Мезокосм - Mesocosm

А мезокосм (мезо- или "средний" и -косм world) - это любая экспериментальная система на открытом воздухе, которая исследует естественную среду в контролируемых условиях. Таким образом, исследования мезокосма обеспечивают связь между полевыми исследованиями и строго контролируемыми лабораторными экспериментами.[1]

Мезокосмы также имеют тенденцию быть от среднего до большого (например, диапазон водных мезокосмов: от 1 до> 10 000 л) и содержат несколько трофических уровней взаимодействующих организмов.

В отличие от лабораторных экспериментов, исследования мезокосма обычно проводятся на открытом воздухе, чтобы учесть естественные вариации (например, циклы diel). Исследования мезокосма могут проводиться либо в вольере, достаточно маленьком, чтобы можно было контролировать ключевые переменные, либо путем сбора ключевых компонентов природной среды в полевых условиях для дальнейших экспериментов.

Были проведены обширные исследования мезокосма, чтобы оценить, как организмы или сообщества могут реагировать на изменение окружающей среды путем преднамеренного манипулирования переменными окружающей среды, такими как повышение температуры, уровня двуокиси углерода или pH.[2]

Преимущества

Томатная теплица в Нидерландах.
Томатная теплица в Нидерландах.

Преимущество исследований мезокосма состоит в том, что представляющие интерес градиенты окружающей среды (например, температуры потепления) можно контролировать или комбинировать для разделения и понимания лежащих в основе механизма (ов), влияющих на рост или выживание представляющих интерес видов, популяций или сообществ. Манипулируя градиентами (например, климатическими переменными), исследования мезокосма могут выходить за рамки имеющихся данных, помогая создавать более совершенные модели эффектов различных сценариев. Эксперименты с мезокосмом также обычно включают воспроизведение различных уровней лечения.

Манипулирование чем-либо может дать нам представление о том, чего ожидать, если что-то произойдет в этой экосистеме или среде.[2] Для комнатных мезокосмов камеры роста позволяют нам контролировать эксперимент.[2] Вы можете поместить растения в камеру для выращивания и управлять воздухом, температурой, распределением тепла и света, а также наблюдать эффекты при воздействии различных количеств каждого фактора.[2]

Теплицы также вносят свой вклад в исследования мезокосма, хотя иногда они могут вызывать изменение климата, мешать эксперименту и приводить к неэффективным данным.[3][4]

Недостатки

Использование камер для выращивания в лабораторных экспериментах иногда является недостатком из-за ограниченного пространства. [5] Еще один недостаток использования мезокосмов - это неадекватная имитация окружающей среды, из-за чего организм избегает определенной реакции по сравнению с его естественным поведением в исходной среде.

Примеры

Рыба Hoplias Malabaricus.
А Hoplias malabaricus рыбы.

[A] Маццео и его коллеги изучили пищевые привычки Hoplias malabaricus рыба при воздействии разного количества фитопланктон, зоопланктон и конкуренция.[6] За три месяца до проведения эксперимента они поддерживали среднее количество осадков, температуру воздуха и общую субтропическую среду.[6] Используя 12 единиц, они заполнили их водой из водоносного горизонта, песком и растениями и держали их изолированно до тех пор, пока среда не стала подходящей для появления фитопланктона.[6] После тщательной подготовки Mazzeo et al. начали эксперимент, разделив эти единицы на категории контроля (зоопланктон и фитопланктон) и 3 эксперимента: (Jenynsia multidentata с зоопланктоном и фитопланктоном), (молодь Hoplias malabaricus с зоопланктоном и фитопланктоном) и (Большой Hoplias malabaricus, Jenynsia multidentata, зоопланктон и фитопланктон) и наблюдаемые различия биомассы в разных условиях.[6]

[B] Фланаган и Макколи протестировали влияние потепления климата на концентрацию углекислого газа в неглубоких прудах, создав восьмицилиндровый мезокосм in situ.[7] Они разделили его на четыре контрольных и четыре эксперимента на пруду кампуса Университета Калгари.[7] Эти мезокосмы содержали отверстия внизу и были погружены на ту же глубину, что и пруд.[7] Благодаря тщательной защите отложений и температуры от любых изменений производство зоопланктона и водорослей было успешным.[7] После манипуляций (нагнетания тепла в воду) они измерили отложения на дне пруда на предмет концентрации углекислого газа. Собрав данные и проанализировав их, Фланаган и Макколи пришли к выводу, что из-за потепления окружающей среды в пруду углекислый газ из пруда будет увеличиваться в окружающую среду, в свою очередь, уменьшая количество углекислого газа в отложениях, косвенно изменяя углеродный цикл этой экосистемы.[7]

[C] Мезокосмы полезны для изучения судьбы загрязнителей в морской среде, а также для предоставления возможности проводить контролируемые манипулятивные эксперименты, которые невозможно проводить в естественной морской среде. С 1976 г. Лаборатория исследований морских экосистем (MERL) Университет Род-Айленда проводил исследования загрязнения и экспериментальные морские экологические исследования с использованием резервуаров мезокосма, забирающих воду из близлежащих Наррагансет Бэй.[8][9]

Мезокосмы Лаборатории исследования морских экосистем (MERL) имеют глубину 8 метров и объем 7 кубических метров. Резервуары для мезокосма были спроектированы таким образом, чтобы соответствовать средней глубине прилегающего Западного прохода залива Наррагансетт, из которого они черпают воду. MERL находится по адресу 41 ° 29′30 ″ с.ш. 71 ° 25′14 ″ з.д. / 41,491764 ° с.ш. 71,420651 ° з.д. / 41.491764; -71.420651 от Саут-Ферри-Роуд. в Наррагансетте, Род-Айленд.

Примеры публикаций научных исследований с использованием мезокосмов MERL включают:

  • Хинга, К.Р., M.E.Q. Пилсон, Р.Ф. Ли, Дж. В. Фаррингтон, К. Тьессем и А.С. Дэвис. 1980 г. Биогеохимия из бензантрацен в замкнутой морской экосистеме. Наука об окружающей среде и технологии 14: 1136-1143.
  • Хант, C.D. и С.Л. Смит. 1982. Управляемые морские экосистемы - инструмент для изучения стабильных циклов следов металлов: долгосрочная реакция и изменчивость. С. 123–135 В: Г. Д. Грайс и М. Р. Ривз, (ред.) Морские мезокосмы: биологические и химические исследования в экспериментальных экосистемах. Springer Verlag, Нью-Йорк.
  • Donaghay, P.L. 1984. Использование мезокосмов для оценки загрязнения морской среды. С. 589–620 В: H.H. White, (ed). Концепции измерения загрязнения морской среды. Колледж Морского Гранта Мэриленда, Колледж-Парк, Мэриленд.
  • Деринг, П.Х., К.А. Овиатт и Дж.Р. Рейли, 1986. Влияние моллюска, питающегося фильтром. Mercenaria mercenaria о круговороте углерода в экспериментальных морских мезокосмах. Журнал морских исследований 44:839-861.
  • Овиатт, К.А., Д.Т. Рудник, А.А. Келлер, П.А. Сампу и Г. Альмквист. 1986. Сравнение системного кислорода и углекислого газа и измерений метаболизма C-14 в мезокосмах устья. Серия «Прогресс морской экологии» 28: 57-67.
  • Новицки, Б. и C.A. Овиатт. 1990. Являются ли эстуарии ловушками для антропогенных питательных веществ? Свидетельства эстуарных мезокосмов. Серия «Прогресс морской экологии» 66: 131-146.
  • Деринг, П.Х., К.А. Овиатт, Б. Новицкий, Э. Клос и Л.В. Рид. 1995. Ограничение первичной продукции фосфора и азота в смоделированном эстуарном градиенте. Лимнология и океанография. 124: 271-287.
  • Пейтрос, Дж. М. и М. А. Райс. 2003. Воздействие аквакультуры устриц. Crassostrea virginica (Гмелин, 1791) о качестве воды и седиментации: результаты исследования мезокосма. Аквакультура 220: 407-422.

Рекомендации

  1. ^ "Что такое мезокосм?". Получено 18 июля 2011.
  2. ^ а б c d Сала, Джексон, Муни, Ховарт, О.Э., Р. Б., Х. А., Р. У. (2000). Методы в экосистемных науках. Нью-Йорк: Springer-Verlag. п. 353.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ Кеннеди, A.D. (1995a). «Температурные эффекты пассивного тепличного оборудования в экспериментах по изменению климата в высоких широтах». Функц. Ecol. 9 (2): 340–350. Дои:10.2307/2390583. JSTOR  2390583.
  4. ^ Кеннеди, A.D. (1995b). «Моделируемое изменение климата: являются ли пассивные теплицы допустимым микрокосмом для проверки биологических эффектов нарушений окружающей среды?». Биология глобальных изменений. 1 (1): 29–42. Bibcode:1995GCBio ... 1 ... 29K. Дои:10.1111 / j.1365-2486.1995.tb00004.x.
  5. ^ Дудзик, М .; Харт; Джассби; Лапан; Леви; Рис (1979). «Некоторые соображения при проектировании водных микрокосмов для изучения планктона». Int. J. Environ.Studies. 13 (2): 125–130. Дои:10.1080/00207237908709813.
  6. ^ а б c d Маццео, Не'стор; Iglesias, C .; Teixeira-de Mello, F .; Borthagaray, A .; Fosalba, C .; Ballabio, R .; Larrea, D .; Vilches, J .; Garc'ia, S .; Pacheco, J.P .; Джеппесен, Э. (май 2010 г.). «Трофические каскадные эффекты Hoplias malbaricus (Characiformes, Erythrinidae) в пищевых сетях субтропических озер: мезокосмический подход ». Гидробиология. 644 (1): 325. Дои:10.1007 / s10750-010-0197-8.
  7. ^ а б c d е Фланаган, Кайла; Макколи (2010). "Эдвард" (PDF). Водная экология. 44 (4): 749–759. Дои:10.1007 / s10452-010-9313-0.
  8. ^ «Лаборатория исследования морских экосистем». Университет Род-Айленда. Получено 12 июля 2011.
  9. ^ Klos, E (1989). «Техника дайвинга в морских мезокосмах». В: Lang, MA; Яап, WC (Эд). Дайвинг ради науки… 1989. Труды Ежегодного научного симпозиума по дайвингу Американской академии подводных наук, 28 сентября - 1 октября 1989 г., Океанографический институт Вуд-Хоул, Вудс-Хоул, Массачусетс, США. Получено 2013-04-27.