يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

نهج تجريبي للتحقيق في آثار الضوء الاصطناعي في الليل على الحيوانات الحرة: التنفيذ والنتائج والاتجاهات للبحوث المستقبلية

2.1K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/63381

⸱

فبراير 2, 2022

 ,  ,  ,  , 
1Department of Biology, Behavioural Ecology and Ecophysiology Group, University of Antwerp, 2Faculty of Social Sciences, Antwerp School of Education, University of Antwerp

في هذه المقالة

ملخص

الضوء الاصطناعي في الليل (ALAN) له تأثيرات بيولوجية واسعة النطاق. توضح هذه المقالة نظاما لمعالجة ALAN داخل مربعات العش أثناء مراقبة السلوك ، يتكون من مصابيح LED مقترنة ببطارية ومؤقت وكاميرا فيديو تعمل بالأشعة تحت الحمراء قادرة على الصوت. يمكن للباحثين استخدام هذا النظام لاستكشاف العديد من الأسئلة المعلقة المتعلقة بآثار ALAN على الكائنات الحية.

الملخص

تطورت الحيوانات مع أنماط طبيعية من الضوء والظلام. ومع ذلك ، يتم إدخال الضوء الاصطناعي بشكل متزايد في البيئة من البنية التحتية البشرية والنشاط الترفيهي. الضوء الاصطناعي في الليل (ALAN) لديه القدرة على أن يكون له آثار واسعة النطاق على سلوك الحيوان ، وعلم وظائف الأعضاء ، واللياقة البدنية ، والتي يمكن أن تترجم إلى آثار أوسع نطاقا على السكان والمجتمعات. إن فهم آثار ALAN على الحيوانات الحرة النطاق ليس تافها بسبب تحديات مثل قياس مستويات الضوء التي تواجهها الكائنات الحية المتنقلة وفصل آثار ALAN عن تأثيرات عوامل الاضطراب البشرية المنشأ الأخرى. هنا نصف نهجا يسمح لنا بعزل آثار التعرض للضوء الاصطناعي على الحيوانات الفردية عن طريق التلاعب التجريبي بمستويات الضوء داخل صناديق العش. تحقيقا لهذه الغاية ، يمكن استخدام نظام يتكون من ضوء (ضوء) الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) الملتصق بلوحة ومتصل بنظام بطارية ومؤقت. يسمح الإعداد بتعرض الأفراد داخل صناديق العش لدرجات ومدد مختلفة من ALAN مع الحصول في نفس الوقت على تسجيلات الفيديو ، والتي تشمل أيضا الصوت. وقد استخدم هذا النظام في الدراسات التي أجريت على الثدي الكبير الحر (Parus major) والثدي الأزرق (Cyanistes caeruleus) لاكتساب نظرة ثاقبة حول كيفية تأثير ALAN على أنماط النوم والنشاط لدى البالغين وعلم وظائف الأعضاء وديناميكيات التيلومير في تطوير الأعشاش. يمكن استخدام النظام ، أو تكييفه ، للإجابة على العديد من الأسئلة البحثية الأخرى المثيرة للاهتمام ، مثل كيفية تفاعل ALAN مع عوامل الاضطراب الأخرى والتأثير على توازن الطاقة الحيوية. علاوة على ذلك ، يمكن تركيب أنظمة مماثلة في أو بالقرب من صناديق الأعشاش أو الأعشاش أو الجحور لمجموعة متنوعة من الأنواع للتعامل مع مستويات ALAN ، وتقييم الاستجابات البيولوجية ، والعمل على بناء منظور متعدد الأنواع. خاصة عندما يقترن هذا النهج بمناهج متقدمة أخرى لمراقبة سلوك وحركة الحيوانات الحية الحرة ، فإنه يعد بتقديم مساهمات مستمرة في فهمنا للآثار البيولوجية ل ALAN.

المقدمة

تطورت الحيوانات مع الأنماط الطبيعية للضوء والظلام التي تحدد الليل والنهار. وبالتالي ، فإن إيقاعات الساعة البيولوجية في الأنظمة الهرمونية تنظم أنماط الراحة والنشاط وتسمح للحيوانات بزيادة اللياقة البدنية إلى أقصى حد1،2،3. على سبيل المثال ، فإن إيقاع الساعة البيولوجية في هرمونات الجلوكورتيكويد ، مع ذروة في بداية النشاط اليومي ، يهيئ الفقاريات للتصرف بشكل مناسب خلال فترة 24 ساعة من خلال التأثيرات على استقلاب الجلوكوز والاستجابة للضغوطات البيئية4. وبالمثل ، فإن هرمون الميلاتونين الصنوبري ، الذي يتم إطلاقه استجابة للظلام ، يشارك بشكل متكامل في إدارة أنماط إيقاع الساعة البيولوجية وله أيضا خصائص مضادة للأكسدة 5,6. يتأثر تقييد العديد من جوانب إيقاع الساعة البيولوجية ، مثل إطلاق الميلاتونين ، بالاستقبال الضوئي لمستويات الضوء في البيئة. وبالتالي ، فإن إدخال الضوء الاصطناعي في البيئة لدعم النشاط البشري والترفيه والبنية التحتية لديه القدرة على أن يكون له آثار واسعة النطاق على السلوك وعلم وظائف الأعضاء واللياقة البدنية للحيوانات الحرة 7,8. في الواقع ، تم توثيق الآثار المتنوعة للتعرض للضوء الاصطناعي في الليل (ALAN) 9,10 ، وتم تسليط الضوء على ALAN كأولوية لأبحاث التغيير العالمي في القرن 21st 10.

يشكل قياس آثار ALAN على الحيوانات الحرة تحديات غير تافهة لعدد من الأسباب. أولا ، الحيوانات المتنقلة التي تتحرك عبر البيئة تواجه باستمرار مستويات مختلفة من الضوء. وبالتالي ، كيف يمكن للمرء أن يحدد مستوى الضوء الذي تتعرض له الحيوانات الفردية؟ حتى لو كان من الممكن تحديد مستويات الضوء على أراضي الحيوان كميا ، فقد يستخدم الحيوان استراتيجيات تجنب تؤثر على أنماط التعرض ، وبالتالي يتطلب تتبعا متزامنا لموقع الحيوان ومستويات الضوء. في الواقع ، في معظم الدراسات الميدانية ، يكون المتوسط والتباين في مستويات التعرض للضوء غير معروفين11. ثانيا ، غالبا ما يرتبط التعرض ل ALAN بالتعرض لعوامل اضطراب بشرية المنشأ أخرى ، مثل التلوث الضوضائي ، والتعرض للمواد الكيميائية ، وتدهور الموائل. على سبيل المثال ، ستتعرض الحيوانات التي تحتل موائل على طول هوامش الطرق للضوء من مصابيح الشوارع ، والضوضاء الناتجة عن حركة مرور المركبات ، وتلوث الهواء من انبعاثات المركبات. كيف إذن يمكن للمرء أن يعزل بشكل فعال آثار ALAN عن آثار المتغيرات المربكة؟ تعد التجارب الميدانية الصارمة التي تمكن من إجراء قياسات جيدة لكل من مستويات التعرض للضوء ومتغيرات الاستجابة ضرورية لتقييم شدة الآثار البيولوجية ل ALAN ، ولتطوير استراتيجيات تخفيف فعالة11.

تصف هذه المقالة نهجا تجريبيا يساعد على تخفيف الصعوبات المحددة أعلاه، إن لم يكن القضاء عليها، وإن لم يكن بدون قيود (انظر قسم المناقشة). وينطوي هذا النهج على التلاعب التجريبي بمستويات آلان داخل صناديق العش الخاصة بأنواع الطيور النهارية التي تعيش بحرية، وهي الحلمة العظيمة (Parus major)، باستخدام نظام من مصابيح الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) وكاميرا الأشعة تحت الحمراء (IR) المثبتة داخل صناديق العش. يتيح الإعداد الحصول المتزامن على تسجيلات الفيديو ، بما في ذلك الصوت ، مما يسمح للباحثين بتقييم التأثيرات على السلوكيات والأصوات. تستخدم الثدي الكبيرة صناديق العش للتكاثر ، وتنام في صناديق العش بين نوفمبر ومارس. تنام الإناث أيضا داخل صناديق العش خلال موسم التكاثر12. كما تم استخدام النظام بدرجة أقل لدراسة آثار ALAN على الثدي الأزرق (Cyanistes caeruleus). يتم تخفيف الصعوبة الأولى ، التي تنطوي على معرفة مستويات الضوء التي يواجهها الحيوان ، في ذلك ، بالنظر إلى أن الفرد على استعداد لدخول صندوق العش (أو هو بالفعل في صندوق العش في حالة الأعشاش غير المتحركة) ، يمكن تحديد مستويات الضوء بدقة من قبل الباحث. يمكن التحكم في الصعوبة الثانية ، التي تنطوي على ارتباطات بالمتغيرات المربكة ، باستخدام صناديق العش في بيئات مماثلة ، و / أو قياس مستويات المتغيرات المربكة بالقرب من صناديق العش. بالإضافة إلى ذلك ، في الطيور التي تعشش في التجويف ، يعد اعتماد نهج تجريبي قويا لأن صناديق العش أو التجاويف الطبيعية يمكن أن تحمي الأعشاش والبالغين من ALAN13 ، مما قد يفسر لماذا تجد بعض الدراسات المرتبطة تأثيرا ضئيلا ل ALAN (أو الضوضاء البشرية المنشأ)14 ، في حين أن الدراسات التجريبية غالبا ما تجد تأثيرات واضحة (انظر أدناه). علاوة على ذلك ، يمكن اعتماد تصميم تجريبي متكرر للمقاييس يعمل فيه الأفراد كعنصر تحكم خاص بهم ، مما يزيد من القوة الإحصائية ، واحتمال اكتشاف تأثيرات بيولوجية ذات مغزى. الأقسام أدناه: (1) شرح تفاصيل تصميم وتنفيذ النظام ، (2) تلخيص النتائج الهامة التي تم استخلاصها حتى الآن باستخدام النظام ، و (3) اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية التي يمكن اتباعها ، سواء في الثدي أو الحيوانات الأخرى.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

تمت الموافقة على جميع تطبيقات هذا النظام على التجارب على الحيوانات من قبل اللجنة الأخلاقية بجامعة أنتويرب وأجريت وفقا للقوانين البلجيكية والفلمنكية. التزمت المنهجية بالمبادئ التوجيهية ASAB / ABS لاستخدام الحيوانات في البحوث السلوكية. المعهد الملكي البلجيكي للعلوم الطبيعية (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) قدمت تراخيص لجميع الباحثين والموظفين.

1. إنشاء النظام التجريبي

  1. احصل على مصباح (ق) LED واسع الطيف لاستخدامه في إنشاء ALAN. خذ مصباح (مصابيح) LED من مصباح LED أمامي. استخدم إما مصباح LED واحد أو مصابيح LED متعددة (على سبيل المثال ، 4) واسعة الطيف للحصول على إضاءة أكثر انتشارا (الشكل 1).
    ملاحظة: كتعديل، يمكن استخدام مصابيح LED ذات الخصائص الطيفية المختلفة (على سبيل المثال، الأحمر مقابل الأزرق) ولكن يجب الحصول عليها من مصدر مختلف (انظر المادة التكميلية ل Grunst et al. 201915 للاطلاع على الخصائص الطيفية لمصابيح LED المستخدمة في الدراسات السابقة باستخدام هذا النظام).
  2. تصميم نظام لتركيب مصابيح LED جنبا إلى جنب مع كاميرا الأشعة تحت الحمراء للسماح بالمراقبة السلوكية. يمكن للباحثين تحقيق هذه الغاية بعدة طرق.
    1. الخيار 1. أدخل مصباح LED واحد واسع الطيف في صندوق العش بشكل منفصل في أنبوب بلاستيكي مجاور لكاميرا الأشعة تحت الحمراء مثبتة بمادة لاصقة على لوحة بلاستيكية أو معدنية تتناسب مع صندوق العش (الشكل 1A ، B).
    2. الخيار 2. قم بتركيب كاميرا الأشعة تحت الحمراء في وضع مركزي على لوحة بلاستيكية أو معدنية ثم قم بتركيب مصابيح LED في مواضع ثابتة على اللوحة المحيطة بكاميرا الأشعة تحت الحمراء (الشكل 1C).
  3. تصميم وسيلة لتوصيل النظام بمصدر طاقة (بطارية) ومؤقت.
    1. استخدم سكينا أو مثقبا لصنع بساتين في جانب صندوق العش يمكن من خلالها تمديد موصلات الأسلاك لتوصيل النظام ببطارية Fe (12 فولت ؛ 120 واط في الساعة) ومؤقت محلي الصنع (12 فولت).
    2. تصميم حاوية خشبية خضراء داكنة تتطابق مع صندوق العش في التلوين والطول والعرض (على سبيل المثال ، كانت صناديق العش المستخدمة في الدراسات السابقة أبعادها: 120 مم × 155 مم × 250 مم) ، ومع فتح جانب واحد عبر مفصلة لإيواء البطارية ، ومسجل الفيديو ، ونظام مؤقت لمصابيح LED (الشكل 2 ؛ الشكل التكميلي 1 والشكل التكميلي 2).
  4. تصميم وسيلة يمكن من خلالها ضبط كثافة ALAN.
    1. احصل على مقاوم (تعتمد القيمة على جهد البطارية والإضاءة) وقم بتوصيله في سلسلة بمصباح LED (LED).
  5. تصميم صناديق "وهمية" بنفس أبعاد العبوات التي تضم المؤقت والبطارية لاستخدامها في تعويد الطيور على النظام (أي كما في الشكل 2A ، ولكن بدون الإلكترونيات الداخلية).
    ملاحظة: يناقش القسمان 2 و 3 الطرق خطوة بخطوة المستخدمة لدراسة آثار ALAN على الكائن البؤري.

figure-protocol-1
الشكل 1: نظامان يتألفان من كاميرات الأشعة تحت الحمراء وضوء (ضوء) LED المستخدم لمعالجة ALAN داخل صناديق العش . (أ) المنظر العلوي لصندوق العش مع لوحة تحمل النظام القديم في مكانه. (ب) نظام أقدم مع 1 LED واسع الطيف لمعالجة ALAN والكاميرا المركزية مع 10 مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء (ج) نظام أحدث مع 4 مصابيح LED واسعة الطيف وكاميرا الأشعة تحت الحمراء المركزية مع 4 مصابيح LED تعمل بالأشعة تحت الحمراء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-2
الشكل 2: البطارية محلية الصنع ووحدة المؤقت المستخدمة لمعالجة سلوك ALAN وتسجيل الفيديو . (أ) الوحدة محاطة داخل صندوق خشبي مثبت أعلى صندوق العش. (ب) عرض الإلكترونيات داخل الوحدة. تمتد الموصلات من داخل صندوق العش إلى العلبة الخشبية لتوصيل الإلكترونيات بكاميرا الأشعة تحت الحمراء ومصابيح LED واسعة الطيف. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. تخطيط التجربة وضبط كثافة وتوقيت آلان

  1. تحديد شدة الضوء المطلوبة التي تعرض لها الحيوانات.
    1. فكر بعناية في شدة الضوء التجريبية التي يجب استخدامها لإنتاج نتائج ذات مغزى تجيب على سؤال البحث. وبوجه عام، سيعني ذلك اختيار شدة الضوء ذات الصلة بالبيئة، والتي من المرجح أن تواجهها الحيوانات الحرة النطاق (انظر الجدول 1 للحصول على الإرشادات).
  2. اضبط مصابيح LED على شدة الضوء المطلوبة (على سبيل المثال ، 1-3 لوكس ، كما هو مستخدم في الدراسات السابقة ؛ الجدول 1 والجدول 2).
    1. قبل وضعه في الحقل ، ضع النظام على صندوق عش يؤخذ إلى المختبر لمعايرة شدة الضوء. قم بتوصيل مصابيح LED بمصدر الطاقة، كما هو موضح أدناه (قسم البروتوكول 3).
    2. اضبط الضوء المنبعث من مصابيح LED على الكثافة المطلوبة (lux) عن طريق وضع مقياس ضوء على مستوى الطائر داخل صندوق العش (~ 8 سم من الأسفل) وفي نفس الوقت ضبط المقاوم في سلسلة مع مصابيح LED.
      ملاحظة: من الممكن تحقيق كثافة إضاءة منخفضة جدا (على سبيل المثال، مستويات توهج السماء الريفية؛ 0.01 لوكس).
  3. حدد الإطار الزمني لتعريض الحيوانات ل ALAN.
    1. تحديد طول وتوقيت التعرض طوال الليل. على سبيل المثال ، يمكن للمرء أن يعرض الحيوانات على ALAN طوال الليل ، لجزء فقط من الليل ، أو يترك فترة من الظلام في منتصف الليل لتقليل درجة الاضطراب.
    2. في الحالات التي يجب أن يدخل فيها إلى صندوق العش (أو منطقة محددة) ليتعرض ل ALAN ، فكر أيضا في ما إذا كان يجب تشغيل الضوء قبل أو بعد احتمال حدوث حدث الدخول.
  4. اضبط المؤقت للتحكم في فترة التعرض للضوء أثناء الليل.
    1. اضبط المؤقت المتصل بمصابيح LED واسعة الطيف بحيث يتم تشغيل الضوء وإيقافه في فترات محددة (على سبيل المثال ، في 2 ساعة على الأقل قبل غروب الشمس ؛ إيقاف 2 ساعة بعد شروق الشمس).
      ملاحظة: تسمح كاميرا الأشعة تحت الحمراء بتسجيل سلوك الحيوان في وقت واحد طوال مدة التعرض للضوء وستكون قيد التشغيل طالما أنها متصلة ببطارية مشحونة.
  5. تحديد التصميم التجريبي المناسب للاستخدام في سؤال (أسئلة) البحث المستهدف.
    ملاحظة: بالنسبة لبعض الأسئلة، سيكون التصميم التجريبي للمقاييس المتكررة هو الخيار الأقوى (على سبيل المثال، كيف يؤثر التعرض ل ALAN على سلوك النوم؟). بالنسبة للآخرين ، ستكون هناك حاجة إلى مجموعات ضابطة وتجريبية مقترنة (على سبيل المثال ، كيف يؤثر التعرض ل ALAN على فقدان التيلومير في الأعشاش النامية؟).
المصدر/مستوى التعرضالكثافة (لوكس)
ضوء الشمس الكامل103000
ضوء القمر الكامل0.05–1
توهج السماء الحضرية0.2–0.5
التعرض للطيور الشحرور الأوروبية التي تعيش بحرية0.2 (0.07–2.2)
الدراسات التجريبية السابقة باستخدام النظام1–3
أضواء الشوارع LED~ 10
أضواء الشوارع الصوديوم منخفضة الضغط~ 10
الصوديوم عالي الضغط~ 10
الإضاءة الفلورسنت300
هاليد معدني400–2000

الجدول 1: شدة الضوء المميزة في البيئة 3,9، ومستويات تعرض الطيور الحرة المدى41، والشدة المستخدمة في الدراسات السابقة باستخدام هذا النظام (المراجع في الجدول 2).

3. تنفيذ التعرض ل ALAN

  1. اعتاد الحيوانات على الإعداد التجريبي.
    1. إذا كان ذلك ممكنا في سياق التجربة ، اعتاد الحيوانات على الإعداد عن طريق وضع صناديق وهمية في الجزء العلوي من صناديق العش قبل يوم واحد على الأقل من التجربة لتقليل آثار النفور من الجدة.
  2. مسح الأفراد المنسقين.
    1. تناسب الحيوانات في مجتمع الدراسة مع علامات جهاز الإرسال والاستقبال التكاملي السلبي (PIT) للسماح بتحديد الهوية داخل صناديق العش دون إزعاج الطيور.
    2. في التجارب التي تنطوي على تأثير ALAN على سلوك النوم ، قم بزيارة صناديق العش في الليلة السابقة للتجربة ومسح الصناديق باستخدام قارئ تحديد الترددات اللاسلكية (RFID) لتحديد الطيور التي تجثم في الداخل.
    3. في التجارب خلال موسم التكاثر التي تنطوي على تعرض الأعشاش النامية ل ALAN ، راقب باستمرار (على سبيل المثال ، كل يومين) صناديق العش ، وتحقق من محتويات العش وهوية البالغين. اختر بعناية صناديق العش التي تحتوي على حضنات ذات خصائص معينة (أي حجم الحضنة المشروطة ، وكلا الوالدين الحاضرين والتغذية) لاستخدامها في التجربة.
  3. حدد التجربة ونفذها.
    1. بالنسبة للتجارب التي تنطوي على سلوك النوم ، قم بتنفيذ تصميم مقاييس متكررة عن طريق تسجيل الأفراد الذين ينامون في ظروف الظلام أولا لمدة ليلة واحدة على الأقل لتسجيل النوم دون إزعاج في غياب ALAN (العلاج الضابط) باتباع الخطوات 3.3.2-3.3.21.
    2. تحقيقا لهذه الغاية ، تأكد من مزامنة الوقت على كاميرات الأشعة تحت الحمراء مع التوقيت المحلي قبل نقلها إلى الميدان.
    3. أدخل بطاقة SD في فتحة SD في مسجل DVR الصغير المجاور للبطارية (الشكل 2B ؛ الشكل التكميلي 2). تحقق للتأكد من أن بطاقة SD فارغة، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فقم بمسح البيانات التي تحتوي عليها.
    4. قبل 2 ساعة على الأقل من بداية الظلام ، قم بإزالة الصندوق الوهمي من أعلى صندوق العش.
    5. افتح غطاء صندوق العش.
    6. ضع اللوحة التي تحتوي على كاميرا الأشعة تحت الحمراء داخل صندوق العش مع توجيه هدف الكاميرا لأسفل.
    7. قم بتمديد الموصلات الإلكترونية خارج البستان في صندوق العش.
    8. أغلق غطاء صندوق العش.
    9. ضع العلبة التي تحتوي على البطارية والمسجل والمؤقت أعلى صندوق العش.
    10. قم بتوصيل موصلات طاقة البطارية. قم بتوصيل الموصل الأحمر من المسجل بالموصل الأبيض من الكاميرا (الصوت) ، والموصل الأصفر من المسجل إلى الموصل الأصفر من الكاميرا (الفيديو) ، والموصل الأسود من البطارية إلى الموصل الأحمر من الكاميرا (الطاقة) (الشكل التكميلي 1 والشكل التكميلي 2).
    11. اضغط على زر التسجيل لبدء تسجيل الكاميرا.
      ملاحظة: لن يتم ضبط المؤقت و/أو لن يتم توصيل الطاقة بالمؤقت الذي يتحكم في مصابيح LED بحيث لا يتم إنتاج أي ALAN في ليالي التحكم.
    12. تحقق من شاشة TFT صغيرة للتأكد من بدء التسجيل وأن الصورة صحيحة. يوجد منفذ لتوصيل شاشة tft أسفل المسجل (الشكل التكميلي 2).
    13. بعد حوالي 1 ساعة من حلول الظلام ، ارجع إلى مربع العش وتحقق من هوية الطائر النائم في الداخل عن طريق تحريك قارئ جهاز الإرسال والاستقبال RFID حول الجزء السفلي والجانبين من مربع العش وتسجيل رقم التعريف الفريد الذي تم توصيله من علامة PIT.
    14. في صباح اليوم التالي لتسجيل التحكم ، بعد 2 ساعة على الأقل من شروق الشمس ، عد إلى صندوق العش وجمع نظام البطارية وكاميرا الأشعة تحت الحمراء.
    15. مرة أخرى ، ضع صندوقا وهميا أعلى صندوق العش.
    16. في المختبر أو المكتب ، اشحن البطارية وقم بإزالة بطاقة SD وتنزيلها من المسجل لجمع البيانات السلوكية.
      ملاحظة: يبلغ عمر البطاريات حوالي 30 ساعة في الظروف الباردة لتمكين التسجيل طوال الليل، ولكن يجب إعادة شحنها بالكامل بين الليالي المتتالية من التسجيل.
    17. بعد تنزيل البيانات بنجاح ، امسح البيانات من بطاقة SD ثم أعد إدخالها في مسجل DVR الصغير.
    18. في الليلة التالية ، قم بتنفيذ علاج التعرض للضوء (على سبيل المثال ، 1-3 لوكس ، كما هو مستخدم في التجارب السابقة باستخدام النظام ؛ الجدول 1 والجدول 2).
    19. اضبط نظام المؤقت للفترة الزمنية المطلوبة من التعرض للضوء.
    20. اتبع نفس الخطوات (3.3.2-3.3.17) الموضحة أعلاه لتسجيل عنصر التحكم، ولكن قم أيضا بتوصيل المؤقت بالطاقة ومصابيح LED بالمؤقت (الشكل التكميلي 1 والشكل التكميلي 2).
    21. إذا رغبت في ذلك ، كرر تسجيل التحكم (لسلوك النوم في ظل ظروف الظلام ، أي غياب ALAN) في الليلة الثالثة.
    22. بالنسبة للتجارب التي تنطوي على تعرض الأعشاش ل ALAN ، استخدم الحضنات الضابطة والتجريبية كما هو موضح في الخطوات 3.3.23-3.3.25.
    23. ضع صناديق وهمية (تفتقر إلى الإلكترونيات) فوق صناديق العش من حضنات التحكم وتعامل مع كل من العشوش الضابطة والتجريبية بطرق مماثلة.
    24. تنفيذ التعرض التجريبي ل ALAN للصناديق التجريبية. خلال الفترة التجريبية ، قم بتركيب نظام LED وكاميرا الأشعة تحت الحمراء داخل صندوق العش ، كما هو موضح أعلاه ، واضبط المؤقت للتحكم في الفترة المطلوبة من التعرض للضوء.
    25. أعد شحن البطاريات. بالنسبة للتجارب التي تنطوي على ليال متعددة من التعرض للضوء وتسجيل الفيديو ، قم بجمع الأنظمة كل صباح لإعادة شحن البطاريات خلال النهار ثم استبدال النظام في المساء.
  4. جمع البيانات عن متغير (متغيرات) الاستجابة ذات الاهتمام.
    1. إذا كان السلوك داخل مربع العش هو متغير الاهتمام ، فستسمح كاميرا الأشعة تحت الحمراء بتوثيق السلوك في وقت واحد (على سبيل المثال ، سلوك النوم ؛ الشكل 3).
    2. جمع أي بيانات أخرى ذات أهمية عبر طرق مراقبة إضافية، مع أخذ العينات في نقاط زمنية متغيرة (على سبيل المثال، عينات الدم المأخوذة قبل وبعد التعرض للضوء15).

figure-protocol-3
الشكل 3: صورة الأشعة تحت الحمراء لحلمة كبيرة داخل صندوق عش مكشوف ل ALAN . (A) النوم و (B) تنبيه حلمة كبيرة يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ويلخص الجدول 2 المقالات البحثية التي استعرضها النظراء والمنشورة باستخدام هذا النظام. وهناك العديد من المخطوطات الأخرى قيد التنفيذ. تتناول هذه الدراسات ثلاثة أجنحة رئيسية من الأسئلة البحثية. أولا ، تم استخدام النظام لدراسة آثار التعرض للضوء على سلوك النوم ومستويات النشاط لدى البالغين. تحقيقا لهذه الغاية ، تم استخدام تصميم تجريبي متكرر للمقاييس ، حيث تم تسجيل نفس الشخص لأول مرة وهو ينام في ظل ظروف طبيعية ثم تم تسجيله بعد ذلك نائما في صندوق عش مضاء. تم تزويد جميع الأفراد المستخدمين في هذه الدراسات بعلامات P...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

سمح هذا النظام القائم على صندوق العش من مصابيح LED وكاميرا الأشعة تحت الحمراء المقترنة للباحثين بتقييم مجموعة من الأسئلة المثيرة للاهتمام فيما يتعلق بالآثار البيولوجية ل ALAN. علاوة على ذلك ، هناك العديد من الاتجاهات البحثية التي يمكن متابعتها مع النظام. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساعد توسيع استخدام النظام ليشمل الأنواع الأخرى في تعزيز فهم الاختلافات بين الأنواع في الحساسية تجاه ALAN. فيما يلي بعض الاحتمالات غير الشاملة للبحث المستقبلي على أمل أن تساعد هذه الورقة في تحفيز البحث في هذا المجال الهام. ويؤكد الاستنتاج بإيجا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ويعلن صاحبا البلاغ أنه ليس لديهما تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

تلقى برنامجنا البحثي الذي يتضمن الآثار البيولوجية ل ALAN على الطيور تمويلا من FWO Flanders (إلى M.E. و R.P. ، معرف المشروع: G.0A36.15N) ، وجامعة أنتويرب والمفوضية الأوروبية (إلى M.L.G ، Marie Skłodowska-Curie fellowship ID: 799667). نحن نعترف بالدعم الفكري والتقني لأعضاء مجموعة أبحاث علم البيئة السلوكية والفيزيولوجيا البيئية في جامعة أنتويرب ، وخاصة بيتر شيز وتوماس راب.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
طيف واسع ؛ 15 مم × 5 مم ؛ المصباح الأمامي LEDRANEX. جيلز. هولندا6000.217يمكن أيضا استخدام نموذج مماثل
بطاريةBYDR1210A-CFe-Battery 12 V 120 Wh (بطارية ليثيوم فوسفات الحديد)
طلاءاختياري. لتلوين صناديق العش / العبوات الإلكترونية
الشريطللإلكترونيات
نظام مؤقت محلي الصنعAmazonYP109A 12Vيمكن أيضا استخدام نموذج مماثل
كاميرا الأشعة تحت الحمراءKoberts-Goods و Melsungen و DE205-IR-Lكاميرا صغيرة. يمكن أيضا استخدام نموذج مماثل
مقياس مستوى الضوءISO-Tech ILM. كوربي; المملكة المتحدة1335لمعايرة شدة الضوء
مصغرة DVR مسجل الفيديوPakatak, إسيكس, المملكة المتحدةMD-101مسجل DVR المراقبة Mini SD سيارة DVR مع 32 جيجابايت
جهاز الإرسال والاستقبال المتكامل السلبي (PIT) علاماتEccel Technology Ltd, Aylesbury, UKEM4102125 Kh; يوفر معرف إلكتروني فريد
من نوعه معرف تردد الراديو (RFID) قارئتروفان ، ألتن ، هولنداGR-250لمسح علامات PIT وتحديد هوية الطيور
مكوناتالمقاومRS اعتمادا على الجهد البطارية
والإضاءة بطاقة SDSanDisk64 جيجابايت أو أكبر
SongMeterWildlife Acoustics ؛ ماينارد ، ماساتشوستساختياري. يوفر وسيلة لمراقبة الأصوات خارج صناديق العش
TFT Color LED جهاز الاختبار المحمولWalmartيسمح بالتحقق من أن الكاميرا قيد التشغيل وتسجيل الصورة بشكل صحيح
الخشبلبناء صناديق العش / المغلفات الإلكترونية
أخضر داكن الكهربائي قيمة

المراجع

  1. Gwinner, E., Brandstätter, R. Complex bird clocks. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. 356 (1415), 1801-1810 (2001).
  2. Dominoni, D., Helm, B., Lehmann, M., Dowse, H. B., Partecke, J. Clocks for the city: circadian differences between forest and city songbirds. Proceedings of the Royal Society of London B. 280 (1763), 20130593(2013).
  3. Ouyang, J. Q., Davies, S., Dominoni, D. Hormonally mediated effects of artificial light at night on behavior and fitness: linking endocrine mechanisms with function. Journal of Experimental Biology. 221, (2018).
  4. Mohawk, J., Pargament, J., Lee, T. Circadian dependence of corticosterone release to light exposure. in the rat. Physiology and Behavior. 92 (5), 800-806 (2007).
  5. Reiter, R., Tan, D., Osuna, C., Gitto, E. Actions of melatonin in the reduction of oxidative stress: a review. Journal of Biomedical Science. 7 (6), 444-458 (2000).
  6. Jones, T., Durrant, J., Michaelides, E., Green, M. P. Melatonin: a possible link between the presence of artificial light at night and reductions in biological fitness. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. 370 (1667), 20140122(2020).
  7. Fonken, L. K., Nelson, R. J. The effects of light at night on circadian clocks and metabolism. Endocrine Reviews. 35 (4), 648-670 (2014).
  8. Falcón, J., et al. Exposure to artificial light at night and the consequences for flora, fauna, and ecosystems. Frontiers in Neuroscience. 14, 602796(2020).
  9. Gaston, K. J., Bennie, J., Davies, T. W., Hopkins, J. The ecological impacts of nighttime light pollution: a mechanistic approach. Biological Reviews. 88 (4), 912-927 (2013).
  10. Davies, T. W., Smyth, T. Why artificial light at night should be a focus for global change research in the 21st century. Global Change Biology. 24 (3), 872-882 (2017).
  11. Raap, T., Pinxten, R., Eens, M. Rigorous field experiments are essential to understand the genuine severity of light pollution and to identify possible solutions. Global Change Biology. 23 (12), 5024-5026 (2017).
  12. Raap, T., Sun, J. C., Pinxten, R., Eens, M. Disruptive effects of light pollution on sleep in free-living birds: season and/or light intensity-dependent effects. Behavioral Processes. 144, 13-19 (2017).
  13. Raap, T., Pinxten, R., Eens, M. Cavities shield birds from effects of artificial light at night on sleep. Journal of Experimental Zoology A. 329 (8-9), 449-456 (2018).
  14. Casasole, G., et al. Neither artificial light at night, anthropogenic noise nor distance from roads are associated with oxidative status of nestlings in an urban population of songbirds. Comparative Biochemistry and Physiology A. 210, 14-21 (2017).
  15. Grunst, M. L., Raap, T., Grunst, A. S., Pinxten, R., Eens, M. Artificial light at night does not affect not telomere shortening in a developing free-living songbird: a field experiment. Science of the Total Environment. 662, 266-275 (2019).
  16. Raap, T., Pinxten, R., Eens, M. Light pollution disrupts sleep in free-living animals. Scientific Reports. 5, 13557(2015).
  17. Raap, T., Pinxten, R., Eens, M. Artificial light at night disrupts sleep in female great tits (Parus major) during the nestling period, and is followed by a sleep rebound. Environmental Pollution. 215, 125-134 (2016).
  18. Raap, T., Thys, B., Grunst, A. S., Grunst, M. L., Pinxten, R., Eens, M. Personality and artificial light at night in a semi-urban songbird population: no evidence for personality-dependent sampling bias, avoidance or disruptive effects on sleep behaviour. Environmental Pollution. 243 (2), 1317-1324 (2018).
  19. Raap, T., et al. Artificial light at night affects body mass but not oxidative status in free-living nestling songbirds: an experimental study. Scientific Reports. 6, 35626(2016).
  20. Grunst, M. L., et al. Early-life exposure to artificial light at night elevates physiological stress in free-living songbirds. Environmental Pollution. 259, 113895(2020).
  21. Raap, T., Casasole, G., Pinxten, R., Eens, M. Early life exposure to artificial light at night affect the physiological condition: an experimental study on the ecophysiology of free-living nestling songbirds. Environmental Pollution. 218, 909-914 (2016).
  22. Raap, T., Pinxten, R., Eens, M. Artificial light at night causes an unexpected increase in oxalate in developing male songbirds. Conservation Physiology. 6 (1), 005(2018).
  23. Sun, J., Raap, T., Pinxten, R., Eens, M. Artificial light at night affects sleep behaviour differently in two closely related songbird species. Environmental Pollution. 231 (1), 882-889 (2017).
  24. Ziegler, A. -K., et al. Exposure to artificial light at night alters innate immune response in wild great tit nestlings. Journal of Expimental Biology. 224 (10), (2021).
  25. Dominoni, D. M., Teo, D., Branston, C. J., Jakhar, A., Albalawi, B. F. A., Feather Evans, N. P. but not plasma, glucocorticoid response to artificial light at night differs between urban and forest blue tit nestlings. Integrative and Comparative Biology. 16 (3), 1111-1121 (2021).
  26. Levy, K., Wegrzyn, Y., Efronny, R., Barnea, A., Ayali, A. Lifelong exposure to artificial light at night impats stridulation and locomotion activity patterns in the cricket Gryllus bimaculatus. Proceedings of the Royal Society of London B. 288 (1959), 20211626(2021).
  27. Dominoni, D., Smit, J. A. H., Visser, M. E., Halfwerk, W. Multisensory pollution: artificial light at night and anthropogenic noise have interactive effects on activity patterns of great tits (Parus major). Environmental Pollution. 256, 113314(2020).
  28. Ouyang, J. Q., de Jong, M., Hau, M., Visser, M. E., van Grunsven, R. H. A., Spoelstra, K. Stressful colours: Corticosterone concentrations in a free-living songbird vary with the spectral composition of experimental illumination. Biology Letters. 11 (8), 20150517(2015).
  29. Van Dis, N. E., Spoelstra, K., Visser, M. E., Dominoni, D. M. Colour of artificial light at night affects incubation behaviour in the great tit, Parus major. Frontiers in Ecology and Evolution. 9, 697(2021).
  30. Welbers, A. A. M. H., et al. Artificial light at night reduces daily energy expenditure in breeding great tits (Parus major). Frontiers in Ecology and Evolution. 5, 55(2017).
  31. Lighton, J. R. B. Measuring metabolic rates: A manual for scientists. , Oxford University Press, Oxford Scholarship Online. (2008).
  32. Butler, P. J., Green, J. A., Boyd, I. L., Speakman, J. R. Measuring metabolic rate in the field: The pros and cons of the doubly labeled water and heart rate methods. Functional Ecology. 18 (2), 168-183 (2004).
  33. Elliott, H., Le Vaillant, M., Kato, A., Speakman, J. R., Ropert-Coudert, Y. Accelerometry predicts daily energy expenditure in a bird with high activity levels. Biology Letters. 9, 20120919(2013).
  34. Pettersen, A. K., White, C. R., Marshall, D. J. Metabolic rate covaries with fitness and pace of the life history in the field. Proceedings of the Royal Society of London B. 283 (1831), 20160323(2016).
  35. Grunst, A. S., Grunst, M. L., Pinxten, R., Bervoets, L., Eens, M. Sources of individual variation in problem-solving performance in urban great tits (Parus major): Exploring effects of metal pollution, urban disturbance and personality. Science of the Total Environment. 749, 141436(2020).
  36. Croston, R., Kozlovsky, D. Y., Branch, C. L., Parchman, T. L., Bridge, E. S., Pravosudoy, V. V. Individual variation in spatial memory performance in wild mountain chickadees from different elevations. Animal Behaviour. 111, 225-234 (2016).
  37. Iserbyt, A., Griffioen, M., Borremans, B., Eens, M., Müller, W. How to quantify animal activity from radio-frequency identification (RFID) recordings. Ecology and Evolution. 8 (20), 10166-10174 (2018).
  38. Naef-Daenzer, B., Fruh, D., Stalder, M., Wetli, P., Weise, E. Miniaturization (0.2 g) and evaluation of attachment techniques of telemetry transmitters. Journal of Experimental Biology. 208 (21), 4063-4068 (2005).
  39. Van Hasselt, S. J., Rusche, M., Vyssotski, A. L., Verhulst, S., Rattenborg, N. C., Meerlo, P. Sleep time in European starlings is strongly affected by night length and moon phase. Current Biology. 30 (9), 1664-1671 (2020).
  40. Eberle, M., Kappeler, P. M. Family insurance: kin selection and cooperative breeding in a solitary primate (Microcebus murinus). Behavioral Ecology Sociobiology. 60 (4), 582-588 (2006).
  41. Dominoni, D. M., Quetting, M., Partecke, J. Artificial light at night advances avian reproductive physiology. Proceedings of the Royal Society of London B. 280, 20123017(2013).
  42. De Jong, M., Ouyang, J. Q., van Grunsven, R. H. A., Visser, M. E., Spoelstra, K. Do wild great tits avoid exposure to light at night. Plos ONE. 11 (6), 0157357(2016).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

PIT
نهج تجريبي للتحقيق في آثار الضوء الاصطناعي في الليل على الحيوانات الحرة: التنفيذ والنتائج والاتجاهات للبحوث المستقبلية
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.