全新的超小型声学标签(左)由米粒大小的微电池(右)供电，功率是家用AAA电池的两倍。这个标签为敏感物种提供了新的视角，比如太平洋七鳃鳗。信用:斯蒂芬妮·金|太平洋西北国家实验室随着世界范围内七鳃鳗和鳗鱼数量的减少，追踪它们的移动和生存是走向保护的第一步。然而，一些跟踪传感器——或标签——对较小的鱼来说太大了。科学家最近开发了一种新的微型电池和标签来追踪更年轻、更小的物种，如鲑鱼、鳗鱼和太平洋七鳃鳗。这一新信息可用于开发保护幼鱼和支持下游迁徙期间生存的方法。
在发表在《细胞报告物理科学》上的一项研究中，来自太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员描述了一种可注射的声学标签，称为鳗鱼/七鳃鳗声学标签(ELAT)，其大小约为一粒大米，能量是AAA电池的两倍。
领导电池和标签开发的实验室研究员和机械工程师邓伟标说:“这种标签为跟踪各种物种和生命阶段的运动开辟了可能性，而这些是我们以前无法研究的。”。
它还通过跟踪敏感物种在水电设施内和水电设施周围的鱼类通道，为支持可持续水电提供了更多的见解。给非常年轻的物种贴标签可以为未来的水电设计和运营提供信息。这些信息可用于开发技术和改善环境性能，同时仍能提供清洁、可靠的电力。
声学标签每五秒钟发送一次信号，信号被接收器接收，接收器可以远至足球场那么长。这些接收器可以放在水坝上跟踪通道，也可以单独放置跟踪迁徙。(插图:太平洋西北国家实验室)随着数据的增长，下降速度放缓
在过去的几十年里，太平洋七鳃鳗和美洲鳗鲡的数量以及奇努克鲑鱼的某些亚种数量都在下降。下降是由多种因素造成的，包括栖息地的丧失、海洋条件，以及在某些情况下，迁徙的障碍。
美国的大坝建设刺激了工业发展、农业复兴以及持续至今的可靠、可负担的电力。然而，许多设施是在上世纪中叶建造的，当时人们对七鳃鳗或鳗鱼通道知之甚少。
“太平洋七鳃鳗很难研究，因此研究不足。PNNL地球科学家斯蒂芬妮·利斯说:“我们对它们还有很多不了解的地方，这个标签打开了了解它们更多行为的大门。
通过标记它们，以便更好地了解它们在所有生命阶段的移动，可以采取水电缓解措施，例如旁路系统，来支持它们的迁移。
相对于现有的商用技术，鳗鱼/七鳃鳗电池(左上)和标签(右上)。(图片:太平洋西北国家实验室)小电池，大信号
更小的标签需要更小的电池，电池大小是鱼标签设计的限制因素。虽然市面上有比头发还小的微型电池，但它们的功率不足以容纳声音标签。
作为降低声学标签尺寸的十年努力的一部分，PNNL的研究人员开发了一种突破性的电池，可以用一个大拳头来标记微小的鱼。
这种高能量电池可持续使用30天，每5秒钟发出一个相当于足球场长度的声波脉冲。整个标签的成本与最初由PNNL公司开发的更大的商用声学标签相同。
“最大的障碍是平衡规模和业绩，”邓说。"较小的技术需要在相互竞争的参数之间进行权衡，例如电池寿命或声音强度."
鳗鱼/七鳃鳗声学标签旁边的年轻美洲鳗鱼。(斯蒂芬妮·利斯摄|太平洋西北国家实验室)带着标签、微型电池去野外
这些标记对游泳能力没有影响，在各种河流环境中，如浅水区或水坝的尾水中，几乎100%的标记物种被检测到。由于浊度或快速流动的水等挑战，这种设置会增加声学检测的复杂性。
“这个新标签令人兴奋，因为它意味着关于以前研究不足的鱼的大小和年龄的更好的信息，特别是那些具有保护意义和文化意义的，”利斯说。利斯领导了奇努克鲑鱼的研究，该研究最近在《加拿大渔业和水产科学杂志》上发表。
利斯和她的团队发现，哥伦比亚河下游迁徙的奇努克鲑鱼可以小到两英寸。由于现有鱼标签的尺寸，只有大于3.7英寸的鱼才能被贴上标签，而不会影响游泳能力。现在，有了ELAT，小到2.3英寸的鱼都可以被标记。
这项研究也是完善标记年轻鲑鱼的尺寸指南的第一步。它包括实验室评估，观察鱼在西北太平洋可能遇到的两种不同温度下的行为。研究人员发现，几乎所有的鱼都保留了它们的ta gs，存活了下来，甚至与未标记的鱼具有相同的生长速度。基于这些信息，利斯和她的团队能够开发一个新的标记建议，显示小至2.3英寸的鱼可以使用ELAT进行标记。
“在PNNL，我们正在继续开发我们的技术，目标是减少电池和标签的尺寸，并最终减少我们能够跟踪的鱼的尺寸，”邓说。“这将有助于我们更好地了解鱼类运动，从而超越任何潜在的保护问题，例如被列为受威胁或濒危物种。”
潜在的应用远不止鳗鱼、七鳃鳗和鲑鱼。除了更好地了解其他研究不足的物种，如胡瓜鱼或虾之外，人们对使用ELAT跟踪入侵物种很感兴趣，如密西西比河流域的亚洲鲤鱼或五大湖的海鳗。
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