A conservação do mexilhão de água doce depende do monitoramento de padrões reprodutivos e processos de espécies. Este estudo padroniza um protocolo não letal para amostragem de conteúdo de brânquias, caracterizando o desenvolvimento larval e fornecendo um repositório digital para os dados coletados. Este pacote de protocolo-banco de dados será uma ferramenta importante para pesquisadores de mexilhão na recuperação de espécies imperadas.
Monitorar ativamente o tempo, o desenvolvimento e os padrões reprodutivos de espécies ameaçadas de extinção é fundamental quando se gerencia para a recuperação da população. Os mexilhões de água doce estão entre os organismos mais imperados do mundo, mas as informações sobre o desenvolvimento larval precoce (glochidial) e períodos de ninhada ainda faltam para muitas espécies. Estudos prévios centraram-se no estágio de história de vida complexa quando os mexilhões femininos estão prontos para parasitar peixes hospedeiros, mas poucos estudos têm se concentrado no período de ninhamento e no tempo de desenvolvimento larval. O protocolo aqui descrito permite que os pesquisadores avaliem não-letalmente o estado de gravidez para os mexilhões femininos. Os resultados deste estudo mostram que este método não afeta a habilidade de um mexilhão fêmea de permanecer gravid ou se tornar gravid outra vez após a amostragem foi executada. A vantagem deste método pode permitir seu uso em espécies ameaçadas ou ameaçadas de extinção federalmente ou outras populações de alta preocupação de conservação. Este protocolo pode ser adaptado para uso em indivíduos preservados ou vivos e foi testado em uma variedade de espécies de mexilhões. A base de dados fornecida é um repositório para uma amplitude da informação no sincronismo de hábitos reprodutivos e facilitará a pesquisa futura do mexilhão de água doce, a conservação, e os esforços da recuperação.
A persistência de populações em sistemas de água doce depende do sucesso da reprodução e do recrutamento. Para organismos parasitários, identificar os meandros do ciclo de vida (por exemplo, estágios de desenvolvimento larval e estratégias de atração de acolhimento) pode dar uma visão sobre os hábitos reprodutivos de um organismo e os processos críticos que influenciam o recrutamento. Tal informação torna-se importante quando as espécies são imperiled, e o recrutamento bem sucedido é necessário para sustentar populações permanecendo, ou se a recuperação necessitar o uso da propagação cativa para restabelecer populações extirpated.
Mexilhões de água doce (Bivalvia: unionida) são considerados um dos grupos mais imperados de organismos em todo o mundo e uma compilação de hábitos reprodutivos específicos de espécies poderia ajudar nosesforços de pesquisa 1,2,3 ,4,5. Com mais de 800 espécies atualmente reconhecidas distribuídas em todo o mundo, os mexilhões de água doce têm hotspots de diversidade na América do Norte e do Sul, e sudeste da Ásia, mas a informação essencial da história de vida é desconhecida para muitas espécies2, 5,6,7. As famílias dentro desta ordem caracterizam-se por ter estágios larvais parasitários que completam a metamorfose em juvenis de vida livre durante o apego a um hospedeiro7,8. Esta fase de história de vida única contribui para a biodiversidade em sistemas de água doce, que estão atualmente em crise9. Altos níveis de imperilment podem ser atribuídos a muitas ameaças antropogênicas, incluindo poluição de vias navegáveis, alteração de habitat e destruição, reduções na abundância e diversidade de peixes hospedeiros, e introdução de espécies invasoras1, a 10. Como alimentadores de filtro bentônicos, mexilhões toca no substrato e são suscetíveis a contaminantes e poluentes que drenam para a bacia hidrográfica11. A recuperação de espécies de mexilhões é pertinente, pois proporcionam uma ampla variedade de serviços ecossistêmicos, incluindo sequestro de carbono, fonte de alimento e purificação de água por filtro de alimentação11. Além disso, os mexilhões foram encontrados para indicar a saúde do ecossistema, promover a biodiversidade e, por sua vez, aumentar a resiliência de um ecossistema12.
Muitos estudos de mexilhão de água doce têm focado na investigação de requisitos de história de vida precoce para melhor informar as avaliações de status de espécies e estratégias de gestão. As famílias de mexilhões de água doce relevantes para este estudo (por exemplo, Hyriidae, Margaritiferidae, Unionidae) têm uma estratégia de história de vida única, onde fêmeas ninhada larvas (glochidia) em suas guelras marsupiais8. Através de uma variedade de estratégias, o mexilhão fêmea expele a glochidia madura das guelras marsupiais para parasitar um hospedeiro vertebrado com glochidia13. A pesquisa sobre o desenvolvimento glochidial dentro das brânquias foi modificada a partir de uma técnica utilizando seringas hipodérmicas para amostra de fluido gonadal de mexilhões vivos e avaliar a produção de gametas14,15,16. Como os pesquisadores validaram essa metodologia não letal para a amostragem de gônada, ela foi adaptada para amostragem de marsupial para avaliar o desenvolvimento de ninhada15,16. Desenvolvimento de ninhada pode ser usado para decifrar as relações filogenéticas como algumas espécies de mexilhão pode ninhada glochidia em apenas as duas guelras exteriores (ectobranchus), apenas as duas brânquias internas (endobranchus), ou em todas as quatro brânquias (tetrabranchus), mas esta característica não é conhecida por cada espécie17. Os testes padrões de brooding foram usados previamente para classificar espécies do mexilhão por se os mexilhões fêmeas ninhada glochidia sobre o inverno (bradytictic) ou por um curto período no verão (tachytictic)18. O excesso de invernada de ninhadas do mexilhão foi apoiado quando o ciclo reprodutivo de anodonta foi estudado19. No entanto, a biologia reprodutiva básica foi estudada mais detalhadamente ao longo dos anos e constatou que essa dicotomia foi uma generalização bruta e períodos de brotamento de algumas espécies são muito mais complexos do que originalmente presumidos20,21. Por exemplo, espécies do gênero hyridella (família Hyriidae), glebula e Elliptio (família Unionidae) têm sido observadas com mais de três ninhadas por época de reprodução22,23, a 24. A complexidade das espécies específicas, e às vezes até20específicas da população, os hábitos reprodutivos levaram a uma lacuna no conhecimento sobre o tempo e a duração da ninhada, e o número de ninhadas que um mexilhão feminino pode produzir.
Embora as seringas hipodérmicas tenham sido usadas para extrair o conteúdo de brânquia, relatar os resultados é complicado devido à falta de padronização para garantir resultados comparáveis em todos os estudos. Anteriormente, quatro estágios de desenvolvimento de glochidia (ou seja, ovo, embrião, imaturo, totalmente desenvolvido) foram identificados em Unionidae, mas não foram adotados no procedimento padrão16,25,26. Outros estudos observando membros de Margaritiferidae substituíram a classificação de ‘ glochidia imaturo ‘ com ‘ desenvolvimento de glochidia ‘, levando à confusão potencial27,28. A falta de consistência na caracterização das diferentes fases de desenvolvimento larval deixou muitos pesquisadores descreverem, em geral, as fêmeas ninhadas como ‘ gravid ‘, o que não abrange os meandros do desenvolvimento larval. Estudos de história de vida realizando testes de hospedeiro-peixe têm priorizado a necessidade de fêmeas gravid com glochidia totalmente desenvolvida, mas esta informação está dispersa em toda a literatura publicada e inédita29,30. Atualmente, faltam dados sobre os hábitos reprodutivos de muitas espécies de mexilhões, incluindo o momento da transição entre o ovo, a glochidia imaturo e a glochidia totalmente desenvolvida, prontas para o apego aos hospedeiros. Para a maioria das espécies, não está claro quanto tempo as fêmeas ninhada glochidia e como rapidamente fertilizado ovos desenvolver plenamente. As lacunas de conhecimento são muitas vezes mais amplas para as espécies de preocupação de conservação, que apresenta a necessidade de um método padronizado de extração de conteúdo de brânquias que foi testado para efeitos não-letais e pode ser promovido à comunidade científica para complementar metodologias de coleta de dados mainstream, sem uma ameaça para as populações protegidas24,31,32.
Este estudo teve três objetivos: 1) formalizar uma técnica de amostragem de brânquias e testá-la para efeitos letais e não letais em mexilhões femininos in situ, 2) caracterizar diferentes estágios de desenvolvimento glochidial e descrever um método padronizado de identificação e relatórios de vários estágios larvares, e 3) criar um repositório público para os dados recolhidos. Pesquisas de campo, projetos de monitoramento de longo prazo e coleções de museus todos representam oportunidades para o protocolo descrito aqui a ser implementado e dados adicionais a serem coletados para um corpo mais amplo de interesse. O protocolo formalizado inclui visuais e descrições de caracteres para diferenciar cada estágio do desenvolvimento larval. Ao padronar as categorias, os resultados obtidos podem ser comparados entre todas as ocorrências e espécies. Depois que os dados são coletados, todos podem ser submetidos ao almanaque de gravidity de água doce (FMGA), que é um banco de dados para informações gravidity coletadas usando este protocolo. Um produto final para armazenar e compilar todas as informações de gravidity coletadas fornecerá uma ferramenta de pesquisa para facilitar futuros esforços de pesquisa, conservação e recuperação. A incorporação dessa metodologia em vários projetos de mexilhão e a submissão de dados à FMGA expandiriam-se sobre a amplitude do conhecimento sobre o status de gravidez das espécies de mexilhões ao longo do ano. Como um grupo altamente imperiled de organismos, este protocolo e base de dados resultante sobre os hábitos reprodutivos de mexilhões de água doce é essencial para a compreensão da dinâmica populacional e facilitando a conservação destas espécies.
Significado
A conservação de espécies imperiled depende do recrutamento bem-sucedido dentro das populações existentes. Em alguns casos, a propagação artificial pode ser necessária para aumentar o recrutamento dessas populações em risco. Isso exige que os pesquisadores sejam informados sobre o momento da reprodução ativa de cada espécie e, possivelmente, aplicando diferentes metodologias ou práticas de manejo para mitigar o impacto no recrutamento. Como um grupo de organismos imperiled, é primordial estabelecer uma abordagem padronizada e não letal para o estudo dos hábitos reprodutivos, e para fornecer uma plataforma na qual Compilar e Visualizar dados para informar a comunidade científica com o mais up-to-date informações disponíveis. Este estudo fornece um protocolo passo a passo para garantir a tomada de precauções, e o conteúdo de brânquias pode ser adequadamente amostrado e avaliado a partir de mexilhões femininos. Este protocolo foi testado para efeitos letais e não letais, permitindo que pesquisadores e gerentes implementem essa metodologia de forma responsável. Também desenvolvemos um conjunto de ferramentas de gerenciamento de banco de dados e aplicativos para facilitar a compilação de informações de gravidity em um painel acessível publicamente, de fácil utilização. Estudos sobre epidemiologia, morfologia glochidia, história de vida, filogenetics, propagação e translocações podem beneficiar e utilizar este repositório de informações de gravidez temporal para todas as espécies de mexilhões de água doce.
Este estudo apoiou, isoladamente, os achados de alguns hábitos reprodutivos de algumas espécies, mas também revelou novas informações sobre outros. Embora a v. Wikipédia tenha sido coletada em menos de v. lienosa, podem ser encontradas semelhanças entre os dois com base nos dados de gravidez. Ambas as espécies de villosa parecem ninhada glochidia inteiramente desenvolvida durante uma grande parcela do ano, que os caracteriza como um brooder hibernação. Isso é consistente com estudos prévios sobre outras espécies de villosa 43,44,45. Os resultados deste estudo sugerem que H. australis pode ser encontrado gravid de outubro e invernada em junho, exceto que nenhuma captura foi encontrada gravid em dezembro. Um estudo publicado previamente identificou o congénere H. altilis com um período de gravidity de quatro meses, março até junho46,47. Este achado ilustra um período de gravidity mais longo do que pensado previamente e agrupa geralmente H. australis como um brooder hibernação. Como espécies protegidas federalmente, variando períodos de ninhamento para h. altilis e h. australis poderiam impactar as decisões de manejo para melhor proteger as populações durante os tempos reproductivamente ativos. Elliptio Wikipédia só foram encontrados gravid com ovo em maio e junho, o que corresponde à sua caracterização como uma espécie taquítica com um período de ninhamento muito curto24,48,49, 50. À medida que os dados são compilados em espécies Elliptio usando este protocolo, informações detalhadas podem tornar os esforços de campo mais eficientes quando determinados estágios de desenvolvimento glochidial são direcionados, desde glochidia são encontrados apenas alguns meses fora do ano. A inferência das outras espécies com menores tamanhos de amostra é limitada, mas à medida que os dados são compilados no banco de dados, maiores tamanhos de amostra darão uma visão dos hábitos reprodutivos de espécies de mexilhões adicionais.
Comentários processuais
Mexilhões de água doce e seus glochidia são conhecidos por serem suscetíveis a estressores antropogênicos10,35. Durante a inspeção da gravidez, as válvulas do mexilhão não podem ser fáceis de abrir, e forçar descuidadamente as válvulas abertas pode causar dano involuntário e resultar no stress ou na mortalidade. Algumas espécies frágeis-descascadas (por exemplo, espécies de anodonta, Leptodea, utterbackia, etc.) e indivíduos de tamanho menor podem ter conchas muito frágeis e músculos adutores fracos que podem quebrar e rasgar facilmente. A amostragem de brânquias pode ser considerada um estressor se o manuseio não for feito de forma responsável e com cautela. Um estudo anterior constatou que o manuseio e A exposição aérea de mexilhões durante os tempos reprodutivamente ativos podem causar vários estresses fisiológicos, incluindo liberação prematura de conteúdo de brânquias34. No entanto, um estudo que utiliza uma metodologia semelhante, como descrito aqui, encontrou o manuseio de mexilhões femininos gravid durante a amostragem de brânquias não interrompeu a ninhada atual ou causa liberação prematura em ambas as espécies de curto e longo prazos16. Além disso, uma seringa estéril precisa de ser usada durante este protocolo para impedir toda a infecção não intencional ou a contaminação transversal ao perfurar brânquias de indivíduos múltiplos. Além disso, glochidia são frágeis e ninhadas pode ser amadurecido e estressado, mas não expulso. Glochidia maduro na saúde pobre pode resultar em menos indivíduos que reagem aos testes de sal35. Ao fazer a distinção entre DG (T) e FDG (T) é importante para o teste de sal com um grande tamanho amostral, fazer anotações sobre as observações para identificar cuidadosamente as distinções entre a DG e FDG glochidia usando as descrições fornecidas neste estudo. Quando o cuidado apropriado é tomado, o esforço mínimo induzido por este procedimento pode permitir que os mexilhões fêmeas continuem a ninhamento glochidia naturalmente e reduzam impactos no recrutamento na população.
Dados adicionais podem ser gravados para complementar o banco de dados e fornecer amplo contexto para os hábitos reprodutivos de mexilhões de água doce. Algumas espécies (por exemplo, espécies de Fusconaia), têm sido observadas para ter guelras de cores diferentes com base na fase de desenvolvimento da glochidia51. Durante uma verificação inicial da gravidez da fêmea, uma descrição da cor do Gill pode ser incluída nos dados relatados para permitir a investigação futura. Além disso, neste ponto do protocolo, os pesquisadores podem notar se a fêmea da ninhagem foi encontrada com glochidia nas duas guelras exteriores (ectobranchus), duas brânquias internas (endobranchus), ou todas as quatro brânquias (tetragenosas)17. Essas informações podem ser adicionadas à FMGA e ajudam a preencher lacunas de dados em relação à ninhada para cada uma das espécies investigadas. As condições ambientais, especificamente a temperatura da água, podem ser coletadas e registradas no campo para uma observação mais abrangente do status da gravidez e do sincronismo das espécies em várias escalas latitudinais. A pesquisa mostra que os parâmetros ambientais, tais como temperatura, fotoperíodo, vazão e disponibilidade de alimentos, podem induzir eventos reprodutivos em mexilhões de água doce52,53,54,55 ,56. Campos adicionais podem ser adicionados ao banco de dados à medida que são submetidos para promover pesquisas futuras sobre fatores abióticos influenciando a gravidez. Uma modificação da captura-marca-recaptura modelada depois que nosso estudo pode igualmente ser adicionado a este protocolo, que permitiria que os investigadores monitorem hábitos reprodutivos de um mexilhão específico e revelem a informação em ninhadas múltiplos por o ano.
A exatidão da informação no FMGA depende da fonte. Por exemplo, a identificação da misidentificação de mexilhões de água doce é comum devido a muitas espécies com características externas semelhantes que dificultam a distinção entre as espécies57. Uma amostra de brânquia de um indivíduo mal identificada poderia criar confusão e informações falsas para o período de uma espécie ‘ ninhada. Se uma amostra de brânquias for tirada, as fotografias devem ser tiradas dentro de ambas as válvulas (se o indivíduo não estiver vivo), fora da válvula direita, e o umbo (dobradiça onde duas válvulas se conectam) e submetido com dados de gravidez através do site da área de trabalho ou da aplicação móvel. Também Congratulamo-nos com fotos do conteúdo da brânquia. Dentro dos formulários de submissão há um menu suspenso que permite ao coletor indicar seu nível de confiança em relação à identificação de espécies. Antes que o registro seja validado, essas informações serão levadas em consideração ao verificar a identificação do coletor contra distribuição plausível, etc. Devido ao alto grau de variação morfológica intraespecífica em espécies de Unionidae, a submissão de amostras de tecido é incentivada e pode ser necessária para facilitar a identificação molecular.
Implicações futuras
Como um método não-letal, este protocolo pode ser aplicado a espécies comuns e imperiled. Os calendários de gravidez para espécies imperfeitas podem ajudar os gestores de conservação envolvidos com a legislação de espécies ameaçadas e planejamento de recuperação, fornecendo informações sobre os períodos de tempo quando as espécies são reproductivamente ativo. As agências estaduais e federais que gerenciam as espécies de risco podem aconselhar melhor as alocações de licenças para ocasiões em que a espécie não é vulnerável e a reprodução, e até mesmo limitar a colheita de peixes hospedeiros durante os tempos mexilhões são glochidia totalmente desenvolvido. Além disso, pesquisas de campo podem direcionar espécies durante períodos não reprodutivos para minimizar o impacto nos processos de recrutamento. A base de dados acessível publicamente, FMGA, fornece uma ferramenta para que os investigadores e os gerentes obtenham a informação reprodutiva importante em toda a espécie fresca do mexilhão do alvo. O banco de dados também destacará lacunas de dados, incentivando novas pesquisas sobre padrões de ninhagem específicos de espécies. Como a compreensão de um padrão reprodutivo de espécies permite a implementação de decisões de gestão adequadas, esperamos que nosso protocolo e banco de dados facilitem a futura pesquisa, conservação e recuperação de mexilhões de água doce.
The authors have nothing to disclose.
Os autores gostariam de agradecer as fontes de financiamento: serviço de peixe e vida selvagem dos EUA e pesquisa geológica dos EUA. Um agradecimento especial a Andrew Hartzog e Sandra Pursifull para organizar equipes de campo e coleta de dados, juntamente com Lauren Patterson e Chris Anderson por suas valiosas contribuições para o desenvolvimento de banco de dados. Nós também gostaríamos de agradecer a todos que ajudaram no campo e no laboratório, incluindo Sherry Bostick, Mark Cantrell, Sahale Casebolt, Jordan Holcomb, Howard Jelks, Gary Mahon, John McLeod, Kyle Moon, Cayla Morningstar, Emma Pistole, Matt Rowe, Channing St. Aubin, e Jim Williams. Qualquer uso de nomes comerciais, firmes ou de produtos é apenas para fins descritivos e não implica endosso pelo governo dos EUA.
1.5 mL snap cap centrifuge tubes | USA Scientific | 1615-5510 | Snap cap tubes are important in the field so the loose screw cap is not lost. |
20 G needle on 10 mL disposable syringe | Exelint International | 26255 | sterile 10 mL disposable syringe with needle Model: 10ml Luer Lock Tip W/20G X 1 1/2" |
Dissecting Microscope | any | any | |
Marking Pen | Fisher Scientific | 13-379-4 | This is what we used but any marker that can write on small plastic tubes will do. This one is fairly ethanol and water proof. |
Molecular grade ethanol | any | any | Needed if preserving gill contents. Non-denatured 95% is needed for genetic work, 70% is needed for SEM imaging work. |
Paper | any | any | Needed to record information on samples collected. |
Pen/pencil | any | any | If in the field, better to write on waterproof paper with pencil so it doesn't smear. If in the museum/lab, any writing utensil is fine. |
Petri dish | DWK Life Sciences (Kimble) | 23000-9050 | This is what we used but any petri dish available is fine. It is nicer to have the taller walls in case too much water is used. |
Sodium Chloride | any | any | Needed for NaCl test for reactive glochidia. Preserved samples do not need this. |
Speculum | any | any | Only needed if you want help opening the valves of a live mussel. |
Sterile water | any | any | Added to gill samples to be evaluated for reactivity within 24 hours of collection. |
Super glue | Gorilla | Gorilla super glue gel | Used to apply tags and only needed if conducting a capture-mark-recapture study. |
Tags | Hallprint | FPN 8×4 | Only needed if conducting a capture-mark-recapture study. |
Transfer Pipet | Thermo Scientific Samco | 225 | This is what we use but any transfer pipet or squirt bottle is applicable. |
Tweezers | any | any | Needed to move crystals of NaCl for salt test. Preserved samples do not need this. |
Waterproof paper | RainWriter | any | Only needed if conducting work in the field. This allows you to record information on each individual gill contents are extracted from. |
Wooden pick | any | any | Only needed if you want help opening the valves of a live mussel. |