Két mindenevő édesvíz stabil izotóp-étrend – szöveti diszkriminációs tényezőinek nagy változékonysága

ABSZTRAKT

BEVEZETÉS

A stabil izotópanalízis alkalmazása az ökológiában jelentős betekintést enged a fajok kölcsönhatásainak számos aspektusába (Boecklen et al., 2011). A 13 C és 12 C (δ 13 C), valamint a 15 N és 14 N (δ 15 N) arányának természetes változásait széles körben alkalmazták vízi környezetben végzett trofikus és táplálékhálós vizsgálatokban, és például feltárták a nem őshonos halak az őshonos halközösségekben (Cucherousset et al., 2012; Tran et al., 2015), valamint a veszélyeztetett fajok mozgása és ökológiája (Seminoff et al., 2012; Hamidan et al., 2015). A stabil izotóparányok értelmezése szempontjából kritikus az a lépésenkénti dúsulás, amely a fogyasztói fajok és a zsákmányforrások között trofikus szintek mentén következik be (Boecklen et al., 2011), más néven izotópos frakcionálási vagy diszkriminációs faktor (Martínez del Rio és Wolf, 2005).

A stabil izotóp-diszkriminációs tényezők egyre fontosabb alkalmazása a Bayes-i keverési modelleken belül van, amelyek a feltételezett élelmiszer-erőforrásokra vonatkozó adatok alapján jósolják a fogyasztói étrend arányos összetételét (Jackson és mtsai, 2011). Ezeket a modelleket az elmúlt években széles körben alkalmazták, ideértve az allokton és autochton élelmiszerforrások édesvíz-fogyasztókban történő felhasználásával kapcsolatos kérdéseket (Gray és Jackson, 2012), valamint az őshonos és nem őshonos taxonok relatív hozzájárulását a fogyasztói étrendhez (Britton és mtsai., 2010). Ezeknek a modelleknek alapvető követelménye a szilárd izotóp-diszkriminációs tényezők megbízható becslése a zsákmányerőforrások és az elemzett fogyasztói szövetek között (Bond és Diamond, 2011; Phillips et al., 2014). Általánosságban azt feltételezik, hogy a diszkriminációs tényezők állandóak a vizsgált fogyasztó mérettartományában és étrend-spektrumában, figyelmen kívül hagyva azokat a lehetséges különbségeket, amelyek például az ontogenitás révén bekövetkező étrend-változások révén jelentkezhetnek (Mill és mtsai., 2007; Phillips és mtsai., 2014).

A fogyasztók közötti állandó diszkriminációs tényezők ezen általános alkalmazása a keverési modelleken belül potenciálisan problematikus, mivel a tanulmányok egyre inkább azt sugallják, hogy fajták, életkor, étrend-összetételek, testméretek, mintakészítmények és szövettípusok között változhatnak (Locke és mtsai, 2013; Brush és mtsai, 2012; Busst és mtsai, 2015). A gyakran idézett 3,4 ± 0,98 ‰ δ 15 N értékek és 0,39 ± 1,3 ‰ értékek δ 13 C esetén (DeNiro és Epstein, 1981; Minagawa és Wada, 1984; Post, 2002) így sok modellben való használatra alkalmatlanok lehetnek, így étrendi előrejelzésekben, amelyeknek fajon belüli és közötti változékonysága inkább a nem megfelelő diszkriminációs tényezőknek köszönhető, mint a tényleges étrendi variációknak (Busst et al., 2015). Azok a speciális élelmiszerek, amelyek hozzájárulnak a fogyasztók általános étrendjéhez, jelentősen befolyásolhatják stabil izotóp-diszkriminációs tényezőiket (Caut és mtsai, 2008). Például McCutchan és mtsai. (2003) azt javasolta, hogy a gerinctelen alapú étrenddel rendelkező fogyasztóknál alacsonyabb a δ 15 N megkülönböztetési tényezők (1,4 ± 0,21 ‰), mint a magasabb fehérjetartalmú (3,3 ± 0,26 ‰) étrenddel rendelkező fogyasztóknál; a vegyes étrend értékeket biztosított ezek között (2,2 ± 0,30 ‰). Növényevő halakban a δ 15 N diszkriminációs tényezőit 5,25 ‰-ig rögzítették (Mill és mtsai., 2007), Carassou és mtsai. (2008) arra utalnak, hogy egyértelmű stabil izotóp-diszkriminációs tényezőik vannak, amelyek megkülönböztetik őket a hasevő halaktól.

Ennek megfelelően a fogyasztói fajok étrendjének hosszú távú összetétele és a stabil izotóp-diszkriminációs tényezők étrendi elemekkel való kapcsolatának megértése előfeltétele annak, hogy a modellekből robusztus étrend-előrejelzéseket kapjunk (Parnell et al., 2013; Phillips et al. ., 2014). Míg a növényevő, a rovarevő és a halevő halak között gyakran egyértelmű diszkriminációs különbségek mutatkoznak, ez a mindenevők számára bonyolultabbá válik, mivel étrendjük potenciálisan sokféle élelmiszerforrást tartalmazhat, ellentétes diszkriminációs tényezőkkel (Caut et al., 2008; Florin et al., 2011). Ez a változatosság tehát beépíthető a modellekbe, és bár ezt meg lehet tenni súlyozott átlagaik felhasználásával (Florin és mtsai., 2011), Robbins és mtsai. (2010) téves becslések szerint a halliszt és a szójaliszt előfordult az asszimilált vegyes étrendek étrendi nitrogénjében, amikor ezeket keverési modellekben alkalmazták.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Kísérleti terv

A minta halak tóakvakultúrából származnak, ahol étrendjük természetes élelmiszerek (zooplankton és makro-gerinctelenek) keveréke volt, kiegészítve néhány formulázott takarmánnyal. A kísérletben a kiindulási hosszuk körülbelül 60–80 mm volt (átlagosan 69,4 ± 0,9 mm), testtömegük pedig 2–7 g (átlagosan 3,8 ± 0,2 g). Minden kísérleti eljárást és etikai előírást a brit belügyminisztérium PPL30/3094 projektengedélyével hajtottak végre.

Étrendenként és fajonként az egyes szövettípusok száma, a villák átlagos kezdő- és véghossza, valamint a stabil izotópértékek

Stabil izotóp elemzés

Kapcsolatok a δ 13 C és a δ 15 N és az étrend – szövet diszkriminációs tényezők között

A stabil izotóp-analízist követően (amelyet a fentiek szerint fejeztünk be) az egyes fajok δ 13 C és δ 15 N adatait általános lineáris modellek (GLM) alkalmazásával teszteltük az egyes szövetek és étrend közötti megkülönböztetés (Δ) mértékére. A függő változó δ 13 C vagy δ 15 N volt az étrend (krill, búzacsíra vagy halliszt) és a szövet típusa (izom, uszony vagy pikkelyek) független változóival szemben. Az étrend és az egyes szövetek fajonkénti δ 13 C- vagy δ 15 N-értékeinek átlagkülönbségeinek vizsgálata a GLM-ek által generált becsült marginális átlagokat és azok páros összehasonlítását Bonferroni-kiigazításokkal többszörös összehasonlítás céljából használta. A páronkénti összehasonlítások a fajokra és az étrendre jellemző megkülönböztetési tényezőket szolgáltatták az egyes étrendek és szövettípusok δ 13 C és δ 15 N korrigált értékei közötti átlagos különbség, valamint a δ 13 C és δ különbségek szignifikanciája révén. 15 N szövetenként, fajonként és étrendenként. Az összes statisztikai elemzést az IBM SPSS Statistics (v22) alkalmazásával fejezték be.

Kapcsolatok a δ 13 C és δ 15 N változása és a hal tömegének változása között

Az δ 13 C és a δ 15 N változásának mértéke és a hal növekedése közötti összefüggés teszteléséhez az izotóp adatokat kiszámítottuk a kísérlet végén levő értékek levonásával azokból a szövetmintákból nyert értékekből, amelyek kezdete. Az egyes halakat PIT tag kódjukon keresztül azonosítottuk, lehetővé téve a tömeg növekedését a kísérlet során. Ezután az egyváltozós lineáris regressziókat minden izotópra (δ 13 C és δ 15 N), valamint minden fajra és táplálékra (krill és búzacsíra) külön elvégeztük, ahol a független változó a tömeg növekedése, a függő változó pedig az izotóp értékének különbsége volt. a kísérlet kezdete és vége között.

EREDMÉNYEK

Stabil izotóp diszkriminációs tényezők az étrend és a szövetek között

A diéták stabil izotópértékei jelentős eltéréseket jeleztek közöttük. A hallisztből táplált halaknak volt a legmagasabb a δ 13 C értéke, a búzacsírával etetetteknek a legmagasabb a δ 15 N értéke, a krillel tápláltaknak pedig a legalacsonyabb a δ 15 N és a legalacsonyabb δ 13 C értéke (1. táblázat).

Az izom-, uszony- és pikkelyszövetek izotópos aláírásukban is megkülönböztethetők voltak, az izomban a legmagasabb δ 15 N volt, a finszövet, majd a pikkelyek következtek, a szövetek közötti összefüggéssel a δ 13 C esetében (1. táblázat). Ezek a kapcsolatok konzisztensek voltak mindkét fajban és minden étrendben. Ezeket a szövetenkénti és étrendenkénti stabil izotóp adatok különbségeit (1. táblázat) GLM-ekben teszteltük. Ezek szignifikánsak voltak (δ 13 C: F17,155 = 164,76, P15N: F17,155 = 30,56, P Tekintse meg ezt a táblázatot:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése
Powerpoint letöltése

A δ 13 C és a δ 15 N különbségek a halszövetenként és a fajonkénti étrend között

Különbségek a δ 13 C-ban és a δ 15 N-ben halszövetenként és fajonként minden étrendnél

Az izotópértékek ezen különbségei a három étrend közötti diszkriminációs tényezők jelentős változását eredményezték. Az egyes fajok esetében a legnagyobb különbség a diszkriminációs faktorokban a búzacsíra és a halliszt között volt (1. ábra). A búzacsíra esetében a B. barbusban és a S. cephalusban a Δ 13 C esetében regisztrált legnagyobb megkülönböztetési tényező 5,6, illetve 5,0 volt (mindkettő skálaszövetben); A Δ 15 N esetében a B. barbus és a S. cephalus esetében regisztrált legnagyobb megkülönböztetési tényező 6,9, illetve 6,8 volt (1. ábra). Ezzel szemben a hallisztnél a B. barbusban és a S. cephalusban a Δ 13 C-ra regisztrált legnagyobb megkülönböztetési tényező 4,7, illetve 4,9 volt (ismételten, mindkettő skálaszövetben); Δ 15 N esetében a legnagyobb megkülönböztetési tényező mindkét faj esetében csak 2,4 volt (1. ábra).

Stabil izotóp diszkriminációs tényezők (Δ 13 C és Δ 15 N). Az adatok a Barbus barbusra (A, C, E) és a Squalius cephalusra (B, D, F), valamint az izmokra (A, B), az uszony szövetére (C, D) és a pikkelyekre (E, F) vonatkoznak. Nyílt háromszögek, búzacsíra diéta; nyitott terek, halliszt-diéta; nyitott körök, krill diéta. A kitöltött szimbólumok megegyeznek a nyitott szimbólumokkal, azzal a különbséggel, hogy az átlagértékeket és pl.

A stabil izotóp adatok változásai az uszonyszövetekben (csak krill és búzacsíra)

Az egyes halakból a kísérlet előtt és után vett uszonyos klipek stabil izotóp adatai feltárták a kísérleti időszakban bekövetkezett izotópváltozás mértékét (4. táblázat), GLM-ekkel tesztelve az ezen adatok közötti különbségek jelentőségét. Az átfogó modellek szignifikánsak voltak (δ 13 C: F11,93 = 59,77, P 15 N: F11,93 = 122,46, a finszövetek P 15 N a kísérleti periódus kezdete és vége között mindkét étrend esetében (P 13 C, különbségek csak a búzacsíra szempontjából voltak jelentősek (P A táblázat megtekintése:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése
Powerpoint letöltése

A kísérleti periódus kezdete és vége közötti stabil izotóp adatok és a finszövet diétás diszkriminációs tényezőinek összehasonlítása

Páronkénti összehasonlítás az úszószövet stabil izotóp adatainak lineáris modelljeiből a kísérlet kezdete és vége között

A kísérleti időszak során a testtömeg növekedése nyilvánvaló volt minden krillel és búzacsírával táplált hal esetében (6. táblázat). Az egyváltozós lineáris regressziók eredményei, amelyek tesztelték az egyes halak uszonyszöveteiben található stabil izotópok változásának mértékét a testtömeg változásával a kísérlet során, rávilágítottak a fajok és az étrendek közötti következetes mintázat hiányára (6. táblázat). Ugyanakkor a krill-diétán mindkét faj esetében szignifikáns összefüggés volt az izotópos változás és a tömeg növekedése között (P Tekintse meg ezt a táblázatot:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése
Powerpoint letöltése

Kapcsolat a haltömeg növekedése között a kísérleti időszakban, valamint az δ 13 C és δ 15 N eltolódása között, egyedi egyváltozós lineáris regressziók alapján

VITA

Diéta – szövet diszkriminációs tényezők

A Δ 13 C esetében a szakirodalom általában a halak hátsó fehér izmának 0 ‰ és 1 values közötti értékeket javasol (pl. Peterson és Fry, 1987; Phillips és mtsai, 2005; Cucherousset és mtsai, 2012), Post (2002) ) 0,39 ± 1,3 ‰ átlagot javasol, amelyet nemrégiben alkalmaztak a keverési modelleknél a halak étrend-összetételének becslésére (pl. Bašić et al., 2015). Sweeting és mtsai. (2007b) szerint 1,5 ‰ alkalmasabb a Δ 13 C-ra a halizmok esetében, és a lipidkezelésen át nem esett minták magasabb értékekkel rendelkezhetnek, például 2,27 ‰. Ez utóbbi következtetés összhangban áll az összes étrend eredményeivel, ahol a hátsó izom legalacsonyabb Δ 13 C értéke 2,0 ‰, a legmagasabb 3,8 ‰ volt, és ahol az alacsony C: N arány miatt egyetlen mintán sem esett lipidkezelés.

A két halfaj összehasonlításakor a diszkriminációs tényezők általában magasabbak voltak a B. barbus-nál, mint a S. cephalus-nál, függetlenül az étrendtől és annak ellenére, hogy a faj azonos családba tartozik. A fajok közötti diszkriminációs tényezők közötti különbségek okai nem voltak egyértelműek. Bár a szomatikus növekedési különbségek eltéréseket eredményezhetnek a szövetek izotópos dúsulásában (Thomas és Crowther, 2015; Vander Zanden et al., 2015), és a nemek közötti megkülönböztetési tényezők közötti különbségek magyarázataként használták őket (Kurle és mtsai, 2014 ), az egyes fajok táplálékonkénti növekedési növekedése vizsgálatunkban hasonló volt. Míg a különbség összefügghet a szövetek metabolikus aktivitásának és az izotópos útválasztás fajspecifikus különbségeivel, mivel ezek egyaránt befolyásolhatják a diszkrimináció mértékét (Caut és mtsai, 2008; Vander Zanden és mtsai, 2015), ez spekulatív és nem vizsgálták tovább. Igazolják mind a fajon belüli, mind a fajon belüli megkülönböztetési tényezők megértésének alapvető összetettségét, valamint a különböző zsákmánycikkek fajspecifikus megkülönböztetési tényezők közötti különbségek meghatározásának fontosságát.

Stabil izotópértékek a különböző szövetekben

A kimenetekből az is nyilvánvaló volt, hogy a stabil izotópértékek változékonyságot mutatnak a szövettípusok között, az izom általános mintázata mindig δ 15 N-ban dúsul és δ 13 C-ban kimerül az usztszövethez és a pikkelyekhez képest. Ez összhangban volt Busst és mtsai. (2015), aki az itt használt két modellfaj, valamint a Cyprinidae család nyolc másik fajának vadon élő és laboratóriumi populációival azonos összefüggésekről számolt be. Ezek az általános minták összhangban voltak az izom- és uszony szöveti mintáival a chinook lazac Oncorhynchus tshawytscha, a patakos pisztráng Salvelinus fontinalis, a pisztráng Salmo trutta, a szivárványos pisztráng Oncorhynchus mykiss és az atlanti lazac Salmo salar esetében (Pinnegar and Polunin, 1999; Jardine et al., 2005; Sanderson és mtsai, 2009; Graham és mtsai, 2013). Tronquart és mtsai. (2012) szintén hasonló kapcsolatokat mutatott ezen szövetek között 14 európai édesvízi hal esetében.

A szövetek izotóp-dúsításának ezek a különbségei az aminosav-profilok variációjához kapcsolódhatnak (Reich et al., 2008). Az egyes aminosavak δ 15 N és δ 13 C értéke jelentősen változhat (McClelland és Montoya, 2002; Fogel és Tuross, 2003), és így a szövet aminosav-összetételének különbségei eltérésekhez vezethetnek a szövetek izotóp diszkriminációjában ( Howland et al., 2003), bár ezt itt nem tudtuk tesztelni. A különbségeket valószínűleg befolyásolják olyan tényezők is, amelyek meghatározzák a szövetekben az izotópforgalmat, a szomatikus növekedést és az anyagcsere-helyettesítést (Martínez del Rio és mtsai, 2009; Weidel és mtsai, 2011; Thomas és Crowther, 2015; Vander Zanden és mtsai. ., 2015). A szövetek változó metabolikus aktivitása miatt az egyes izotóp-forgalom sebessége gyakran eltér, szoros kapcsolatban áll a forgalom és az anyagcsere között; halaknál a belső szervek és a vérplazma izotópjainak felezési ideje rövidebb, ezért gyorsabb a forgalma, mint a teljes vérben és az izmokban (Thomas és Crowther, 2015; Vander Zanden et al., 2015). Továbbá Weidel et al. (2011) szerint sok hal-étrend-váltás tanulmány arra a következtetésre jut, hogy a növekedés elsősorban a δ 13 C változásért felelős, és az anyagcsere-helyettesítés elhanyagolható hatással volt a forgalomra.

Összefoglaló következmények a mindenevő halakra

E tanulmány eredményei azt mutatják, hogy két különböző mindenevő hal esetében különbségek voltak az étrend – szövet diszkriminációs tényezők között étrendenként és fajonként. Noha további munkára van szükség az ebben részt vevő folyamatok egy részének szétválasztásához, ennek ellenére bizonyítják, hogy a mindenevő halak étrendi elemzése stabil izotóp-analízissel jelentős figyelmet igényel a fogyasztói fajok és feltételezett zsákmányforrásaik szerinti diszkriminációs tényezőkre. Azt is elárulják, hogy a halak pusztító mintavétele a hátizom mintavételére helyettesíthető roncsolásmentes mintavétellel egy „uszonykapocs” vagy skála alkalmazásával, amelyet elemezni kell, megkönnyítve ezzel az elmozdulást a nem destruktív mintavételi módszerek a stabil izotópszövet-gyűjtéshez.

LÁBJEGYZETEK

Versenyző érdekek

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek versengő vagy pénzügyi érdekeik.

Szerzői hozzájárulások

G.M.A.B. és J.R.B. megtervezte a tanulmányt; G.M.A.B. összegyűjtötte és elemezte az adatokat; G.M.A.B. és J.R.B. írta a kéziratot.

Finanszírozás

Ez a kutatás nem kapott külön támogatást egyetlen finanszírozó ügynökségtől sem az állami, sem a kereskedelmi, sem a nonprofit szektorban.