Новый инъекционный датчик для отслеживания рыб: проще, быстрее, безопаснее
Исследователям больше не нужно оперировать рыб, чтобы понять, как они проходят через гидроэлектростанции. Это стало возможным благодаря новому инъекционному акустическому датчику, описанному в журнале Scientific Reports.
Этот датчик позволяет безопасно и быстро ввести небольшое устройство в молодь рыб с помощью шприца, подобного медицинскому. Инъекционный метод менее инвазивен, чем хирургическая имплантация, требуемая более ранними версиями, и позволяет рыбам быстрее восстанавливаться, что также обеспечивает более надежные данные об их поведении.
«Наш новый датчик по сути позволяет рыбе пройти быструю амбулаторную процедуру», — говорит Чжицюнь «Дэниел» Дэн из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США. «Это первый акустический передатчик, который можно ввести с помощью простой инъекции иглой».
Акустическая система для лосося
PNNL начала разработку своей Juvenile Salmon Acoustic Telemetry System (JSATS) в 2001 году по запросу Инженерного корпуса армии США. Система (включающая датчики, приемники звука и программное обеспечение) изначально создавалась для точного отслеживания миграции молоди лосося из бассейна реки Колумбия в Тихий океан. Теперь её используют для разных видов рыб и гидросооружений по всему миру, включая Калифорнию, Австралию и Бразилию.
Датчики издают тихие звуковые сигналы, которые улавливаются приемниками в водоемах. Эти данные помогают построить точную 3D-карту перемещения каждой рыбы и определить, получают ли они травмы. Эта информация используется для адаптации плотин, чтобы сделать их более безопасными для рыб.
Хотя предыдущие датчики JSATS давали детальную картину, их размер и вес (в 2007 году они были в 3 раза тяжелее нового инъекционного датчика) могли влиять на поведение мелких рыб, снижая надежность данных. Их имплантация требовала хирургического вмешательства: разрез, ручное введение датчика и наложение швов. Поэтому в PNNL работали над созданием всё более легкого и маленького датчика, пригодного для введения шприцем.
«Новый инъекционный датчик позволяет метить рыб меньшего размера, что помогает гарантировать, что изучаемые особи репрезентативны для всей популяции», — отмечает соавтор статьи М. Брэд Эппард, биолог Инженерного корпуса армии США.
Технические характеристики нового датчика
- Размер: примерно как два зерна риса, положенных рядом (длина — 15 мм, диаметр — 3.38 мм).
- Вес: всего 217 мг в сухом состоянии.
- Конструкция: половина цилиндра содержит крошечную 3-вольтовую батарею, другая — миниатюрную плату и преобразователь, издающий звуковой сигнал.
- Новые функции: датчик температуры, регулируемая громкость сигнала, возможность попеременно передавать два уникальных кода и программируемая пауза перед началом передачи.
Датчик может подавать сигнал с интервалом от каждых 0.4 секунд и реже. Лабораторные испытания показали, что при сигнале каждые 3 секунды новая батарея работает в среднем 120 дней, тогда как предыдущая версия при тех же условиях работала только 23 дня.
Процедура введения также значительно ускорилась: инъекция занимает 20 секунд, в то время как хирургическая имплантация старого датчика требовала не менее 2 минут, что снижает стоимость исследований.
Тестирование и перспективы
Летом 2013 года в реке Снейк (штат Вашингтон) выпустили около 700 мальков лосося с инъекционными датчиками. Первоначальные результаты показали, что выживаемость рыб с новым датчиком была выше, чем со старым. Исследования по оценке воздействия датчиков на рыб и определению минимального безопасного размера рыбы для инъекции продолжаются.
PNNL планирует передать технологию коммерческому производителю. Команда Дэна продолжает совершенствовать датчики: разрабатывается ещё меньшая версия для молоди угрей и миног, а в прошлом году был создан датчик с увеличенным сроком службы для осетровых.