Az étrend-összetétel hatása a kék rák, Callinectes sapidus fitneszére

Benjamin A. Belgrad

1 Föld, Óceán és Környezet Iskola, Tengeri Tudomány Program, University of South Carolina, Columbia, South Carolina, Amerikai Egyesült Államok

Blaine D. Griffen

1 Föld, Óceán és Környezet Iskola, Tengeri Tudomány Program, University of South Carolina, Columbia, South Carolina, Amerikai Egyesült Államok

2 Biológiai Tudományok Tanszék, University of South Carolina, Columbia, South Carolina, Amerikai Egyesült Államok

A kísérletek kidolgozása és megtervezése: BAB BDG. Végezte el a kísérleteket: BAB. Elemezte az adatokat: BAB BDG. Hozzájáruló reagensek/anyagok/elemző eszközök: BAB BDG. Írtam a papírt: BAB BDG.

Társított adatok

Absztrakt

Bevezetés

Számos tanulmány megállapította, hogy az egyéni étrend és a fiziológiai jólét egymástól függ. A diéta döntő szerepet játszik az organizmus metabolikus hatékonyságában [1–2] és homeosztázisában [3]. Az étrend szintén befolyásolhatja a nehézfémek felhalmozódását és toxicitását [4–5], sőt az egyének hosszú élettartamát [6–7], valamint az egyének reproduktív teljesítményét is befolyásolja [8–9]. Az étrend megváltozása tehát közvetett módon megváltoztathatja a populáció dinamikáját azáltal, hogy megváltoztatja az egyén hosszú élettartamát vagy utódtermelését. Táplálkozási változásokat javasoltak a tengeri madarak egyes fajainak [10–11] és a parti rákok [12] populációcsökkenésének, valamint a pisztráng rengetegségének ingadozásának mechanizmusaként [13].

A szervezetek számos okból megváltoztathatják étrendjüket. Az ontogenetikus étrendi váltások széles körben elterjedt jelenségek [14–15]. Az érett személyek gyakran eltérő zsákmányt fogyasztanak, mint a fiatalkorúak, olyan fejlődési változások miatt, amelyek különbségeket okoznak a méretben, a versenyképességben és az anyagcsere folyamatokban [14]. Az étrend a környezeti változásokra reagálva is elmozdulhat. Például a szezonális változások [16], az éghajlati viszonyok elmozdulása [10, 17] és a fajok inváziója [18–19] táplálkozási elmozdulásokat indukálhatnak akár új fogyasztandó fajok bevezetésével, akár az őshonos fajok elérhetőségének megváltoztatásával. A betegségek is okozhatnak táplálkozási elmozdulásokat, vagy csökkentve a zsákmányfajok számát [20], vagy rontva a gazdaszervezet képességét a zsákmány megemésztésére vagy befogására [21]. Végül a szennyezés étrendi változásokat okozhat a fogyasztói magatartás megváltoztatásával és/vagy az etetési képességek csökkentésével. Ilyen például a kék rák, a Callinectes sapidus [22].

Normális esetben a kék rákok étrendje 20–40% puhatestűből, 10–26% ízeltlábúból, 5–12% halból és 1–7% polichaetából áll [22–24]. Az algák, az üledék és a detritus szintén kis százalékot alkothat (

Az étrend normál körülmények között 3% -a [22–24]. A torkolatokon belül a fémekkel szennyezett rákok azonban túlnyomórészt növényi anyagokat/algákat (27%) és üledékeket/detritusokat (39%) fogyasztanak, és jóval kevesebb állati szövetet (34%); feltehetően a koordináció zavara és az aktív zsákmány (pl. hal; [22]) elfogásának képessége miatt. A fémszennyezés az általános élelmiszer-fogyasztást is csökkenti, és a rákok kannibalisztikusabb hajlamot, valamint rendellenesen agresszív viselkedést okoznak [22, 25]. Az egyes rákok étrendjét számos egyéb tényező is befolyásolhatja, beleértve az élelmiszer-hozzáférhetőséget [26], az egyéni preferenciákat [27], a rák méretét [28] vagy a fiziológiai állapotot [24].

A kék rákok kereskedelmi szempontból fontos fajok, amelyek az Atlanti-óceán nyugati részén található torkolatokban élnek, és előfordulhatnak Új-Skóciától Észak-Argentínáig [29–30]. A fajt a 19. század vége óta kereskedelmi halászatok takarították be, és ma több millió dolláros iparágat jelent, amely az Egyesült Államok legnagyobb rákhalászata (fontonként) lesz [31–33]. A kék rákok ökológiailag is fontos fajok. Szervezetek sokféleségét fogyasztják több phylában, és több mint 100 faj zsákmányaként is szolgálnak [23–24]. Ragadozó tevékenységeiknek messzemenő következményei lehetnek, mivel a kéthéjú halálozási arány ingadozása gyakran egybeesik a kék rákbőséggel [34], a kék rákok általi ragadozás pedig a bentos infaunal közösségek szerkezetét szabályozhatja [35]. Így a táplálékválasztásnak e fajnál az egyéni fiziológiai teljesítményre és a termékenységre gyakorolt hatása fontos gazdasági és ökológiai következményekkel járhat.

Ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy megvizsgálja az étrend, az élettani állapot, a termékenység és a kék rák, a C. sapidus viselkedését, hogy megértsék az étrend kiválasztásának fontosságát a kék rák populáció dinamikájában. Ezért kísérletileg manipuláltuk a rákok étrendjét mind minőségileg, mind mennyiségileg, és mértük a rákpusztulás, a reproduktív potenciál (a reprodukcióba fektetett szövet mennyisége és a petesejt nagysága), a hosszú távú energiaraktárak (hepatopankreas mérete és lipidtartalma) és az agresszió különbségeit. A kék rákok várhatóan csökkentett reprodukciós potenciállal és csökkentett energiatárral rendelkeznek a tengeri moszat étrendjének fogyasztása miatt, mivel a rákok általában elsősorban állati szöveteket fogyasztanak, míg az agresszió fokozódni várható az éhség fokozódásával.

Mód

Mintavétel és tartás

Összegyűjtöttünk 60 érett nőstény Callinectes sapidus-ot (átlag ± SD hasfal szélessége = 14,5 ± 0,8 cm), amelyekből egyetlen végtag sem hiányzott, csalitos rákcsapdákkal az Északi-bemenet nemzeti torkolati kutatási rezervátumából (É 33 ° 20'N, 79 ° 10'W, Georgetown, Dél-Karolina). A kék rákok terepi gyűjtését a Dél-Karolinai Természeti Erőforrások Minisztériuma által kiadott engedély alapján végezték, és a kék rákok nem veszélyeztetett fajok. A rákokat 2014. május elején kapták egy hét leforgása alatt, egy hónappal az ívási csúcs előtt [36–37]. A kísérletet blokkokban kezdtük (összesen 5 db), amikor a rákokat elfogták, így a vizsgálat megkezdése és etetése előtt 24 óránál hosszabb ideig nem tartottak rákokat.

A rákokat a Baruch Intézet nedves laboratóriumába szállították (az északi bemenetnél), ahol azokat külön műanyag tartályokba (hosszúság 29,8 cm, szélesség 19,7 cm, magasság 20,3 cm) helyezték el hét átfolyó tartályban, amelyeket tengervízzel szállítottak közvetlenül az Északi-bemenetről. . A víz hőmérséklete megfelelt a környezeti feltételeknek és a kísérlet során 25,4-34,5 ° C között változott. Az egyes tartályokat 1,5 cm-es üledékréteggel töltötték meg, amely összegyűlt a mezőről, és folyamatosan sebességgel vett vizet

1,3 l/perc. Hetente egyszer a tartályokat akváriumi vákuummal megtisztítottuk, és a hordozó réteget új üledékkel pótoltuk. Ezt az üledéket azért bocsátották rendelkezésre, mert üledékre van szükség a normális tojástömeg kialakulásához ebben a fajban [38]. Az üledék további táplálékforrásként is szolgálhatott, bár az üledékfogyasztást nem mérték. A kísérlet vége előtt elhunyt rákokat lefagyasztották és -20 ° C-on tárolták a későbbi boncolás céljából. A rákok által előállított tojástömegeket a fagyasztóban tárolták a későbbi elemzésekhez. A kísérletet 12 hét után fejezték be, 2014. július 30-án, amikor a túlélő rákokat lefagyasztották későbbi boncolás céljából. A vizsgálat során nem történt olvadás, és a rákok csak a kísérlet kezdete után több mint két hétig haltak meg és nem születtek költéseket.

Táplálás

A rákokat állandó kísérleti táplálékkal etették minden második nap, és a felesleges ételt 24 óra elteltével eltávolították. A kagylókat felrepesztették, mielőtt a rákoknak táplálták volna, annak érdekében, hogy a kezelési erőfeszítések hasonlóbbak legyenek az egyes élelmiszertípusok között, és az elemzések során csak a kagyló lágyrész-súlyait használták. Binomiális eloszlású, általánosított lineáris modellt (GLM) alkalmaztunk annak meghatározására, hogy az élelmiszer típusa (kagyló, hal vagy tengeri moszat) vagy a felajánlott élelmiszer mennyisége (nagy vagy kis adagok) befolyásolja-e a rákpusztulást. Az összes statisztikai elemzést az R 3.0.2 változatban (R Development Core Team, Auckland, Új-Zéland) végeztük. Eredetileg a kísérleti blokkot és a tartályt blokkoló tényezőként vettük fel az alábbiakban ismertetett statisztikai modellekbe, azonban ezek nem voltak szignifikánsak, ezért az adatokat összes elemzéshez blokkokra és tartályokra osztották.

Viselkedésmérések

Szövetelemzések

A kísérlet végén rákokat boncoltak és a rákok elsődleges energiatároló szervét, a hepatopancreast [46] eltávolították az egyének relatív fiziológiai állapotának felmérése érdekében. Hasonlóképpen mind a petefészkeket, mind a fejlődő petéket eltávolították. Ezeket a kísérlet során keletkezett rákok bármelyikével kombináltuk, hogy meghatározzuk a reprodukcióba fektetett szövetrák mennyiségét. A májmirigyet, a reproduktív szöveteket és a rák többi részét külön-külön szárítottuk állandó tömegig 70 ° C-on. A hepatopancres tömegét elosztjuk a rák többi részének száraz tömegével, hogy a hosszú távú energiatárolók méretfüggetlen indexét (hepatosomatikus index; HSI) állítsuk elő, a [47] protokoll szerint. Hasonlóképpen, a reproduktív szövet tömege analóg számításon esett át, hogy a reprodukciós erőfeszítés méretfüggetlen indexét (gonadosomatikus index; GSI) állítsa elő. Külön kétirányú ANOVA-kat hajtottunk végre annak meghatározására, hogy a kínált ételtípus és adagméret hogyan befolyásolta a HSI-t és a GSI-t, majd Tukey többszörös összehasonlító tesztjeit követtük. Ezt megelőzően és az összes további statisztikai elemzés előtt Shapiro – Wilk teszteket végeztek a normalitás és a variancia homogenitása szempontjából.

Felmértük a hosszú távú energiatárolást a hepatopancreas lipidek szempontjából is. A hepatopancreas tömeges lipidtartalmát módosított Folch-módszerrel határoztuk meg, ahol a kloroformot hexánokkal helyettesítettük [48–49]. A hepatopancreas százalékos lipidösszetételét úgy határoztuk meg, hogy a kivont lipidek száraz tömegét elosztottuk a kezdeti hepatopancreas száraz tömegével. A hepatopancreas állapota és az étrend közötti kapcsolat egyértelmű bemutatása érdekében kétirányú ANOVA-t végeztünk az ételtípus és az adagméret hatásának felmérésére a hepatopancreas lipid százalékára, valamint egy lineáris, II. a hepatopancreas a hepatopancreas% lipidjeire.

A rák petesejtjeit úgy elemeztük, hogy szűrt tengervízzel rehidráltuk az egyes rákok petesejtjeit, és boncoló mikroszkóp alatt lefényképeztük, hogy meghatározzuk az átlagos tojástérfogatot (μm 3). Minden rákból véletlenszerűen tíz tojást választottak ki, és a tojások területeit kiszámolták a SIGMA Photo Pro szoftver 5.5.2 verziójával. Ez lehetővé tette számunkra, hogy a gömb egyenletének alkalmazásával visszaszámolhassuk a peték térfogatát. Az egyes rákok által termelt tojások számának hozzávetőleges becsléséhez kiszámoltuk az egyes tojások átlagos tömegét, az egyes rákokra előzetesen meghatározott tojástérfogatok felhasználásával, és feltételeztük, hogy a tojások sűrűsége megegyezik a vízével. A keletkezett peték teljes számát úgy kaptuk meg, hogy a tojások teljes tömegét elosztottuk egyetlen tojás becsült tömegével. Figyelembe véve a számítások igazolatlan feltételezéseit, ezeket a becsléseket csak az egyes egyedek között termelt petesejtek relatív számának összehasonlítására használjuk (mivel azonos feltételezéseket alkalmaztunk minden egyén esetében). Külön kétirányú ANOVA-kat használtak annak meghatározására, hogy a kínált étel típusa és adagmérete hogyan befolyásolja a termelt tojás méretét és számított mennyiségét. Tukey többszörös összehasonlító tesztjeit használták a páros különbségek meghatározására.

Eredmények

Halálozás

Összesen hat tengeri moszattal táplált rák pusztult el, míg csak egy kagylóval táplált rák halt meg, és a halakkal táplált rákokban nem volt halálozás. Megállapították, hogy a moszattal táplált rákok mortalitása szignifikánsan magasabb, mint a halakkal vagy kagylókkal táplált rákoké (GLM, df = 3, t = -2,908, p = 0,0052), de a felajánlott táplálék mennyisége nem változtatta meg jelentősen a mortalitást (GLM, df = 3, t = 0,268, p = 0,7893).