которые работают, управляя перегретым плазма в пробе воды и анализ выделяемых газов на следовые количества различных химикатов. Другой распространенный метод - это лучевой подход, известный как индуцированное протонами рентгеновское излучение. В этой технике луч протоны направлен на образец и последующие рентгеновский снимок выбросы анализируются для определения химического состава пробы.

Отолит

Как только химические признаки областей воды определены, отолиты могут быть проанализированы 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 к анализу.

Когда данные для движение рыбы желательны данные о временном или натальном происхождении, тогда используется подход целевой порции. Этот подход также известен как подход на основе луча, поскольку он использует сфокусированный луч для анализа небольшой части отолита за раз. Все методы, основанные на лучах, начинаются с разрезания отолита по ширине через ядро, чтобы выявить поперечное сечение, содержащее каждый слой, начиная с начала координат. Этот раздел помещен в полиэфирная смола удерживать его на месте. Затем луч направляется в желаемую область и анализируется химический состав. Для исследований натального происхождения анализируется ядро. Для исследования временных вариаций с помощью луча анализируется разрез от керна через все слои до внешнего края отолита. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной лазерной абляцией (LA-ICPMS) является наиболее точной и универсальной. LA-ICPMS использовалась для многочисленных исследований натального происхождения и временных вариаций.[2][6] В этой технике используется очень тонкий луч лазера для абляции или выжигания очень мелкого слоя отолита. Выбросы от этого затем анализируются на химический состав.

Значения стабильных изотопов отолитов также использовались для определения климата в прошлом.[7] Отолиты рыб возрастом 172 миллиона лет были использованы для изучения окружающей среды, в которой жили рыбы.[8] Роботизированные устройства для микродробления использовались для получения записей с очень высоким разрешением о рационе, истории жизни и температуре на протяжении всей жизни рыб, включая их естественное происхождение.[9]

Рекомендации

  1. ^ а б Кампана, С. Э., Фаулер, А. Дж. И К. М. Джонс. 1994. Отпечатки элементарных отолитов для идентификации стада атлантической трески (Gadus morhua). Канадский журнал рыболовства и водных наук 51: 1942-1950
  2. ^ а б Халден, Н.М. и Л.А. Фридрих. 2008. Распределение микроэлементов в отолитах рыб: естественные маркеры жизненного цикла, условия окружающей среды и подверженность выбросам хвостов. Минералогический журнал 73: 593-605.
  3. ^ Торролд С. Р., Джонс К. М., Сварт П. К. и Т. Е. Таргетт. 1998. Точная классификация молоди слабой рыбы Cyniscion regalis по эстуарным питомникам на основе химических сигнатур в отолитах. Серия «Прогресс морской экологии» 173: 253-265
  4. ^ а б Кампана, С. Е. 1999. Химия и состав отолитов рыб: пути, механизмы и применения. Серия «Прогресс морской экологии» 188: 263-297.
  5. ^ а б Старрс, Д; Эбнер, Б; Фултон, К. (25 ноября 2014 г.). «Все в ушах: открытие биологии раннего периода жизни и пространственной экологии рыб». Биологические обзоры. 91 (1): 86–105. Дои:10.1111 / brv.12162. PMID  25424431.
  6. ^ Мохан, Дж. А. 2009. Использование местообитаний молодых полосатых окуней (Morone saxatili) в проливе Альбемарл по данным отолитов и химического состава воды. Магистерская диссертация. Университет Восточной Каролины, Гринвилл, Северная Каролина
  7. ^ Уильям П. Паттерсон, Джеральд Р. Смит и Кигер К. Ломанн (1993) Континентальная палеотермометрия и сезонность с использованием изотопного состава арагонитовых отолитов пресноводных рыб http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM078p0191/summary
  8. ^ Уильям П. Паттерсон (1999) Самые старые изотопно охарактеризованные отолиты рыб дают представление о юрском континентальном климате Европы http://geology.geoscienceworld.org/content/27/3/199.full.pdf+html
  9. ^ «Уведомление о перенаправлении».