隨著世界范圍內燈魚和鰻魚種群的減少,跟蹤它們的運動和生存是保護的第一步。然而,一些跟蹤傳感器或標簽對較小的魚類來說太大。


科學家們最近開發了一種新的、微小的電池和標簽,以追蹤更年輕、更小的物種,如鮭魚、鰻魚和太平洋燈魚。這一新信息可用于開發保護年輕魚類的方法,并支持在下游遷移期間的生存。

科學家開發新型的生物標簽 可長時間跟蹤監測小型魚類的遷徙

在發表于《細胞報告-物理科學》的一項研究中,來自太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員描述了一種可注射的聲學標簽,稱為鰻魚/燈籠魚聲學標簽(ELAT),它大約只有一粒米的大小,擁有AAA電池的兩倍能量。


領導電池和標簽開發的實驗室研究員和機械工程師Daniel Deng說:"這個標簽為追蹤我們以前無法研究的各種物種和生命階段的運動提供了可能性。"


它還通過跟蹤水電設施內和周圍敏感物種的魚類通道,為支持可持續水電提供了更多的見解。對非常年輕的物種進行標記可以為水電的未來設計和運營提供參考。這些信息可用于開發技術和改善環境性能,同時仍然提供清潔、可靠的電力。

科學家開發新型的生物標簽 可長時間跟蹤監測小型魚類的遷徙

聲學標簽每五秒鐘發出一個信號,由接收器接收,接收器的距離可以達到一個足球場那么長。這些接收器可以放置在大壩上以跟蹤通過情況,也可以獨立地跟蹤遷移。(插圖:太平洋西北國家實驗室)


用數據減緩衰退


在過去的幾十年里,太平洋燈魚和美洲鰻魚的數量下降,以及某些亞種的奇努克鮭。下降的原因有很多,包括棲息地的喪失,海洋條件,以及在某些情況下,遷移的障礙。


美國的大壩建設刺激了工業發展、農業復興和可靠的、可負擔得起的電力,并持續到今天。然而,許多設施是在上世紀中期建造的,當時人們對燈魚或鰻魚的通過知之甚少。


太平洋燈魚很難研究,因此,研究不足。PNNL地球科學家Stephanie Liss說我們對它們還有很多不了解的地方,這個標簽打開了了解它們行為的大門。


通過給它們貼標簽,更好地了解它們在各個生命階段的運動,可以采取水電緩解措施,如旁路系統,以支持它們的遷移。

科學家開發新型的生物標簽 可長時間跟蹤監測小型魚類的遷徙

鰻魚/燈籠魚電池(左上)和標簽(右上)相對于現有的、商業化的技術。照片:太平洋西北國家實驗室)。


小小的電池,大大的信號


較小的標簽需要更小的電池,而電池的大小是魚類標簽設計的限制因素。雖然市面上有比人的頭發還小的微型電池,但它們并沒有為聲學標簽提供足夠的能量。


作為推動縮小聲學標簽尺寸的十年努力的一部分,PNNL的研究人員開發了一種突破性的電池,它具有很大的沖擊力,可以標記微小的魚。


這種高能電池可以持續30天,每5秒鐘為一個足球場長的聲學脈沖供電。整個標簽的成本與最初由PNNL開發的較大的商業化聲學標簽差不多。


Deng說:"最大的障礙是平衡尺寸和性能,較小的技術需要在相互競爭的參數中進行權衡,如電池壽命或聲學強度。"

科學家開發新型的生物標簽 可長時間跟蹤監測小型魚類的遷徙

年輕的美洲鰻魚在一個鰻魚/海馬魚聲學標簽旁邊。(照片:Stephanie Liss | 太平洋西北國家實驗室)


把標簽和小電池帶到野外


標簽對游泳能力沒有影響,近100%的標簽物種在各種河流環境中被檢測到,如淺水區或水壩的尾流。由于濁度或快速流動的水等挑戰,這樣的環境會增加聲學檢測的復雜性。


Liss說這個新標簽令人激動,因為它意味著可以更好地了解以前沒有研究過的魚的大小和年齡,特別是那些具有保護意義和文化意義的魚。Liss領導的關于大鱗大 麻哈魚的工作最近在《加拿大漁業和水產科學雜志》上得到強調。


Liss和她的團隊發現,哥倫比亞河中下游遷移的大馬哈魚可以小到兩英寸。由于現有聲學標簽的尺寸,只有大于3.7英寸的魚才能被標記而不影響游泳能力?,F在,有了ELAT,小至2.3英寸的魚都可以被標記。


這項研究也是完善標記年輕鮭魚的尺寸指南的重要第一步。它包括實驗室評估,觀察魚在太平洋西北地區可能遇到的兩種不同溫度下的行為。研究人員發現,幾乎所有的魚都保留了它們的標簽,存活了下來,甚至與沒有標簽的魚有相同的生長率?;谶@些信息,Liss和她的團隊能夠制定一個新的標簽建議,表明小至2.3英寸的魚都可以使用ELAT進行標記。


在PNNL,我們正在繼續開發我們的技術,目標是減少電池和標簽的尺寸,最終減少我們能夠追蹤的魚的尺寸,這將幫助我們更好地了解魚類的運動,以提前解決任何潛在的保護問題,如被列為受威脅或瀕危物種。


潛在的應用遠遠超出了鰻魚、燈魚和鮭魚。人們有興趣使用ELAT來追蹤入侵物種,如密西西比河流域的亞洲鯉魚或五大湖區的海燈魚,此外還可以更好地了解其他未被研究的物種,如胡瓜魚或蝦。


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