Неопубліковане дослідження метабаркодування для вивчення дієти, фартух Water Science; Території,

неопубліковане

Для керівництва діяльністю з управління та збереження видів, що перебувають під загрозою зникнення, важливо набути знань про його екологію, зокрема про дієту та поведінку під час годування. В рамках Національного плану дій на користь фартуха Рона вчені Ірстеї та Університету Екс-Марселя визначили певні ключові параметри для поліпшення або відновлення здатності прийому середовища з точки зору наявності трофічних ресурсів. Для цього вони застосували дуже інноваційний підхід, який поєднує, з одного боку, метабаркодування для визначення та кількісної оцінки раціону фартуха, а з іншого боку - інтенсивного відбору проб донних водних макрохребетних з чотирьох річок.

Дієтичні дослідження мають важливе значення для розуміння взаємодії видів, а також структури та динаміки харчових мереж (NIELSEN, JM, CLARE, EL, HAYDEN, B., BRETT, MT, KRATINA, P., 2017, Дієта в екології: порівняння методів та відбір, Методи, в Екологія та еволюція, № 9, с. 278-291.

Представлене тут дослідження, проведене в рамках дії № 8 Національного плану дій (ПНА) на користь фартуха, під назвою "Дієта та використання середовища існування", спрямоване на розширення екологічних знань про фартух та виявлення певних факторів що може обмежити демографію населення.

Дія 8 мала кілька цілей:

  • визначити трофічну пластичність фартуха (наприклад: вся поглинена здобич, часові та просторові зміни видобутку);
  • визначити здобич та бажані місця проживання фартуха;
  • визначити стан трофічної спеціалізації популяцій фартухів;
  • оцінити вплив факторів, що впливають на видобуток, які впливають на харчову поведінку фартуха (наприклад: різноманітність середовищ існування, засмічення субстрату тощо).

Очікувані результати для дії 8 шляхом визначення трофічних потреб фартуха з точки зору здобичі та середовищ існування були задумані як перший крок до інструменту, що допомагає в управлінні популяціями фартухів.
В останні роки були розроблені нові підходи на основі аналізу ДНК для вдосконалення аналізу дієти (POMPANON, F., DEAGLE, BE, SYMONDSON, WO, BROWN, DS, JARMAN, SN, TABERLET, P., 2012, Хто що їсть: оцінка дієти з використанням послідовності наступного покоління, Молекулярна екологія, № 21, с. 1931-1950.

"> Pompanon et al., 2012). Ці нові підходи використовують високопродуктивні методи секвенування ДНК для здобичі, що міститься у фекаліях або вмісті шлунку, і групуються під терміном метабаркодування (TABERLET, P., COISSAC, E., POMPANON, F., BROCHMANN, C., Willerslev, E., 2012, На шляху до оцінки біорізноманіття наступного покоління з використанням метабаркодування ДНК, Molecular Ecology, n ° 21, p. 2045-2050.

"> Taberlet et al. 2012). Саме цьому підходу було надано перевагу з метою досягнення цілей дії 8 фартуху PNA.

Було зібрано три типи додаткових даних: дані про наявність потенційної здобичі (водні макробезхребетні, основна здобич фартуха; CAVALLI, L., PECH, N., CHAPPAZ, R., 2003, Дієта та ріст зникаючого цингеля аспер у річці Дюранс, Журнал біології риб, № 63, с. 460-471.

"> Cavalli et al., 2003) в навколишньому середовищі, дані про здобич, поглинуту фартухом, і дані про деякі риси історії життя фартуха. Рисунок 1
Різні етапи вивчення фартухової дієти.
"> Рисунок 1 узагальнює різні етапи, здійснені після вибірки цих трьох типів даних.

Широкий спектр вивчення фартуха

Ця акція включала принаймні одну станцію для всіх басейнів або підводозборів, на яких сьогодні присутній фартух: басейн Дюранса, суббасейн Вердон, басейн Ардеш (річка Боме) та підосвіт Лу. Для того, щоб отримати великий набір даних за той самий досліджуваний період, для кожного з цих вододілів ми визначили чотири станції довжиною від 600 до 1300 м. Це станції, розташовані в Порт-Лесні (Pln) на Лу (Юра), в місці, що називається Les Platanes (Plt) на Боме (Ардеш), в місці, що називається Les Henris (Курочка) на Дюрансі (Hautes- Альпи) та вище за течією місця під назвою L'Estellier (Ver) на Вердоні (Alpes de Haute-Provence and Var) (малюнок 2
Розташування чотирьох навчальних станцій.
"> Рисунок 2). Проби трьох станцій були відібрані протягом двох сезонів (з кодами А і В) протягом 2014 та 2015 років. Станція Вердон могла бути відібрана лише в 2015 році протягом трьох кампаній.

Захоплення фартухів, біометрія та відбір фекалій

Вибірка безхребетних та характеристика середовища існування

Згодом у лабораторії були ідентифіковані та підраховані водні безхребетні, збережені в етанолі при 90 ° С, після проходження через ситову колону, остання з яких має порожнину сітки 0,5 мм. Ідентифікацію безхребетних проводили з однаковим таксономічним дозволом для всіх станцій. Потім чисельність (або брутто) безхребетних зменшується до одиниці площі, що виражається в щільності (кількість особин на м2).

Аналіз фекалій за допомогою метабаркодування

"> див. Corse et al., 2017a). Цей неруйнівний для фартуха підхід дозволив нам отримати дуже точну таксономічну ідентифікацію здобичі (найчастіше виду). Молекулярний протокол та біоінформатика лікування дані вимагали важливої ​​фази розробки, а також побудови референтного банку ДНК для потенційної здобичі фартуха (CORSE, E., MEGLÉCZ, E., ARCHAMBAUD, G., ARDISSON, M., MARTIN, J.- F., TOUGARD, C., CHAPPAZ, R., DUBUT, V., 2017a, Робочий процес від стаціонарного до робочого столу для перевірки даних ВТС та таксономічної ідентифікації в дослідженнях метабаркодування дієти, Молекулярна екологія, № 17, с.146-159.

"> Corse et al., 2017a). Цей банк включає дані, доступні в загальнодоступній базі даних (GenBank та BOLD), а також послідовності, отримані від безхребетних, зібраних у полі та ідентифікованих відповідно до їх морфології в лабораторії. Як тільки методологія мала було розроблено, фекалії, зібрані в полі протягом 2014 та 2015 рр. Результати цих аналізів представлені нижче.

Перегляд даних

Загальні результати даних, отриманих для всіх станцій, є досить значними: відібрано, виміряно та зважено 909 фартухів, зібрано 513 екскрементів та взято 1353 проби безхребетних. Для кожної кампанії та для кожної станції було зібрано в середньому 30 екскрементів (табл. 1
Підсумок кількості фартухів, фекалій та зразків безхребетних з 2014 по 2015 рік.
"> таблиця 1).

Спільноти макробезхребетних, зібрані на досліджуваних станціях, складаються в основному з личинок комах, ракоподібних, молюсків та "черв'яків" (п'явок, планарій) розміром більше 0,5 мм. Характеристики безхребетних спільнот станцій узагальнені в таблиці 2
Підсумок багатства, валової кількості, кількості зразків, щільності потенційної здобичі та домінуючих таксонів на кожній станції.
"> таблиця 2. Таксономічне багатство відповідає кількості різних таксонів [1]: загалом було виявлено 78 таксонів з 292 628 безхребетних, зібраних з 1353 пунктів відбору проб.

Результати показують, що станція Порт-Лесней є найщільнішою серед безхребетних (понад 7200 особин/м2), тоді як станції Лес-Анріс і Ле-Платанс мають однаковий порядок величини (середня щільність менше 4000 особин/м2). ). Станція Вердон має мінімальні значення щільності (1300 особин/м2) та таксономічного багатства; ця станція насправді не дуже продуктивна, оскільки знаходиться в дуже обмеженому оточенні Великих ущелин Вердон.

Дані про чисельність різних таксонів аналізували за допомогою аналізу основних компонентів (рисунок 5
Аналіз основних компонентів вмісту макробезхребетних. На А) показані вектори, пов'язані з різними ідентифікованими таксонами. У В) вказується розподіл центроїдів точок відбору проб кожної кампанії.
"> рисунок 5). Метою цього аналізу безхребетних спільнот є характеристика просторових (між станціями) та часових (міжкампанійних) змін. Це дозволяє диференціювати станцію Порт-Лесні на основі Diptera Chironomidae і Coleoptera (особливо родів Elmis, Limnius, Riolus та Esolus). Станція Вердон відрізняється від станції Генріса (Durance) меншою чисельністю більш реофільних таксонів, таких як Diptera Orthocladiinae і Simuliidae або рід Hydropsyche (Trichoptera) до чисельності цих реофільних таксонів станція Боме (басейн Ардеш), здається, є посередником між Лес Анрісом і станцією Вердон.

"> Corse et al., 2017). Основний компонентний аналіз пропорцій (ACPp; рисунок 5
Аналіз основних компонентів вмісту макробезхребетних. На А) показані вектори, пов'язані з різними ідентифікованими таксонами. У В) вказується розподіл центроїдів точок відбору проб кожної кампанії.
"> Рисунок 5) цих даних про раціон, отриманих за допомогою метабаркодування, дозволяє вказати, що серед Ephemeroptera Baetis fuscatus (сімейство Baetidae) є основною здобиччю фартуха. Види роду Ecdyonurus (Ephemeroptera з сімейства Heptageniidae) і Diptera підродини Orthocladiinae становлять важливу вторинну здобич у своєму раціоні, інші таксони, що утворюють допоміжну здобич. Тим не менше, експлуатація екдіонуру є більш важливою у Вердоні порівняно з іншими станціями, і цей таксон становить на цій станції основну здобич.

Крім того, селекційні аналізи, що базуються на порівнянні розподілу макробезхребетних у раціоні, з одного боку, та в річці, з іншого боку, показали, що здобич, яку вживають багато та часто (Baetis та Heptageniidae), відбирається позитивно. на всіх станціях. Іншими словами, фартухи поглинають відносно більше його, ніж у середовищі. З іншого боку, деякі здобичі відбираються негативно. Хоча ця здобич насичена навряд чи коли-небудь поглинається фартухом (це стосується, наприклад, Coleoptera Riolus або Elmis) або споживається дуже мало в порівнянні з великою кількістю (наприклад: Ephemeroptera Oligoneuriella та Caenis; Cheumatopsyche Trichoptera).

Крім того, пізніші кампанії (з кодом "B") менш пов'язані з Baetis fuscatus, а кампанії осені 2015 року більше пов'язані з Orthocladiinae (Рисунок 6
Аналіз основних компонентів даних щодо дієти на фартухах.
"> фігура 6). Ці дві тенденції також можна спостерігати на графіку фігури 7
Мережі взаємозв’язків між дієтою, сезоном та здобиччю, поглиненою фартухом.
"> Малюнок 7, який показує сезонну еволюцію раціону фартуха: споживання основних здобичей (Baetis та Heptageniidae) максимальне навесні (жовте), воно розвивається до більшої частки Heptageniidae влітку (у світло-зеленому ), потім до зменшення Baetis та сильного збільшення Orthocladiinae (вторинна здобич) восени (в темно-зеленому).

Таким чином спостерігається сезонна зміна зі зменшенням основної здобичі та збільшенням вторинної та допоміжної здобичі. Насправді, менша кількість індивідуальних варіацій у раціоні харчування весною (див. Вісь фекалій; рисунок 7
Мережі взаємозв’язків між дієтою, сезоном та здобиччю, поглиненою фартухом.
"> фігура 7), період, протягом якого фартухи споживають ті самі типи здобичі (їх основна та бажана здобич; пор. осі здобичі; фігура 7
Мережі взаємозв’язків між дієтою, сезоном та здобиччю, поглиненою фартухом.
"> Малюнок 7). Потім з літа ми спостерігаємо як розширення спектра здобичі, так і додаткову здобич (наприклад: Chironomidae, Hydropsyche і Psychomyiidae; пор. розподіл по осі жертви; рисунок 7
Мережі взаємозв’язків між дієтою, сезоном та здобиччю, поглиненою фартухом.
"> Рисунок 7) та міжіндивідуальні зміни в дієті (рознесення точок на осі калу; Рисунок 7
Мережі взаємозв’язків між дієтою, сезоном та здобиччю, поглиненою фартухом.
"> Малюнок 7). Восени спектр ще більше розширюється щодо здобичі та індивідуальної мінливості раціону фартуха. Протягом сезонів ми спостерігаємо популяційну деспеціалізацію раціону, і фартухи, здається, змушені більше опортунізм (зменшення споживання основної здобичі, збільшення додаткової здобичі та збільшення міжособистісної мінливості раціону) .Додаткові аналізи (CORSE, E., ARCHAMBAUD-SUARD, G., MÉGLECZ, E., BALMAIN, J. -P., BERTRAND, M., CHAPPAZ, R., DUBUT, V., 2017b, Вивчення поведінки годування фартуха Рона (Zingel asper L.). Сектори Ardèche, Loue, Durance, Buëch 2014-2015 та Verdon 2015, Звіт про закінчення роботи Екс-Марсельський університет/Ірстея, 153 с.

"> Corse та ін., 2017b), зокрема, продемонстрували, що раціон фартухів сильно визначається різноманітністю та структурою видобутку (наприклад: справедливість здобичі, чисельність, просторова неоднорідність). Ми спостерігаємо високу щільність та різноманітність Популяції фартухів тоді спеціалізуються (низька міжособистісна мінливість), експлуатуючи рясно і переважно Baetis fuscatus. Восени, навпаки, різноманітність доступної здобичі менша, доступність Baetis зменшується, а громада представляє сильніший просторовий Популяції фартухів тоді менш спеціалізовані, і існує значна мінлива індивідуальна мінливість раціону. Більше того, саме в цьому контексті опортунізму, обмеженого сезонними модифікаціями раціону. хижацька спільнота, є найнижчими коефіцієнтами стану [ 2] були виміряні для фартуха. nt припускає, що осінній раціон не є оптимальним для фартуха.

Для того, щоб оцінити, які типи середовищ існування використовується фартухом, ми провели аналіз за інерцією між даними спільноти макрохребетних та даними, відомими як аналіз ніш (DOLÉDEC, S., CHESSEL, D., GIMARET-CARPENTIER, C., 2000, Поділ ніш у аналізі громади: новий метод, Екологія, n ° 81, с. 2914-2927.

"> Доледек та ін., 2000). Завданням цього аналізу є характеристика асоціацій кожного безхребетного з різними фізичними змінними середовищ існування.

Якщо врахувати всі станції, то більшість здобичі, поглинутої фартухом, незалежно від того, є вони основною здобиччю, вторинною або додатковою здобиччю, виявляється в лотичних середовищах, а пов'язано зі слабким засміченням та гранулометрією. 8
Аналіз ніш безхребетних та видобутку фартушних станцій.
"> Малюнок 8). Тим не менше, деякі безхребетні, які тим не менше перебувають в тих же місцях проживання, що і здобич, поглинута фартухом, не використовуються або мало використовуються (хоча їх багато; наприклад, Coleoptera, Caenis), що свідчить про те, що" фартух працює внутрішньо- Вибір середовища існування. Цей вибір середовища існування, схоже, пов’язаний із рисами історії життя макробезхребетних, оскільки більшість здобичі, яку споживає фартух, крім реофільності, є епібентосом.

[1] Термін таксон позначає групу живих істот, що мають спільні характеристики. Цей термін може стосуватися виду, роду, родини або іншого рівня класифікації.

[2] Коефіцієнт умови обчислюється шляхом ділення ваги риби на її кубічну довжину (P/L3). Цей коефіцієнт виявляє фізіологічний стан риб одного виду.