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小型心率数据记录器在大型自由移动甲壳类动物中的应用:方法开发和验证

小型心率数据记录器在大型自由移动甲壳类动物中的应用:方法开发和验证

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详细介绍

引言

心率(HR)已在各种各样的脊椎动物和无脊椎动物类群中得到测量(例如,deFur和Mangum,1979年;Davies和Morris,1993年;Acharya等人,2006年;von Borell,2007年)。它被用作代谢率和应激水平的指标,并用于量化对环境和生物变量的生理反应(DeFur和Mangum,1979年;Handy和Depledge,1999年;Wikelski和Cooke,2006年;Green,2011年)。关于十足目甲壳动物的心肺生理学有大量数据(McGaw和Reiber,2015年综述)。十足目甲壳动物的心血管系统由一系列复杂的动脉和类似毛细血管的血管组成,以至于它被认为是部分封闭而非开放循环系统(Reiber和McGaw,2009年)。尽管心输出量受心率和每搏输出量变化的影响,且二者可相互独立调节,但仅测量心率仍能为十足目甲壳动物的代谢变化、应激水平以及对环境扰动的反应提供重要信息(Stillman,2004年;McGaw和Reiber,2015年;McLean和Todgham,2015年)。

甲壳动物的心率已通过多种技术进行测量,如阻抗转换(deFur和Mangum,1979年;Stillman,2004年)、脉冲多普勒(Airriess等人,1994年;McGaw等人,1994年)以及红外发射器(Depledge和Anderson,1990年;Bamber和Depledge,1999年;Tepolt和Somero,2014年),而对于透明虾,可用高速摄像测量(Spicer,2001年;Harper和Reiber,2006年)。使用阻抗转换和脉冲多普勒测量心率需要相当大的操作,传感器要伸入体腔。使用红外发射器的侵入性较小,但动物仍要携带必须连接到记录设备的探针线。此外,螃蟹常常会抓住并弄掉探针(McGaw,2004年),这通常需要某种形式的约束(Stillman,2004年;Tepolt和Somero,2014年);这本身就可能扰乱心率模式(I. J. McGaw和S. J. Nancollas,未发表的观察结果)。尽管所有这些方法都有其优点,并已用于收集大量有趣的信息,但由于电子接口的原因,几乎所有实验都是在实验室进行的。在野外进行的实验较少(Bojsen等人,1998年;Styrishave等人,2003年),但动物仍必须被限制在笼子里,并且仍然系在记录仪器上。在自然环境中测量自由活动的十足目动物长期心率的方法尚未得到测试。这很重要,因为最近的一篇文章表明,仅仅在与野外条件相似的实验装置中监测动物,就可能对生理反应产生重大影响(Simonik和Henry,2014年)。事实上,如果装置中有一层沙子,首长黄道蟹的心率会降低并变得更稳定(Florey和Kriebel,1974年),与被限制的动物相比,自由活动的美洲螯龙虾对缺氧的反应可能不同(McMahon和Wilkens,1975年)。因此,从实验室研究推断并应用于野外发现时可能存在局限性。

技术的进步和设备的小型化导致了数据记录器的发展,这些记录器已经小到可以附着在鱼类、两栖动物、鸟类和无脊椎动物身上,以便在自由活动的动物中进行数据收集(Weimerskirch等人,2002年;Campbell等人,2005年;Curtis和McGaw,2008年;Clark等人,2010年)。在过去的15年里,已经开发出记录心脏活动的数据记录器,并成功用于监测鱼类、爬行动物、鸟类和哺乳动物的心率(Cooke等人,2004年综述)。为了实现最佳使用,它们必须植入体内,这需要对动物进行相当广泛的手术和恢复过程(Campbell等人,2005年;Clark等人,2010年、2013年)。此外,它们还充满技术难题(Cooke等人,2004年),再加上成本高昂,这阻碍了它们的广泛使用(Cooke等人,2004年、2016年)。由于它们体积相当大,这些心率记录器尚未用于无脊椎动物。在本研究中,我们描述了一种在十足目甲壳动物中使用这些记录器的方法的开发。我们将记录器部署在几种不同大小的甲壳动物物种上,并在不同环境中进行,以验证它们的用途并确定其局限性。这些记录器的优势在于它们有可能开辟一个新的研究领域,使人们能够将动物带出实验室并在野外长时间监测它们。