بخشی از مقاله
کاربرد تکنیک ایزوتوپهای پایدار در مطالعات اکولوژیک اکوسیستم های آبی
چکیده
در سالهای اخیر با پیشرفت علوم هستهای، کاربرد تکنیکهای ایزوتوپیک (پایدار و رادیواکتیو) در علوم زیستی و غیرزیستی رشد قابل توجهی داشته است.، این در حالی است که در حیطه علوم زیستی، ایزوتوپهای پایدار نقش مهمتری را ایفا میکنند. در علم بومشناسی یا اکولوژی نیز کاربردهای مختلفی از تکنیکهای ایزوتوپیک به ویژه پایدار متصور هستیم . یکی از مهمترین کاربردهای مطرح شده، بررسی سلامت موجودات در اکوسیستمهای آبی میباشد. در این روش سلامت عمومی و تولیدمثلی موجود بررسی شده و ارتباط آن با مقادیر ایزوتوپ پایدار نیتروژن موجود در عضله بدن جاندار سنجیده میشود و در نهایت میزان سلامت جاندار و ارتباط آن با مواد غذایی موجود در اکوسیستم تعیین می-گردد. کاربرد دیگر این تکنیکها تعیین نرخ صید استاندارد در اکوسیستمها با تعیین نژاد ماهیها از حیث وحشی یا اهلی بودن میباشد که در این روش میزان کربن پایدار وجود در بدن ماهیان (خریداری شده از مراکز توزیع به شکل تصادفی) با یکدیگر مقایسه شده که مقادیر بیشتر نشاندهنده اهلی بودن موجود (به دلیل استفاده از غذاهایی با کربن بالاتر در مورد ماهیان اهلی) و مقادیر کمتر نشاندهنده وحشی بودن ماهی میباشد و در نهایت به تعیین شرایط تروفی اکوسیستمهای آبی و تشخیص منشاء مواد موجود با استفاده از تکنیک ایزوتوپهای پایدار به عنوان آخرین کاربرد در نظر گرفته شده در این مطالعه اشاره میگردد که در آن اساس استفاده از ایزوتوپها جهت تشخیص منابع مختلف ایجاد نیترات، بر این اصل استوار است که نیترات ایجاد شده از منابع مختلف، دارای ترکیبات ایزوتوپی مختلف میباشد . با توجه به اهمیت بسیار بالای کاربرد این تکنیکها به جهت سهولت در بررسی، ایمنی بالا و دقت بسیار زیاد، ضروری است که روشهای مختلف موجود در این زمینه به خوبی تفهیم شده و در قالب پژوهشهای عملی اجرایی گردد.، از این رو در مقاله حاضر تلاش گردیدکه تکنیکهای ذکر شده به تفصیل بیان گردد.
-1 مقدمه
اولین بار در سال 1983، شرودر1چندین مقاله با محوریت ارائه روشی نوین جهت ارزیابی موادغذایی در علم آبزیپروری ارائه نمود. در این مقالات از ایزوتوپهای پایدار مواد غذایی، به دلیل آنکه به عنوان بهترین شاخص رژیم غذایی معمول مصرفی موجود زنده محسوب میشوند، به عنوان نشانگرهایی نوین و قوی، جهت تعیین مقادیر و نحوه پخش مواد غذایی در اکوسیستمهای آبی و نحوه توزیع آن در شبکههای غذایی نام برده شده است. بعدها کاربردهای مختلف ایزوتوپهای پایدار در علم اکولوژی مورد بحث و بررسی قرار گرفت و معرفی گردیدکه برخی از انواع آن شامل: یافتن روابط بین سطوح مختلف غذایی در شبکههای غذایی (هابسون2، (1999، تعیین مسیر مهاجرت ماهیها، یافتن نژاد ماهی از حیث وحشی یا پرورشی بودن (ترمبازوکی3، (2011، بررسی میزان غنای اکوسیستمهای آبی از نظر مواد مغذی ضروری (فوکن4، (2008 و بررسی اثر مقادیر مختلف مواد غذایی موجود در آب بر سلامت ماهیهای مختلف (بلازر5 و همکاران، (2014 میباشند.
به جهت اهمیت بالای پژوهشهای ذکر شده، مطالعه حاضر به جهت بررسی اکولوژیک اکوسیستمهای آبی (با استفاده از تکنیکهای ایزوتوپیک)
و با اهداف زیر، تدوین گردید:
1. بررسی سلامت موجودات (با تمرکز بر سطح نهایی تروفی) موجود در اکوسیستمهای آبی.
2. تعیین نرخ صید استاندارد در اکوسیستمها با تعیین نژاد ماهیها از حیث وحشی یا اهلی بودن.
3. بررسی شرایط تروفی اکوسیستمهای آبی و تشخیص منشاء مواد موجود.
-1-1 ایزوتوپها
ایزوتوپهای یک عنصر اتمهایی از آن عنصر هستند که دارای جرمهای متفاوت میباشند. علت اختلاف جرم ایزوتوپهای یک عنصر، اختلاف در تعداد نوترونهای موجود در هسته آنها است. ایزوتوپهای طبیعی عناصر را میتوان به دو دسته پایدار و ناپایدار تقسیم کرد. ایزوتوپهای طبیعی پایدار دارای نیمهعمری بسیار طولانی هستند، بنابراین پس از گذشت 4/55 بیلیون سال از تشکیل زمین این ایزوتوپها همچنان در طبیعت یافت میشوند. در مجموع، 256 ایزوتوپ شناخته شده از 80 عنصر که یک یا چند هسته پایدار دارند، معرفی شده است. هستههای پایدار در طول زمان دچار تغییر نمیشوند و به شدت مقاوماند و این مساله یکی از اصلیترین دلایل اهمیت کاربرد آنها در مطالعات مختلف زیستمحیطی و اکولوژیکی میباشد. روش محاسباتی ایزوتوپهای پایدار از رابطه زیر پیروی میکند:
-1-2 کاربرد تکنیکهای ایزوتوپیک در بررسی سلامت موجودات در اکوسیستمهای آبی
وجود هر مادهای بیش از اندازه مجاز در اکوسیستمهای آبی، اعم از شیمیایی، فیزیکی و زیستی سبب ایجاد آلودگی در محیط آبی میگردد و تمامی انواع آلودگیها در اکوسیستمهای آبی برای زیست فون و فلور زیستی ساکن در این محیطها به عنوان استرسور مطرح میشود. وجود بیش از اندازه مواد غذایی به ویژه مواد غنی از نیتروژن و کربن نیز اثرات زیانباری بر جوامع زیستی مستقر در اکوسیستمها دارند.، بر این اساس، بررسی ماهیان (ساکن و غیرمتحرک) در مناطق مختلف اکوسیستمهای آبی غنی (یوتروف) و بررسی سلامت فیزیولوژیکی و تولیدمثلی آنها میتواند هم به عنوان شاخصی جهت مقایسه میزان آلودگی تروفی مناطق مختلف اکوسیستم مورد استفاده قرار گرفته و هم سلامت ماهی (از نظر مدیریت در خوراک ماهی) مورد نظر را مشخص نماید.، در این میان مطالعه ایزوتوپهای پایدار به ویژه نیتروژن (یکی از مهمترین مواد غذایی شاخص در اکوسیستمهای یوتروف) به علت ارائه نتایج با دقت بالا، به عنوان یکی از جدیدترین و قویترین روشها در این زمینه، ارائه شده است.
-1-2-1 روشهای عملی بررسی سلامت فون ماهیان با استفاده از ایزوتوپهای پایدار
در ابتدا به این منظور بررسی سلامت عمومی ماهیان، آزمایشات مربوط به بیماریهای پوستی و ظاهری ماهی، بافتشناسی کبد، تعیین میزان شاخص کبدی و آزمایشات خونشناسی انجام میگیرد.، سپس جهت بررسی سلامت تولیدمثلی، بافتشناسی گناد، تعیین شاخص گنادی و معرفی برخی خصوصیات گنادی صورت گرفته و در نهایت نسبتهای ایزوتوپی مورد آزمایش قرار میگیرند.
-1-2-1-1بررسی نسبتهای ایزوتوپی
در ابتدا برای نمونهبرداری تمامی وسایل مورد نیاز از قبیل سرنگها، فیلترهای 0/45 میکرونی، تیوبهای میکروسانتریفیوژ، اسکالپل، پنس، پلیتها و غیره، با نیتریک اسید 2 درصد، اسیدی و سپس با آب دیونیزه به خوبی شستشو داده شده، سپس تمامی وسایل در هود جریاندار لامینار تا زمان نمونهبرداری قرار داده میشوند. جهت اندازهگیری نسبت ایزوتوپی N15/N14 از دستگاه طیفسنج جرمی با منبع پلاسمای جفت شده القایی استفاده خواهد شد.
نمونه ماهیچه ابتدا وزن شده 0/00001) گرم )، سپس هر نمونه در 300 میکرولیتر نیتریک اسید 60 درصد حل شده و در مرحله بعد جهت هضم بهتر، نمونهها به مدت 30 دقیقه در دستگاه اولتراساند قرار داده میشوند و بعد از هضم کامل نمونهها، ویالهای حاوی نمونههای هضم شده با آب دیونیزه به حجم 3 میلیلیتر رسانده شده و در نهایت برای آنالیز نسبتهای ایزوتوپی به دستگاه ICP-MS منتقل خواهند شد (آژانس بینالمللی انرژی اتمی، .(2013
-1-3تعیین نرخ صید استاندارد در اکوسیستمها با تعیین نژاد ماهیها از حیث وحشی یا اهلی بودن
برنامه صیادی، عملکرد کنترلشدهای است که در آن با توجه به شرایط مختلف، محدودیتهای خاصی اعمال میشود.، با این وجود متاسفانه به دلایل مختلف (از جمله وضعیت معیشتی گاها نامناسب صیادان و غیره)، گاها شاهد صید و فروش قاچاق گونههای خوراکی و پرمصرف میباشیم. به منظور ارزیابی و مدیریت ذخایر ماهیها، از نظر صید و فروش قاچاق، لازم است شیوههای نظارتی با دقت بسیار بالا صورت گرفته و بازرسیهای موجود تا سطح کنترل در مراکز توزیع و پخش ماهیها نیز پیش رود.، به همین دلیل تدوین برنامهای منظم، جهت تعیین میزان صید قاچاق به ویژه در فصل تولیدمثلی (که آثار مخرب آن را چندین برابر میکند)، سبب بهبود در شناخت، کنترل و مدیریت این مساله میگردد. تکنیکهای ایزوتوپیک به ویژه ایزوتوپهای پایدار قادر هستند بین ماهیان وحشی و پرورشی (به ویژه در مورد ماهیان گوشتخوار) با دقت بسیار بالا تمیز قائل شود.
-1-3-1 روش عملی تعیین نژاد ماهیها از حیث وحشی یا اهلی بودن
در ابتدا نمونهبرداری از ماهیان به شکل تصادفی (نیاز نیست تعداد نمونههای انتخابی زیاد باشند) از مرکز اصلی فروش و توزیع ماهی انجام شده و پس از انتقال نمونهها به آزمایشگاه مقادیر ایزوتوپ کربن (مقادیر متفاوتی را در رژیمهای غذایی متفاوت نشان میدهد) موجود در ماهیچه و فلس نمونهها تعیین میگردد. جهت تعیین مقادیر ایزوتوپیک، پس از شستشوی نمونهها به وسیله آب
