Summary
이 프로토콜은 열화상 카메라와 온수 목욕을 사용하여 평평한 피부 조류 표본을 통한 열 전달의 정량화를 설명합니다. 이 방법을 사용하면 말린 평평한 피부 표본을 사용하여 종 에 걸쳐 깃털 코트의 열 성능에 대한 정량적 비교 데이터를 얻을 수 있습니다.
Abstract
깃털은 단열재에 필수적이며, 따라서 조류의 온도 조절 비용에 필수적입니다. 다양한 생태 학적 상황에 걸쳐 조류의 온도 조절의 에너지 비용에 대한 강력한 문헌이있다. 그러나, 몇몇 연구 결과는 열조절에 단독으로 깃털의 기여를 특징짓는다. 몇몇 이전 연구는 동물 펠트의 절연 값을 측정하기위한 방법을 설립했지만, 깃털이 피부에 고르게 분포되지 않는 조류에 문제가있는 파괴적인 샘플링 방법이 필요합니다. 더 많은 정보가 필요합니다 1) 열조절에 깃털의 기여는 종 에 걸쳐 및 2) 깃털 코트가 공간과 시간에 걸쳐 변경 될 수있는 방법 모두에 걸쳐 변화하는 방법. 여기에 보고된 것은 피부 표본을 파괴할 필요 없이 건조된 전체 피부 시편을 사용하여 깃털 코트와 피부의 열 성능을 신속하고 직접적으로 측정하는 방법이다. 이 방법은 열 조절에 행동 및 생리 적 전략을 사용하는 살아있는 조류의 열 손실 및 신진 대사 비용을 측정하는 방식으로 깃털 코트를 가로 질러 열 그라데이션을 분리하고 측정 할 수 없습니다. 이 방법은 열 카메라를 사용하여 정량적 열 데이터를 빠르게 수집하여 피부를 통해 안정적인 소스에서 열 손실을 측정할 수 있습니다. 이 프로토콜은 다양한 연구 질문에 쉽게 적용 할 수 있으며, 모든 조류 택시에 적용되며 피부 표본의 파괴를 요구하지 않습니다. 마지막으로, 정량적 데이터 수집을 단순화하고 가속화함으로써 조류의 수동 온도 조절의 중요성에 대한 이해를 한층 더 강화할 것입니다.
Introduction
깃털은 조류의 정의 특성이며, 가장 중요한 절연1중, 많은 기능을 제공합니다. 조류는 척추 동물 군의 평균 평균 온도가 가장 높으며, 환경 온도 변화로부터 절연하는 깃털은 특히 추운 환경에서 에너지 균형의 중요한 부분입니다2. 깃털의 중요성에도 불구하고, 조류의 열 상태의 변화에 대한 문학의 대부분은단열3,4, 5,6,7,7,9,10 (자세한 내용은 와드 등을 참조)로 깃털의 기능보다는 온도 변화에 대한 대사 반응에 초점을 맞추고있다. 11,12,13. 그러나 깃털 자체는 시간, 개인 및 종에 따라 다를 수 있습니다.
여기에 제시된 방법은 깃털 코트의 전체 열 값을 정량화하는 데 유용합니다. 그것은 살아있는 조류에 혼란 요인을 제거, 행동 온도 조절 등1 및 절연 지방의 다양 한 금액. 깃털 코트의 열 성능에 대한 보다 광범위한 측정은 깃털이 단열재에 기여하는 방법과 조류의 생명 역사와 연간 주기 전반에 걸쳐 종 내에서 어떻게 변화하는지에 대한 이해를 향상시키기 위해 필요합니다.
깃털은 깃털 뿐만 아니라 피부와 깃털 사이 공기를 트래핑하 여 새를 절연 하 고 열 손실14에물리적 장벽을 만듭니다. 깃털은 바브14라고불리는 프로젝션이 있는 rachis라고 불리는 중앙 깃털 샤프트로 구성됩니다. 바불은 인접한 바브와 함께 연동하여 깃털을 "지퍼"하고 구조를 제공하는 바브의 작고 보조 투영입니다. 또한, 아래 깃털은 중앙 인종이 부족하고 몇 바불이, 따라서 피부 위에 바브의 느슨하고 절연 질량을 형성14. 깃털 코트는 종 에 따라 다릅니다15,16,종 내에서17,18,및 비교 개인 내에서2,19,20, 21,22,23,24. 그러나 깃털 수의 변화, 새의 다양한 유형의 깃털의 상대적 풍부 또는 바브 /바불 수의 변화가 깃털 코트의 전반적인 열 성능에 미치는 영향에 대한 정량적 정보는 거의 없습니다. 이전 연구는 주어진종11,12, 13에대한 단열 및 열 전도도의 단일 평균 값을 결정하는 데 초점을맞추고있다.
깃털 코트는 종마다 다른 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 대부분의 조류는 깃털이 각각14라고불리는 피부의 뚜렷한 영역을 가지고 있습니다. pterylae (때로는 "깃털 지역"이라고도 함)의 배치는 종에 따라 다르며 분류 문자(14)로가치가 있습니다. 그러나 일부 조류 (즉, 쥐와 펭귄)는이 pterylosis를 잃고 몸14에걸쳐 깃털의 균일 한 분포를 가지고있다. 또한, 다른 종, 특히 다른 환경에 살고있는 사람들은 깃털 유형15의다른 비율을 가지고있다. 예를 들어, 추운 기후를 사는 새들은 깃털15개, 따뜻한 환경에 사는 종보다 더 큰 깃털부분(16)을 가진 윤곽 깃털을 더 많이 가지고 있습니다.
특정 유형의 깃털의 미세 구조는 또한 종25,26에걸쳐 절연에 영향을 미칠 수 있습니다. Lei 외. 많은 중국 파세린 참새의 윤곽 깃털의 미세 구조를 비교하고 추운 환경에 거주하는 종은 각 윤곽 깃털, 더 긴 바불, 높은 노드 밀도 및 따뜻한 환경(25)에거주하는 종보다 더 큰 노드의 더 높은 비율을 가지고 있음을 발견했다. D'alba 등은 일반적인이더(Somateria mollissima)와그레이라그 거위(Anser anser)의 다운 깃털의 미세 구조를 비교하고 이러한 차이가 깃털의 응집력과 깃털의능력(Anser anser)에어떻게 영향을 미치는지 설명하여공기(26)를포획한다. 깃털의 이러한 변화가 종 에 걸쳐 깃털 코트의 전반적인 열 성능에 미치는 영향에 대한 정량적 비교 데이터는 제한됩니다 (자세한 내용은 테일러와 워드 등을 참조하십시오.) 11,13.
종 내에서 깃털 코트의 열 성능은 다를 수 있습니다. 승려 앵무새(Myiopsitta monachus)17과 같은 일부 종은 매우 크고 다양한 지리적 범위에 살고 있습니다. 이러한 다른 환경에 의해 제기 된 다른 열 응력은 지역적으로 종 내에서 조류의 깃털 코트에 영향을 미칠 수 있지만 현재이 주제에 사용할 수있는 데이터가 없습니다. 또한, Broggi 외. 북반구에서 큰 구덩이(파루스 주요 L.)의두 인구를 비교. 그(것)들은 더 많은 북부 인구의 윤곽 깃털이 더 많은 남부 인구의 그보다는 더 짧고 비례적으로 깃털이 있었다는 것을 보여주었습니다. 그러나, 이러한 차이는 두 인구의 새가 같은 장소에서 제기 되었을 때 사라졌다18.
더욱이, Broggi 등은 이러한 결과를 다른 열 조건에 대한 플라스틱 반응으로 설명했지만, 이러한 상이한 깃털코트(18)의단열값을 측정하지 는 않았다. 결과는 또한 윤곽 깃털 밀도가 윤곽 깃털에 있는 plumulaceous 바브의 비율 보다는 절연에 더 중요하다는 것을 건의합니다, 그러나 Broggi 외. 북부 인구는 적당한 양분18의부족 때문에 최적 깃털을 생성할 수 없을 지도 모른다는 것을 건의했습니다. 이 깃털 코트의 전반적인 열 성능의 정량적 측정은 깃털 차이의 중요성을 더 잘 이해할 것입니다.
시간이 지남에 따라 개별 조류의 깃털 코트는 다양합니다. 적어도 일년에 한 번, 모든 조류 몰트 (깃털을 모두 교체)19. 해가 갈수록 깃털은2,20, 덜 수많은18,21,22,23을착용하게됩니다. 일부 조류는 일년에 한 번 이상 몰트하여 매년19개의뚜렷한 깃털 코트를 제공합니다. 미들턴은 일년에 두 번 몰트하는 미국의골드핀치(Spinus tristis)가겨울철에 기본 깃털에 깃털이 더 많고, 여름철24년동안 다른 깃털보다 더 많은 깃털을 가지고 있음을 보여주었습니다. 깃털 코트의 이러한 연간 차이는 새가 추운 기간 동안 더 많은 열을 수동적으로 보존하거나 따뜻한 계절 동안 더 많은 열을 수동적으로 흘릴 수 있지만, 이 것을 결정적으로 테스트한 연구는 없습니다.
조류는행동적으로 1,27을 조절하고 다른 열 조건3,4,5,6,7,8,9,10,26에대사적으로 적응할 수 있지만, 깃털은 일정한 절연층을 제공함으로써 열조절에 중요한 역할을 한다. 여기에 설명 된 방법은 깃털 코트를 단독으로 대답하고 패시브 온도 조절 (즉, 살아있는 새가 행동이나 신진 대사를 수정하지 않고 얼마나 많은 열을 유지합니까?)에 대한 질문에 깃털을 격리하여 대답하도록 설계되었습니다. 활성 및 생리 적 온도 조절은 생태학적으로 중요하지만 깃털만이 절연을 어떻게 돕고 적극적인 행동 및 생리 적 온도 조절의 필요성에 미치는 영향을 이해하는 것도 중요합니다.
이전연구는 동물 펠트11,12,13,28의열 전도도 및 단열성을 정량화하는 방법을 확립했다. 여기에 제시된 방법은 "보호된 핫플레이트"방법(11,12,13,28)의연장이다. 그러나, 여기서 설명된 방법은 열전대가 아닌 열카메라를 사용하여 깃털 코트의 외부 경계에서 온도를 측정한다. 가드 핫 플레이트 방법은 펠트를 통해 에너지 흐름의 매우 정확한 추정을 제공하지만, 그것은 멀티 재료 핫 플레이트의 건설, 열전대와 열더미의 사용에 대한 몇 가지 친숙, 작은 조각으로 절단해야 펠트의 파괴적인 사용이 필요합니다. 이 조각들은 시료와 핫 플레이트 장치 사이의 공기를 제거하기 위해 기름을 바른다. 무테리아 (예를 들어, 펭귄)가 부족한 몇 마리의 새를 제외하고, 컷의 위치는 실제로 피부에 부착 된 깃털의 수에 큰 영향을 가하기 때문에 새 가죽에서 작은 사각형을 절단하는 것은 비교 목적으로 문제가됩니다. 이 문제는 ptyerlae14의존재, 크기 및 배치에서 택시 간의 변화에 의해 악화된다.
또한 박물관 표본은 조류 간의 절연 변동을 평가하기위한 잠재적으로 풍부한 자원이 될 수 있지만 일반적으로 과학 컬렉션에서 피부 표본을 자르고 기름칠 할 수있는 권한은 달성 할 수 없습니다. 또한 보호된 핫 플레이트 측정을 위해 야생에서 가져온 표본은 이후에 박물관 표본으로 사용할 수 없습니다. 여기에 제시된 방법은 1) 시편의 파괴를 필요로 하지 않고, 전체 건조 조류 스킨과 함께 사용할 수 있다는 점에서 보호된 핫 플레이트 방법과 다르며, 2) 피부의 밑면을 기름칠한다. 그것은 열 관계의 라이브 조류 측정에 사용되는 (여전히 상대적으로 비싸지만) 점점 저렴해지는 열 카메라를 사용합니다.
이 방법은 보호된 핫 플레이트 방법처럼 피부와 깃털을 직접 통해 에너지 흐름(열 전도도 또는 단열값)을 측정하지 않습니다. 대신 열카메라를 사용하여 깃털 코트의 바깥 쪽 경계의 온도를 측정합니다. 결과 값은 피부, 깃털 및 그 사이에 갇힌 공기를 통해 수동적으로 손실된 열을 통합한 측정값입니다(아래 열원에 비해). 평평한 스킨으로 제조되고 기술된 기술을 사용하여 측정된 표본은 수집에 저장될 수 있으며 향후 연구를 위한 가치를 무기한 으로 제공할 수 있습니다. 이 방법은 모든 평평한 스킨 시편에서 깃털 코트 열 성능을 측정하는 표준화되고 비교적이며 비교적 간단한 방법을 제공하며, 이는 상호 및 내별 비교에 특히 유용합니다.
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Protocol
이 작품은 살아있는 동물과 어떤 작업을 포함하지 않았고, 따라서 동물 관리 검토에서 면제되었다.
1. 셋업 및 재료(그림 1)
- 관심 있는 종의 평평한 스킨을 사용할 수 없는 경우, Spaw의프로토콜(29)을 사용하여 신선하거나 냉동된 시편에서 스킨을 만듭니다. 깃털을 깔끔하고 자연스러운 위치로 선불로 넣고 건조하여 측정을 진행하기 전에 일정한 무게를 얻습니다.
- 일정한 온도 온수 목욕을 설정합니다.
참고 : 이 설정은 매우 키가 크므로 바닥에 뜨거운 수조를 배치하는 것이 가장 쉽습니다. - 일정한 온도 온수 욕조의 표면에 맑은 아크릴 유리(재료 의 표)의시트를 놓습니다. 유리는 시편을 적시지 않고 피부 밑면으로 열을 전달할 수 있게 합니다.
참고: 이 파일럿 연구는 아크릴 유리 시트(두께 0.125)를 사용했습니다. 유리의 두께는 재료의 방사율30에 영향을 미치지 않지만 (항상 0.86일 것입니다), 그러나 유리 표면의 절대 온도에 영향을 미칩니다(즉, 두꺼운 유리는 낮은 온도를 초래할 것이다). 따라서, 모든 측정은 동일한 두께의 아크릴 유리 시트를 사용하여 수행해야합니다. - 아크릴 유리 위에 원형 구멍(직경 0.5)이 있는 폼 코어 보드(두께 1개)를 놓습니다.
참고 : 새의 크기는 구멍의 크기를 안내해야하므로 소스에서 열을 수신 중단 깃털의 크기. 여기서, 직경 0.5구멍이 사용되며, 이 크기는 시편에 충분한 열투전을 달성할 수 있을 만큼 충분히 크지만 유방 깃털 관 하에서 열을 중심으로 충분히 작기 때문에(가장 작은 구멍을 제외한 모든 조류). 열 개구부 크기에 관계없이 모든 조류에 대해 비교 가능한 복제 값을 얻으려면 동일한 크기의 구멍으로 측정을 수행해야 합니다. - 카메라의 최소 초점 거리에서 셋업 바로 위에 있는 삼각대에 열카메라를 부착합니다.
참고: 여기에 FLIR SC655 열화상 카메라가 사용됩니다 (680 px x 480 px 해상도, ±2 ° C 또는 ±2 % 판독 정확도, 40cm 최소 초점 거리). 다른 카메라는 학위 해상도가 다를 수 있습니다. - 열 카메라 소프트웨어에 다음을 입력하여 카메라를 보정합니다.
- 카메라 교정 소프트웨어에서 방사값1.0으로 설정된 알루미늄 호일(반짝이는 면)을 폼 위에 배치하여 반사된 온도를 찾습니다. 열 이미지를 가져 가라. 알루미늄 호일 표면의 온도는 반사된 온도로, 실내의 주변 온도와 유사해야 합니다.
- 방사율 값을31에서 0.95로 설정합니다.
참고: 1) 방사성은 물체가32를 방출하고 0에서 1까지 의 범위인 상대적인 열량입니다. 방사율이 높은 물체는 다량의 열을 방출하며, 방사율이 낮은 물체는열(32)을거의 방출하지 않습니다. 이 값은 깃털의 방사율을 나타냅니다. 2) 이 값(0.95)은 이의를 제기합니다. 코신스와 볼러는 깃털이 0.90-0.95 사이의 방사부가치를 가지고 있지만 증거31을포함하지 않았다고 주장했다. Hammel은 0.98의 값을 보고했지만 냉동 시편에서이 값을 얻었기 때문에 정확하지 않을 수있습니다 33. 증거의 부족에도 불구 하 고, 0.95 방사율은 가장 자주 열 카메라 문학에 사용 되는 값 (코신스와 볼러에 의해 입증 된 대로31). - 실내의 주변 온도와 습도가 일정한지 확인하십시오. 이러한 값은 모든 측정 전에 측정하고 카메라 교정 소프트웨어에서 업데이트해야 합니다. 모든 실내 객실의 온도와 습도는 다소 변동되므로 이러한 값을 기록하고 소프트웨어에서 업데이트하면 측정 오류가 줄어듭니다.
참고 : 여기에 FLIR ResearchIR 맥스 소프트웨어가 사용됩니다. 이 소프트웨어는 모든 이미지에 대한 데이터를 저장하지 않으므로 각 이미지에 대해 이러한 모든 값을 기록하는 것이 중요합니다.
2. 측정 성능
- 일정한 온도온온수욕을 대상 온도(40°C)로 설정하여 대부분의 통과조류의 평균 내부 코어 온도에 대한 대리자입니다)(34)
참고: 휴식 코어 온도가 더 높은 종(예: 벌새34)또는 하급(예: 펭귄 34 또는래트34,35)을가진 종과 함께 일하는 경우, 그에 따라 온수 목욕을 조정하는 것이 적절할 수 있습니다. 도 3은 아크릴 유리 표면의 온수 욕조의 온도와 온도 사이의 관계를 나타낸다(예를 들어, 평평한 피부가 노출된 열원의 실제 온도).- 이 프로토콜에서 얻은 결과(그림 5참조)는 온도 범위에서 측정을 얻는 것도 열 성능 차이에 유익하다는 것을 시사합니다. 이를 수행하려면 30~55°C에서 5°C 증분을 사용하여 프로토콜을 따릅니다.
- 열 카메라 소프트웨어에서 열이 빠져나가는 폼의 구멍 위에 원/타원을 그립니다. 이를 통해 피부를 거품에 배치할 때 이 부위를 시각화하여 평평한 피부의 올바른 영역을 측정할 수 있습니다.
- 평평한 피부 표본을 구멍 위에 관심 있는 영역으로 거품 위에 놓습니다.
참고 : 여기에 각 새의 배 영역이 측정되며 날개와 같은 신체의 다른 부위에 의해 방해되지 않고 가장자리 효과를 받지 않을 만큼 중앙에 위치하기 때문입니다. 열 구멍 위에 피부의 배치는 실험적인 질문에 따라 달라집니다. 일반적으로 깃털 관 바로 위에 배치하고 가능한 한 피부 가장자리에서 멀리 떨어져 배치하는 것이 좋습니다. 피부를 배치할 때 깃털을 평평하게 하거나 장애하지 않도록 하십시오. 필요한 경우, 피부가 배치되면 자연스러운 위치로 미리 놓습니다. - 15분 동안 기다린 후 피부가 열원에 적응할 수 있습니다. 측정이 너무 일찍 이루어지면 깃털 코트 표면의 온도 값이 너무 낮습니다. 여기서, 피부와 깃털을 통한 온도 전달은 15분 에서 안정화되므로 15분 이상 기다리는 것은 인위적으로 높은 결과를 얻지 못할 것입니다.
- 평평한 피부의 열 이미지를 촬영.
- 열 이미지를 촬영하기 전에 방사값값을 31에서 0.95로 설정합니다.
- 폼에서 피부를 제거하고 즉시 거품에 평평한 피부없이 설정의 열 이미지를 촬영합니다. 이것은 아크릴 유리표면의 온도를 정량화하고 평평한 피부에 측정 영역으로 열원의 영역을 보정합니다.
- 여기서, 사용되는 아크릴 유리의 방사율은30이다. 피부없이 사진을 찍기 전에 열 카메라 소프트웨어에 기록해야합니다.
참고: 온수욕에 의해 표시되는 온도는 열전도가 완벽하지 않기 때문에 아크릴유리(도 3)의표면에서 반드시 온도가 아닙니다. 유리의 온도를 사용하면 피부 밑면이 얼마나 따뜻해지는지 추정하는 오류를 감소시키고, 따라서 피부와 깃털을 통해 손실되는 열의 양을 종합추정합니다.
- 여기서, 사용되는 아크릴 유리의 방사율은30이다. 피부없이 사진을 찍기 전에 열 카메라 소프트웨어에 기록해야합니다.
- 피부를 폼에 다시 같은 위치에 놓습니다. 총 5번의 시험에서 2.5-2.6단계를 반복합니다.
- 표본 피부를 올바르게 배치하려면 한 손가락끝으로 대상 측정 영역에 깃털을 부드럽게 터치한 다음 손가락을 제거하고 열 이미지를 봅니다. 손가락의 잔류 열은 열 화상에 잠시 표시됩니다. 샘플링 영역이 온수 욕조에서 피부를 통해 방출되는 열 영역을 나타내는 소프트웨어에 그려진 가시 원 내에 있는지 확인하십시오. 그렇지 않은 경우 피부가 될 때까지 움직입니다. 이 프로세스는 그림 2에설명되어 있습니다.
참고: 신선한 스킨(사용 가능한 경우)은 살아있는 새에서 피부의 자연스러운 열 성능을 보다 밀접하게 나타낼 수 있지만, 이러한 측정을 위해 건조한 스킨을 사용하면 훨씬 더 큰 표본 풀에서 비교가능하고 반복가능한 결과를 볼 수 있습니다. 따라서 모든 측정은 일정한 무게로 말린 스킨을 사용하거나 시편의 신선하고 건조한 피부 모두에서 취해야 합니다.
- 표본 피부를 올바르게 배치하려면 한 손가락끝으로 대상 측정 영역에 깃털을 부드럽게 터치한 다음 손가락을 제거하고 열 이미지를 봅니다. 손가락의 잔류 열은 열 화상에 잠시 표시됩니다. 샘플링 영역이 온수 욕조에서 피부를 통해 방출되는 열 영역을 나타내는 소프트웨어에 그려진 가시 원 내에 있는지 확인하십시오. 그렇지 않은 경우 피부가 될 때까지 움직입니다. 이 프로세스는 그림 2에설명되어 있습니다.
3. 열 화상의 데이터 수집
- 각 측정은 두 개의 열 화상으로 구성됩니다: 평평한 피부 중 하나와 아크릴 유리 중 하나. 먼저 아크릴 유리의 이미지를 엽니다. 소프트웨어에 그려진 원을 이미지에 표시되는 폼의 구멍과 정렬합니다. 온도 값을 원의 중앙에 기록합니다.
참고: 열 화상에서 데이터 추출에 대한 자세한 내용은 Senior 외36을참조하십시오.- 적절한 값으로 카메라를 보정해야 합니다. 방사율을30에서 0.86으로 설정하고 온도 값을 기록하기 전에 실험실의 현재 조건에 맞게 주변 온도 와 습도를 설정합니다.
- 평평한 피부의 열 이미지를 엽니다. 원을 이동하지 않고 온도 값을 원의 중앙에 기록합니다.
참고: 원이 이미지에 기록되지 않기 때문에 2.6절에서 촬영한 아크릴 유리의 이미지로 원의 배치를 보정하는 것이 중요합니다.- 적절한 값으로 카메라를 보정해야 합니다. 방사율31을 0.95로 설정하고 온도 값을 기록하기 전에 실험실의 현재 조건으로 주변 온도와 습도를 설정해야 합니다.
- 모든 시편의 모든 측정을 위해 3.1-3.2 단계를 반복합니다.
4. 열 성능 계산
- 아크릴 유리의 온도에서 깃털 코트표면의 온도를 뺍니다. 이 값은 깃털 코트에 의해 유지되는 열을 나타냅니다.
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Representative Results
6종으로 측정된 5종 각각 의 한 개인의 한 개 개인의 대표적인 결과는 도 4및 도 5로제시된다. 이들은 피부의 배치에 있는 작은 변이가 최대 1.7°C의 판독값에 있는 변이를 초래할 수 있다는 것을 보여줍니다. 그림 4는 조사자의 훈련이 측정의 반복성을 증가하는 방법을 보여줍니다. 예를 들어, 동일한 개별 집참새(Passer domesticus)는미숙한 조사자(도4A)에의해 단일 표적 온도에서 5회 측정하였다. 상이한 종의 다양한 표본에 대한 훈련 후, 한 조사자(J.G.)는 동일한 표적온도(도 4B)에서동일한 표본을 5회 측정하였다. 아크릴 유리의 온도와 깃털 표면의 온도 사이의 관계의 추정은 작은 (그러나 아마도 중요한) 양으로 변경됩니다. 그 결과, 측정 자체의 반복성은 거의 4배 씩 변경되었습니다. 따라서 반복적인 관행은 측정이 수렴되고 측정의 변화가 안정화 될 때까지 비 샘플 피부 (분석 될 측정을 하기 전에)의 작업자에게 매우 권장됩니다 (즉, 추가 연습으로 재현성의 추가 개선은 볼 수 없습니다). 이는 각 시편에서 반복적인 측정(또는 반복조치의 평균)에 대한 분석을 수행하기 전에 달성하는 것이 중요합니다.
그림 5에 표시된 데이터는 작은 파일럿 샘플을 나타내지만 깃털 코트의 열 성능을 측정하는이 방법은 조류의 열 생태에 대한 중요한 통찰력을 얻을 가능성이 있음을 시사한다. 측정 오류를 줄이기 위해 J.G.의 한 조사관(J.G.)만 훈련하고 측정을 했습니다. 이러한 데이터는 나열된 각 종(집 참새, 동부 피비[Sayornis phoebe],회색 캣버드[두메텔라 캐롤라인시스],동부 블루버드[Sialia sialis],그리고 터프티마우스[Baeolophus bicolor])등 각 종의 단 하나만 을 나타내지만, 결과 데이터의 경사면의 변화는 이러한 깃털의 열 성능을 나타낸다. 더욱이, 이러한 차이의 크기는 변화가 종 차이 때문일 수 있음을 시사한다.
또한, 한 명의 숙련된 조사관이 도 5에서모든 측정을 수행했다는 점을 감안할 때, 조사자 기술만으로는R2 값의 변동을 제어하지 않는다. 예를 들어, 동부 피비와 동부 블루버드(도4, 도 5)에비해 훈련 후에도 집 참새에서 반복적으로 측정을 받기가 어려웠다. 후자의 두 새는 모두 부화년 동안 의한 새였다. 따라서, 그들의 연령 클래스는 절연의 균일성에 영향을 미칠 수 있습니다 (비록, 그 추가 연구없이 추측이다), 하지만 측정을위한 자신의 스킨의 배치가 집 참새보다 반복하기 쉬워야 한다고 기대할 이유가 없다. 따라서, 일부 불완전하게 이해 된 집 참새에서 깃털 코트의 품질은 추가 조사를 요구할 수 있습니다. 유사하게, 도 5의 선의 경사의 변화는 온도 범위(예를 들어, 종의 열중립 영역)에 걸쳐 열 성능을 측정하는 것이 단일 기준 열 레벨을 사용하는 것보다 생물학적으로 유익할 수 있음을 시사한다.
그림 1: 완전한 열화상 카메라와 온수 목욕 설정의 다이어그램. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 여러 시험에서 동일한 배치를 복제하는 메서드를 나타내는 열 이미지입니다. 타원은 이미 아크릴 유리의 가열 된 영역에 배치되었습니다. 이 이미지는 타원이 아닌 피부의 움직임을 보여줍니다. 깃털 코트의 대상 측정 영역에 손가락 끝을 부드럽게 간단히 터치합니다. 손가락 끝은 몇 초 동안 피부에 열 자국을 둡니다. (A)타원 외부의 열 자국이 표시되어 표적 측정 영역이 열에 노출되지 않는다는 것을 의미합니다. 거품이나 아크릴 유리를 움직이지 않도록 주의하는 것 (이것은 타원이 열 노출 영역을 부정확하게 나타내는 원인이 될 것입니다), 평평한 피부의 배치를 조정하고 다시 대상 측정 영역을 터치합니다. (B)열 자국이 타원 안에 포함될 때까지 이 과정을 계속한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 3: 아크릴 유리 표면의 온수 욕조 온도(디스플레이 판독)와 온도 간의 관계(예: 평평한 피부가 노출된 실제 열원). 아크릴 유리 표면의 온도는 온수 욕조에 의해 표시된 온도보다 일관되게 약간 높다는 점에 유의해야합니다. 이 그림을 사용하여 이 관계를 이해하고 각 시험(섹션 2.6)에 대해 아크릴 유리 표면의 온도를 항상 측정합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 깃털 코트 표면의 온도 측정반복성이 향상되었습니다. 이러한 값은 측정 성능을 위해 조사관에 의해 반복성훈련 후 개별 집 참새(A)로부터 수득하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5: 아크릴 유리 표면의 온도와 5종의 단일 표본에서 깃털 표면의 온도 사이의 관계. 단일 그래프의 포인트는 6개의 다른 대상 온도에서 동일한 개별의 반복된 측정값을 나타냅니다. 40°C의 기준 가열 지점에서의 측정은 유사하지만, 이러한 라인의 경사가 다르다는 점에 유의해야 한다. 이것은이 조류에서 깃털 코트의 열 성능이 다르다는 것을 시사한다 (0의 경사는 완벽한 절연체와 1의 경사가 완전히 비 절연인). 또한 측정 반복성이 다르다는 점에 유의해야 합니다. 조사자의 측정 교육 후에도 반복되는 측정값의 차이는 집 참새에 가장 높고 동부 피비와 동부 블루버드의 경우 가장 낮습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
이 백서는 조류 평평한 피부 표본의 반복 가능하고 표준화된 열 화상 진찰 측정을 위한 프로토콜을 제공합니다. 이 방법을 사용하면 종, 종 내, 비교 가능한 개인 들 사이, 그리고 개인의 시체에 다른 위치에서, 모든 표본의 파괴없이 깃털 코트의 열 성능을 비교할 수 있습니다.
필요한 재료 및 장비의 가용성은 이 방법의 제한일 수 있습니다. 열화상 카메라는 빠르게 접근성과 저렴해지고 있지만, 연구급 열카메라는 여전히 수만 달러의37달러입니다. 그러나 열 카메라는 생물학분야에서 많은 실용적인 용도로 사용할 수 있습니다. 맥캐퍼리(McCaffery)는28일생태학적 질문을 조사하기 위해 열카메라를 사용하는 것을 옹호한다. 열화상 카메라는 장거리 및 비침습적 도구이기 때문에 현장에서 자유 생물에 대한 데이터를 수집하는 데 특히 유용합니다. 여기에 제시된 방법은 동일한 장비에 의해 수행되는 것과 동일한 단위로 측정과 현장 및 실험실 연구의 통합을 가능하게 합니다.
여기에 사용된 열카메라 소프트웨어를 사용하는 경우 이 프로토콜을 수정해야 할 수도 있지만 이러한 변경 사항은 설정 단계(섹션 1)에만 영향을 미칩니다. 작은 조류 또는 조류의 큰 종에 대 한 특정 질문에 대 한 연구 폼 층에 다르게 크기의 구멍을 요구할 수 있습니다.
마찬가지로, 온수욕의 온도(2.1단계)는 실험적 문제와 직접적인 생물학적 관련성을 가진 온도를 측정하는 것이 목표인 경우 코어 온도가 높거나 낮은 일부 종에 대한 수정이 필요할 수 있다. 일반적으로, 연구를 통해 40°C에서 수조 온도 표준화는 온전한 깃털 및 깃털 구조의 다른 종류의 상대적인 열 성능의 비교 분석을 용이하게 할 것이다. 피부와 깃털을 가로지르는 에너지 플럭스의 정확한 측정이 필요한 경우, 보호된 핫플레이트방법(11,12,13,28)은 열원과 피부 사이의 공기를 제거하고 2) 피부 의 내부 표면에서 직접 온도를 측정하기 때문에 더 나은 접근법일 가능성이 높다. 그러나 이 방법은 에너지 전달을 직접 측정하거나 계산하지는 않지만 전체 시편의 신속하고 반복 가능한 측정을 용이하게 하도록 설계되었습니다. 마지막으로, 그 결과는 깃털 열 성능의 변화 패턴을 검출하는 데 충분한 정밀도를 보여줍니다.
이 방법은 현재 대부분의 박물관 컬렉션에서 널리 사용할 수없는 평평한 스킨을 사용합니다. 대부분의 자연사 컬렉션에서 풍부하게 사용할 수 있는 둥근 스킨은 탈착, 연화, 병합 및 재건조시 이 방법과 함께 사용될 수 있습니다. 그러나 큐레이터는 대부분의 경우 이러한 재장착을 승인할 가능성은 거의 없습니다. 조류 깃털의 열 값에 대한 비교 연구를위한 자원을 높이기 위해, 우리는 가능한 한 많은 종에서 평평한 스키닝의 광범위한 채택을 옹호합니다. 플랫 스키닝의 추가 이점은 평평한 스킨이 둥근 스키닝이 수행하는 표본의 골격과 근육의 부분 파괴를 필요로하지 않으며, 둥근 스킨이 요구하는 동일한 공간에 더 많은 수의 플랫 스킨을 저장할 수 있다는 것입니다.
특정 종의 피부에서는 매번 열 구멍 위에 동일한 지점에 피부를 정확하게 배치하는 기술을 개발하는 것이 필수적입니다. 여기에서 얻은 결과는 기술(단계 2.7에 기술된 대로)이 피부 배치에서만 연습하는 것보다 측정 오류를 보다 신속하고 효과적으로 최소화한다는 것을 시사합니다. 그러나, 특히 조밀한 깃털(예를 들어, 펭귄11)이깃털을 통해 충분한 열을 잃지 않아 열 화상의 피부와 깃털을 통해 열 구멍을 시각화할 수 있도록 하는 것이 타당하다.
대부분의 조류 종에 pterylae의 존재 때문에, 시편에 피부에 깃털의 배열은 깃털 코트를 통해 열 전달의 패턴에 영향을 미칠 것입니다. 따라서 깃털이 살아있는 새의 자연스러운 위치에 가깝게 배치되는 것이 중요합니다. 깃털을 깔끔하고 자연스러운 위치로 선회하는 것은표본(29)을평평하게 스키닝하기 위한 프로토콜의 마지막 단계이다. 따라서 표본이 제대로 준비되면 깃털 배치가 표본을 가로지르는 종에 적합해야 합니다. 깃털의 프실로직기의 양은 깃털 코트에 절연 공기를 트래핑하여 깃털 코트의 열 성능에 영향을 미칩니다. 대조적으로, 평평한 피부 표본에서, 깃털은 피부에 평평하게 놓는29,그래서 ptiloerection효과적으로 모든 견본에 걸쳐 비교되어야 합니다.
이 연구는 조류에 초점을 맞추고 있지만,이 방법은 포유류 스킨에 똑같이 유용 할 수 있습니다. Boonstra 등은 조류 깃털이 포유 동물 모피보다 더 절연적이라고 주장했지만,이 연구는 유사한 신체 영역에서 탈출하는 열의 정량적 측정보다는 열 비디오(39)의 시각적 분석을 기반으로 한 질적 평가였습니다. 여기에 설명된 방법은 비교 열 연구의 확장에 기여하고 깃털(40)과같은 열 조절 구조의 진화와 생태에 대한 큰 통찰력을 얻을 것으로 생각된다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
이 연구는 코네티컷 대학 연구 자문위원회 교수 M. Rubega에 큰 보조금에 의해 부분적으로 투자되었다. K. Burgio는 국립 과학 재단 NRT- IGE 보조금 #1545458 M. Rubega에 지원되었습니다. 원고는 두 익명의 검토자의 사려 깊은 피드백에 의해 크게 개선되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminum Foil | Reynolds Wrap | 109000831 | 30 square ft.; this exact model need not be used. |
| Foam Core Board | Foamular | 20WE | 1 in. x 4 ft. x 8 ft; this exact model need no be used. |
| General Purpose Water Bath | PolyScience | WB02 | Ambiet +5 °C to 100 °C; ±.01 °C |
| PDF Data logger | Elitech | RC-51H | Built in temperature and humidity sensor |
| Plexiglass | AdirOffice | 1212-3-C | Acrylic glass; 12 in. x 12 in. x 1/8 in.; this exact model need not be used. |
| Thermal Image Analysis Software | FLIR | ResearchIR Max v4.40.7.26 (64-bit) | Allows collection of precise, quantitative thermal data |
| Thermal Imaging Camera | FLIR | SC655 | 680x480-pixel resolution, ±2 °C or ±2% accuracy, 40 cm minimum focusing distance |
| Tripod | The Audubon Shop | The Birder Tripod with Manfrotto 700RC2 Rapid Release Head | 65" maximum height; this exact model need not be used. |
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