РЕЗЮМЕ

ВЪВЕДЕНИЕ

Прилагането на стабилен изотопен анализ върху екологията дава значителен поглед върху много аспекти на взаимодействието на видовете (Boecklen et al., 2011). Естествените вариации в съотношенията от 13 C до 12 C (δ 13 C) и 15 N до 14 N (δ 15 N) са широко приложени към трофични и хранителни мрежови проучвания във водна среда и например разкриват въздействието на неместни риби в местните рибни общности (Cucherousset et al., 2012; Tran et al., 2015) и движенията и екологията на застрашените видове (Seminoff et al., 2012; Hamidan et al., 2015). Изключително важно за интерпретацията на стабилните изотопни съотношения е поетапното обогатяване, което се случва по протежение на трофичните нива между потребителския вид и ресурсите на плячката му (Boecklen et al., 2011), иначе известен като фактор на изотопно фракциониране или дискриминация (Martínez del Rio и Wolf, 2005).

висока

Все по-важно приложение на стабилните фактори за изотопна дискриминация е в моделите на смесване на Байес, които предсказват пропорционалния състав на хранителния режим на потребителите от данни за предполагаемите им хранителни ресурси (Jackson et al., 2011). Тези модели се прилагат широко през последните години, включително прилагане към въпроси, свързани с използването на алохтонни и автохтонни хранителни ресурси при консуматори на сладка вода (Грей и Джаксън, 2012 г.) и относителния принос на местните и чуждестранните таксони към хранителната диета (Britton и др., 2010). Основно изискване на тези модели са надеждните оценки на факторите за стабилна изотопна дискриминация между ресурсите на плячката и потребителската тъкан, които се анализират (Bond and Diamond, 2011; Phillips et al., 2014). Като цяло те приемат, че факторите на дискриминация са постоянни в обхвата на размера на потребителя, който се изследва, и в техния хранителен спектър, като се пренебрегват потенциалните разлики, които могат да възникнат, например чрез промени в диетата чрез онтогенеза (Mill et al., 2007; Phillips et al., 2014).

Това общо приложение на постоянните фактори на дискриминация сред потребителите в смесващите модели е потенциално проблематично, тъй като проучванията все повече предполагат, че те могат да варират между видове, възрасти, диетични състави, телесни размери, препарати от проби и видове тъкани (Locke et al., 2013; Brush et al ., 2012; Busst et al., 2015). Поради това често цитираните стойности от 3,4 ± 0,98 ‰ за δ 15 N и 0,39 ± 1,3 ‰ за δ 13 C (DeNiro и Epstein, 1981; Minagawa и Wada, 1984; Post, 2002) могат да бъдат неподходящи за използване в много модели, в резултат на което в диетичните прогнози, чиято променливост вътре и между видовете може да се дължи повече на неподходящи фактори на дискриминация, отколкото на действителните диетични вариации (Busst et al., 2015). Специфичните хранителни продукти, които допринасят за цялостната диета на потребителя, могат значително да повлияят на техните стабилни фактори на изотопна дискриминация (Caut et al., 2008). Например, McCutchan et al. (2003) предполагат, че факторите на дискриминация от δ 15 N са по-ниски при потребителите с диети, базирани на безгръбначни (1,4 ± 0,21 ‰), отколкото при потребители с диети, съдържащи по-високо съдържание на протеини (3,3 ± 0,26 ‰); смесените диети осигуряват стойности между тях (2,2 ± 0,30 ‰). При тревопасните риби факторите на дискриминация за δ 15 N са регистрирани до 5,25 ‰ (Mill et al., 2007), с Carassou et al. (2008) предполагат, че имат различни стабилни изотопни фактори за дискриминация, които ги отличават от рибоядните риби.

Съответно, разбирането на връзките между дългосрочния състав на диетата на потребителските видове и техните стабилни фактори на изотопна дискриминация с техните диетични продукти е предпоставка за получаване на стабилни диетични прогнози от модели (Parnell et al., 2013; Phillips et al ., 2014). Въпреки че често има очевидни различия в дискриминацията между тревопасните, насекомоядните и рибоядните риби, това потенциално става по-сложно за всеядните, като диетата им потенциално се състои от широк спектър от хранителни ресурси с контрастни фактори за дискриминация (Caut et al., 2008; Florin et ал., 2011). По този начин тази променливост може да бъде включена в модели и докато това може да бъде направено чрез използване на техни претеглени средни стойности (Florin et al., 2011), Robbins et al. (2010) предполагат грешни оценки на рибното брашно и соевото брашно, възникнали в диетичния азот на асимилирани смесени диети, когато те са били използвани в модели за смесване.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Експериментален дизайн

Моделите риби са получени от езерната аквакултура, където диетата им е комбинация от естествени храни (зоопланктон и макробезгръбначни), допълнени с някои формулирани фуражи. Началните им дължини в експеримента са приблизително 60–80 mm дължина на вилицата (средно 69,4 ± 0,9 mm), а телесната им маса е 2–7 g (средно 3,8 ± 0,2 g). Всички експериментални процедури и етични разпоредби бяха завършени съгласно лиценза за проект на Министерството на вътрешните работи на Великобритания PPL30/3094.

Брой, средни дължини на начало и край на вилицата и стабилни изотопни стойности на диета и вид за всеки тип тъкан

Анализ на стабилен изотоп

Връзки между δ 13 С и δ 15 N и фактори на дискриминационна тъкан

След анализ на стабилен изотоп (завършен, както е описано по-горе), данните за δ 13 C и δ 15 N за всеки вид бяха тествани за степента на тяхната дискриминация (Δ) между всяка тъкан и диета, използвайки общи линейни модели (GLM). Зависимата променлива е δ 13 C или δ 15 N спрямо независимите променливи на диетата (като крил, пшеничен зародиш или рибно брашно) и типа тъкан (като мускули, перки или люспи). Тестването на средните разлики в δ 13 C или δ 15 N стойности между диетите и всяка тъкан за вид използва изчислените пределни средни стойности, генерирани от GLM и техните двойни сравнения с корекции на Bonferroni за множество сравнения. Сравненията по двойки осигуриха специфичните за вида и диетата фактори на дискриминация чрез средната разлика между коригираните стойности за δ 13 C и δ 15 N за всяка диета и всеки тип тъкан, както и значимостта на разликата в δ 13 C и δ 15 N между всяка тъкан, за вид и за диета. Всички статистически анализи бяха завършени с помощта на IBM SPSS Statistics (v22).

Връзки между промяна на δ 13 C и δ 15 N и промяна в рибната маса

За да се тества връзката между степента на промяна в δ 13 C и δ 15 N в тъканта на ребрата и растежа на рибата, изотопните данни бяха изчислени чрез изваждане на стойностите в края на експеримента от стойностите, получени от тъканни проби, взети при него започване. Отделните риби бяха идентифицирани чрез техния код на етикета PIT, което позволява да се определи увеличаването на масата им в хода на експеримента. След това еднофакторните линейни регресии бяха завършени поотделно за всеки изотоп (δ 13 С и δ 15 N) и за всеки вид и хранителен режим (крил и пшеничен зародиш), където независимата променлива е увеличението на масата, а зависимата променлива е разликата в стойността на изотопа на тъканта на перките между началото и края на експеримента.

РЕЗУЛТАТИ

Стабилни фактори за изотопна дискриминация между диети и тъкани

Стабилните изотопни стойности на диетите показват някои значителни разлики между тях. Рибите, хранени с рибно брашно, са имали най-високите стойности δ 13 C, тези, хранени с пшеничен зародиш, са имали най-високите δ 15 N, а тези, хранени с крил, са имали най-ниските δ 15 N и най-ниските δ 13 C стойности (Таблица 1).

Мускулните, перките и скалните тъкани също се различават по своите изотопни сигнатури, с най-високи δ 15 N в мускулите, последвани от тъкани на перки и след това везни, с обратната връзка между тъканите за δ 13 С (Таблица 1). Тези взаимоотношения са последователни и при двата вида и при всяка диета. След това тези разлики в данните за стабилни изотопи за тъкан и диета (Таблица 1) бяха тествани в GLM. Те бяха значителни (δ 13 С: F17,155 = 164,76, P 15 N: F17,155 = 30,56, P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец
  • Изтеглете powerpoint

Разлики в δ 13 C и δ 15 N между диетите на рибна тъкан и видове

Разлики в δ 13 C и δ 15 N на рибна тъкан и по видове за всяка диета

След това тези разлики в изотопните стойности се превърнаха в значителни вариации във факторите на дискриминация между трите диети. Най-големите разлики във факторите за дискриминация за всеки вид са между пшеничните зародиши и рибното брашно (фиг. 1). За пшеничните зародиши най-високият дискриминационен фактор, регистриран за Δ 13 C при B. barbus и S. cephalus, е съответно 5,6 и 5,0 (и двете в тъканта на скалата); за Δ 15 N, най-високият дискриминационен фактор, регистриран за B. barbus и S. cephalus, е съответно 6,9 и 6,8 (фиг. 1). За разлика от това, за рибното брашно, най-високият дискриминационен фактор, регистриран за Δ 13 C при B. barbus и S. cephalus, е съответно 4,7 и 4,9 (отново и в двата тъканта); за Δ 15 N най-високият дискриминационен фактор, регистриран и за двата вида, е само 2,4 (фиг. 1).

Стабилни фактори за изотопна дискриминация (Δ 13 C и Δ 15 N). Данните са за Barbus barbus (A, C, E) и Squalius cephalus (B, D, F), както и за мускули (A, B), тъкани на перки (C, D) и люспи (E, F). Отворени триъгълници, диета с пшенични зародиши; отворени квадратчета, диета с рибно брашно; отворени кръгове, крил диета. Попълнените символи са според отворените символи, с изключение на това, че те представляват средни стойности и напр.

Промени в данните за стабилни изотопи в тъканите на перките (само крил и пшеничен зародиш)

Данните за стабилни изотопи от клипове на перки, направени преди и след експеримента от отделните риби, разкриват степента на изотопна промяна, настъпила през експерименталния период (Таблица 4), като GLM тестват значимостта на разликите между тези данни. Общите модели бяха значими (δ 13 С: F11,93 = 59,77, P 15 N: F11,93 = 122,46, P 15 N на тъкани на перки между началото и края на експерименталния период и за двете диети (P 13 C, разлики са били важни само за пшеничните кълнове (P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец
  • Изтеглете powerpoint

Сравнение на данните за стабилни изотопи и фактори за различаване на диетата на тъканта на перките между началото и края на експерименталния период

Сравнения по двойки от общи линейни модели на данни за стабилни изотопи за тъкани на перки между началото и края на експерименталния период

По време на експерименталния период нарастване на телесната маса е било очевидно при всички риби, хранени с крил и пшеничен зародиш (Таблица 6). Резултатите от едномерни линейни регресии, тестващи степента на промяна в стабилните изотопи в тъканите на ребрата на отделните риби с тяхната промяна в телесната маса по време на експеримента, разкриват липсата на последователен модел за видовете и хранителния режим (Таблица 6). Имаше обаче някои значителни връзки между изотопната промяна и увеличаването на масата и за двата вида на диетата на крил (P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец
  • Изтеглете powerpoint

Връзка между увеличаването на рибната маса през експерименталния период и изместването на δ 13 C и δ 15 N, определени от индивидуални едномерни линейни регресии

ДИСКУСИЯ

Диета-фактори за дискриминация на тъканите

За Δ 13 С литературата обикновено предлага стойности за гръбни бели мускули на риби между 0 ‰ и 1 ‰ (напр. Peterson and Fry, 1987; Phillips et al., 2005; Cucherousset et al., 2012), с Post (2002) ) предполага средно ниво от 0,39 ± 1,3 ‰, което напоследък се прилага при смесване на модели за оценка на състава на рибната диета (напр. Bašić et al., 2015). Въпреки това, Sweeting et al. (2007b) предполага, че 1,5 ‰ е по-подходящо за Δ 13 С за рибни мускули и пробите, които не са били подложени на липидно третиране, могат да имат по-високи стойности, като 2,27 ‰. Това последно заключение е в съответствие с нашите резултати за всички диети, където най-ниското Δ 13 C за гръбния мускул е 2,0 ‰ и най-високото е 3,8 ‰, и където никоя проба не е била подложена на липидно третиране поради ниските съотношения C: N.

Когато се сравняват двата вида риби, факторите за дискриминация обикновено са по-високи при B. barbus, отколкото при S. cephalus, независимо от диетата и въпреки че видовете са от едно семейство. Причините за тези различия във факторите на дискриминация между видовете не са ясни. Въпреки че разликите в соматичния растеж могат да доведат до разлики в изотопното обогатяване на тъканите (Thomas and Crowther, 2015; Vander Zanden et al., 2015) и са били използвани като обяснение за разликите във факторите на дискриминация между половете (Kurle et al., 2014 ), нарастването на растежа на всеки вид на диета е сходно в нашето проучване. Въпреки че разликата може да е свързана със специфичните за видовете разлики в метаболитната активност на тъканите и изотопната маршрутизация, тъй като и двете могат да повлияят на степента на дискриминация (Caut et al., 2008; Vander Zanden et al., 2015), това е спекулативно и не е проучен допълнително. Те демонстрират както основната сложност на разбирането на факторите на дискриминация във и в рамките на видовете, така и значението на определянето на разликите във фактора на дискриминация, специфични за видовете, в различните жертви.

Стабилни изотопни стойности в различни тъкани

Също така беше очевидно в резултатите, че има променливост в стойностите на стабилните изотопи между типовете тъкани, като общата структура на мускулите винаги се обогатява с δ 15 N и изчерпва с δ 13 C в сравнение с тъканта на перките и везни. Това беше в съответствие с констатациите на Busst et al. (2015), които съобщават за същите връзки за дивите и лабораторните популации на двата моделни вида, използвани тук, плюс осем други вида от семейство Cyprinidae. Тези общи модели също съответстваха на тези между мускулната и перкавата тъкан за чинук сьомга Oncorhynchus tshawytscha, пъстърва Salvelinus fontinalis, кафява пъстърва Salmo trutta, дъгова пъстърва Oncorhynchus mykiss и атлантическа сьомга Salmo salar (Pinnegar and Polunin, 1999; Jardine et al., 2005; Sanderson et al., 2009; Graham et al., 2013). Tronquart и сътр. (2012) също показват подобни връзки между тези тъкани за 14 европейски сладководни риби.

Тези разлики в изотопното обогатяване между тъканите могат да се отнасят до вариации в аминокиселинните профили (Reich et al., 2008). Δ 15 N и δ 13 C на отделните аминокиселини могат да варират значително (McClelland and Montoya, 2002; Fogel and Tuross, 2003) и така разликите в аминокиселинния състав на дадена тъкан могат да доведат до разлики в изотопната дискриминация между тъканите ( Howland et al., 2003), въпреки че не успяхме да тестваме това тук. Разликите вероятно също са били повлияни от фактори, които определят изотопния обмен в тъканите, соматичния растеж и метаболитното заместване (Martínez del Rio et al., 2009; Weidel et al., 2011; Thomas and Crowther, 2015; Vander Zanden et al ., 2015). Поради различната метаболитна активност на тъканите, честотата на изотопния оборот, установена във всяка от тях, често се различава, със силна връзка между оборота и метаболизма; при рибите изотопите във вътрешните органи и кръвната плазма имат по-кратък период на полуразпад и следователно по-бърз оборот от тези в цялата кръв и мускули (Thomas and Crowther, 2015; Vander Zanden et al., 2015). Освен това, Weidel et al. (2011) заявяват, че много проучвания за смяна на диетата с риби заключават, че растежът е отговорен преди всичко за промяната на δ 13 C и откриват, че метаболитното заместване има незначителен ефект върху оборота.

Обобщение на последиците за всеядните риби

Резултатите от това проучване разкриват, че при две различни всеядни риби е имало различия между факторите за дискриминация между диетата и тъканите по диета и по видове. Въпреки че е необходима по-нататъшна работа за разединяване на някои от процесите, участващи в това, те въпреки това показват, че диетичният анализ на всеядните риби, използващ стабилен изотопен анализ, изисква значително внимание на факторите на дискриминация според потребителските видове и предполагаемите ресурси на плячка. Те също така разкриват, че разрушителното вземане на проби от риби за вземане на проби от гръбен мускул може да бъде заменено с неразрушаващо вземане на проби чрез използване на „перка за перка“ или скала като тъкан, която трябва да се анализира, като по този начин се улеснява преминаването към използването на не- деструктивни методи за вземане на проби за стабилно събиране на изотопна тъкан.

СТЪПКИ

Конкуриращи се интереси

Авторите не декларират конкурентни или финансови интереси.

Авторски приноси

G.M.A.B. и J.R.B. проектира проучването; G.M.A.B. събра и анализира данните; G.M.A.B. и J.R.B. написа ръкописа.

Финансиране

Това изследване не е получило конкретна безвъзмездна помощ от която и да е агенция за финансиране в публичния, търговския или нестопанския сектор.