Name: Ein experimenteller Ansatz zur Untersuchung der Auswirkungen von künstlichem Licht bei Nacht auf freilaufende Tiere: Umsetzung, Ergebnisse und Richtungen für zukünftige Forschung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 16 s
Description: Erfahren Sie, wie künstliches Licht bei Nacht das Verhalten von Vögeln in Nistkästen beeinflusst. Diese Methode nutzt LED-Beleuchtung und Infrarotkameras, um Schlafmuster und physiologische Effekte kontrolliert zu untersuchen.

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Unser Forschungsprogramm zu den biologischen Auswirkungen von ALAN auf Vögel wurde von der FWO Flandern (an M.E. und R.P., Projekt-ID: G.0A36.15N), der Universität Antwerpen und der Europäischen Kommission (an M.L.G., Marie Skłodowska-Curie Fellowship ID: 799667) finanziert. Wir danken den Mitgliedern der Forschungsgruppe Verhaltensökologie und Ökophysiologie an der Universität Antwerpen, insbesondere Peter Scheys und Thomas Raap, für die intellektuelle und technische Unterstützung.

Alle Anwendungen dieses Systems für Tierversuche wurden von der Ethikkommission der Universität Antwerpen genehmigt und in Übereinstimmung mit belgischen und flämischen Gesetzen durchgeführt. Die Methodik hielt sich an die ASAB/ABS-Richtlinien für den Einsatz von Tieren in der Verhaltensforschung. Das Königliche belgische Institut für Naturwissenschaften (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) stellte Lizenzen für alle Forscher und Mitarbeiter zur Verfügung.
1. Erstellung des Versuchssystems
<ol><li>Beziehen Sie Breitspektrum-LED(s) für die Erstellung von ALAN. Nehmen Sie LED-Licht(e) von einem LED-Scheinwerfer. Verwenden Sie entweder ein einzelnes LED-Licht oder mehrere (z. B. 4) Breitband-LED-Leuchten für eine diffusere Beleuchtung (Abbildung 1). HINWEIS: Als Modifikation könnten LEDs mit unterschiedlichen spektralen Eigenschaften (z.B. rot versus blau) verwendet werden, müssten aber aus einer anderen Quelle bezogen werden (siehe das Ergänzungsmaterial von Grunst et al.2019 15 für die spektralen Eigenschaften der LEDs, die in früheren Studien mit diesem System verwendet wurden).</li>
	<li>Entwerfen Sie ein System zur Montage der LEDs zusammen mit einer IR-Kamera, um eine Verhaltensüberwachung zu ermöglichen. Forscher können dieses Ziel auf verschiedene Weise erreichen.<ol>
<li>Variante 1 Setzen Sie eine einzelne Breitband-LED separat in den Nistkasten in einem Kunststoffrohr neben einer IR-Kamera ein, die mit Klebstoff auf einer Kunststoff- oder Metallplatte montiert ist, die in den Nistkasten passt (Abbildung 1A, B).</li>
		<li>Variante 2. Montieren Sie eine IR-Kamera in zentraler Position auf einer Kunststoff- oder Metallplatte und montieren Sie dann LED-Leuchten in festen Positionen auf der Platte, die die IR-Kamera umgibt (Abb. 1C).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Entwerfen Sie ein Mittel, um das System an eine Stromquelle (Batterie) und einen Timer anzuschließen.<ol>
<li>Verwenden Sie ein Messer oder einen Bohrer, um Haine in der Seite des Nistkastens zu bauen, durch die Drahtverbinder verlängert werden können, um das System mit einer Fe-Batterie (12 V; 120 Wh) und einem selbstgebauten Timer (12 V) zu verbinden.</li>
		<li>Entwerfen Sie ein dunkelgrünes Holzgehäuse, das dem Nistkasten in Farbe, Länge und Breite entspricht (z. B. hatten Nistkästen, die in früheren Studien verwendet wurden, die Abmessungen: 120 mm x 155 mm x 250 mm), und mit einer seitlichen Öffnung über ein Scharnier, um die Batterie, den Rekorder für das Video und das Timersystem für die LEDs unterzubringen (Abbildung 2; Ergänzende Abbildung 1 und ergänzende Abbildung 2).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Entwerfen Sie ein Mittel, mit dem die ALAN-Intensität angepasst werden kann.<ol>
<li>Besorgen Sie sich einen Widerstand (Wert abhängig von Batteriespannung und Beleuchtung) und verbinden Sie ihn in Reihe mit den LED(s).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Entwerfen Sie "Dummy" -Boxen mit den gleichen Abmessungen wie die Gehäuse, in denen der Timer und die Batterie untergebracht sind, um Vögel an das System zu gewöhnen (d. h. wie in Abbildung 2A, aber ohne die interne Elektronik). HINWEIS: In Abschnitt 2 und Abschnitt 3 werden die Schritt-für-Schritt-Methoden erörtert, die zur Untersuchung der Auswirkungen von ALAN auf den fokalen Organismus verwendet werden.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63381/63381fig01.jpg"> Abbildung 1: Zwei Systeme, bestehend aus IR-Kameras und LED-Licht(s), die zur Manipulation von ALAN in Nistkästen verwendet werden. (A) Draufsicht auf den Nistkasten mit Platte, die das ältere System an Ort und Stelle hält. (B) Älteres System mit 1 Breitband-LED zur Manipulation von ALAN und zentrale Kamera mit 10 IR-LEDs (c) Neueres System mit 4 Breitband-LEDs und zentraler IR-Kamera mit 4 IR-LEDs. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63381/63381fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63381/63381fig02.jpg"> Abbildung 2: Die selbstgebaute Batterie- und Timereinheit, die zur Manipulation des ALAN- und Videoaufzeichnungsverhaltens verwendet wird . (A) Das Gerät ist in einer Holzkiste eingeschlossen, die oben auf dem Nistkasten montiert ist. (B) Ansicht der Elektronik im Inneren des Geräts. Die Steckverbinder erstrecken sich vom Inneren des Nistkastens bis in das Holzgehäuse, um die Elektronik mit der IR-Kamera und Breitband-LEDs zu verbinden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63381/63381fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
2. Planung des Experiments und Anpassung der ALAN-Intensität und des Timings
<ol><li>Bestimmen Sie die gewünschte Lichtintensität, der Tiere ausgesetzt werden sollen.<ol>
<li>Überlegen Sie sorgfältig, welche experimentelle Lichtintensität verwendet werden soll, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, die die Forschungsfrage beantworten. Im Allgemeinen bedeutet dies, eine ökologisch relevante Lichtintensität zu wählen, der freilaufende Tiere wahrscheinlich begegnen werden (siehe Tabelle 1 zur Orientierung).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Stellen Sie die LED-Leuchten auf die gewünschte Lichtintensität ein (z. B. 1-3 Lux, wie in früheren Studien verwendet; Tabelle 1 und Tabelle 2).<ol>
<li>Stellen Sie das System vor der Platzierung im Feld auf einen Nistkasten, der ins Labor gebracht wurde, um die Lichtintensität zu kalibrieren. Schließen Sie die LEDs an die Stromquelle an, wie weiter unten beschrieben (Protokollabschnitt 3).</li>
		<li>Stellen Sie das von den LEDs emittierte Licht auf die gewünschte Intensität (Lux) ein, indem Sie einen Belichtungsmesser auf Höhe des Vogels innerhalb des Nistkastens (~ 8 cm von unten) platzieren und gleichzeitig den Widerstand in Reihe mit den LEDs einstellen. HINWEIS: Es ist möglich, sehr geringe Lichtintensitäten zu erreichen (z. B. ländliches Himmelsglühen; 0,01 Lux).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bestimmen Sie den Zeitrahmen, in dem Tiere ALAN ausgesetzt werden sollen.<ol>
<li>Bestimmen Sie die Länge und den Zeitpunkt der Belichtung über die Nacht. Zum Beispiel kann man Tiere über die ganze Nacht über ALAN aussetzen, nur für einen Teil der Nacht, oder eine Periode der Dunkelheit mitten in der Nacht lassen, um den Grad der Störung zu reduzieren.</li>
		<li>In Fällen, in denen ein Tier den Nistkasten (oder einen bestimmten Bereich) betreten muss, um dem ALAN ausgesetzt zu werden, überlegen Sie auch, ob das Licht vor oder nach dem Eintrittsereignis eingeschaltet werden sollte.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Stellen Sie den Timer ein, um die Zeit der Lichteinwirkung während der Nacht zu steuern.<ol>
<li>Stellen Sie den an die Breitband-LEDs angeschlossenen Timer so ein, dass sich das Licht zu bestimmten Zeiten ein- und ausschaltet (z. B. mindestens 2 h vor Sonnenuntergang eingeschaltet; 2 h nach Sonnenaufgang). HINWEIS: Die IR-Kamera ermöglicht es, das Verhalten des Tieres gleichzeitig für die Dauer der Lichtbelichtung aufzuzeichnen und ist eingeschaltet, solange es an eine geladene Batterie angeschlossen ist.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bestimmen Sie das geeignete experimentelle Design, das für die Zielforschungsfrage(n) verwendet werden soll. HINWEIS: Für einige Fragen ist ein experimentelles Design mit wiederholten Messungen die leistungsstärkste Option (z. B. Wie wirkt sich die Exposition gegenüber ALAN auf das Schlafverhalten aus?). Für andere werden gepaarte Kontroll- und experimentelle Gruppen benötigt (z. B. Wie wirkt sich die Exposition gegenüber ALAN auf den Telomerverlust bei sich entwickelnden Nestlingen aus?).</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Quelle/Expositionsniveau</td>
			<td>Intensität (Lux)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Volle Sonneneinstrahlung</td>
			<td>103000</td>
		</tr>
<tr>
<td>Vollmondlicht</td>
			<td>0.05–1</td>
		</tr>
<tr>
<td>Urban Sky leuchtet</td>
			<td>0.2–0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>Exposition frei lebender europäischer Amseln</td>
			<td>0.2 (0.07–2.2)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Frühere experimentelle Studien mit dem System</td>
			<td>1–3</td>
		</tr>
<tr>
<td>LED-Straßenlaternen</td>
			<td>~10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Natrium-Straßenlaternen mit niedrigem Druck</td>
			<td>~10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Hochdruck-Natrium</td>
			<td>~10</td>
		</tr>
<tr>
<td>Fluoreszierende Beleuchtung</td>
			<td>300</td>
		</tr>
<tr>
<td>Metallhalogenid</td>
			<td>400–2000</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 1: Charakteristische Lichtintensitäten in der Umwelt3,9, Expositionsniveaus von freilaufenden Vögeln41 und Intensitäten, die in früheren Studien mit diesem System verwendet wurden (Referenzen in Tabelle 2).
3. Umsetzung der Exposition gegenüber ALAN
<ol><li>Gewöhnen Sie die Tiere an den Versuchsaufbau.<ol>
<li>Wenn möglich im Rahmen des Experiments, gewöhnen Sie die Tiere an das Setup, indem Sie mindestens 1 Tag vor dem Experiment Dummy-Boxen auf die Oberseite der Nistkästen legen, um die Auswirkungen der Neuheitsaversion zu minimieren.</li>
	</ol></li>
	<li>Befragen Sie die Fokuspersonen.<ol>
<li>Passen Sie die Tiere in der Studienpopulation mit passiven integrativen Transponder-Tags (PIT) an, um die Identifizierung in Nistkästen zu ermöglichen, ohne die Vögel zu stören.</li>
		<li>In Experimenten, in denen die Wirkung von ALAN auf das Schlafverhalten zum Einsatz kommt, besuchen Sie die Nistkästen in der Nacht vor dem Experiment und scannen Sie die Boxen mit einem RFID-Lesegerät (Radio-Frequency Identification), um festzustellen, welche Vögel sich darin aufhalten.</li>
		<li>In Experimenten während der Brutzeit, bei denen sich entwickelnde Nestlinge ALAN ausgesetzt wurden, sollten Nistkästen konsequent (z. B. jeden zweiten Tag) überwacht und auf Nestinhalt und die Identität der Erwachsenen überprüft werden. Wählen Sie sorgfältig Nistkästen aus, die Bruten mit bestimmten Merkmalen (z. B. modale Brutgröße, beide Elternteile vorhanden und füttern) für die Verwendung im Experiment.</li>
	</ol></li>
	<li>Wählen Sie das Experiment aus und implementieren Sie es.<ol><li>Implementieren Sie für Experimente mit Schlafverhalten ein Design mit wiederholten Messungen, indem Sie zunächst Personen aufzeichnen, die mindestens eine Nacht lang unter dunklen Bedingungen schlafen, um ungestörten Schlaf in Abwesenheit von ALAN (Kontrollbehandlung) gemäß den Schritten 3.3.2-3.3.21 aufzuzeichnen.</li>
		<li>Stellen Sie zu diesem Zweck sicher, dass Sie die Zeit auf den IR-Kameras mit der Ortszeit synchronisieren, bevor Sie sie ins Feld bringen.</li>
		<li>Setzen Sie eine SD-Karte in den SD-Steckplatz des Mini-DVR-Recorders neben dem Akku ein (Abbildung 2B; Ergänzende Abbildung 2). Stellen Sie sicher, dass die SD-Karte leer ist, und löschen Sie andernfalls die darin enthaltenen Daten.</li>
		<li>Entfernen Sie mindestens 2 Stunden vor Beginn der Dunkelheit den Dummy-Kasten von der Oberseite des Nistkastens.</li>
		<li>Öffnen Sie den Nistkastendeckel.</li>
		<li>Legen Sie die Platte mit der IR-Kamera in den Nistkasten, wobei das Kameraobjektiv nach unten ausgerichtet ist.</li>
		<li>Verlängern Sie die elektronischen Steckverbinder aus dem Hain im Nistkasten.</li>
		<li>Schließen Sie den Deckel des Nistkastens.</li>
		<li>Platzieren Sie das Gehäuse mit der Batterie, dem Rekorder und dem Timer auf dem Nistkasten.</li>
		<li>Schließen Sie die Batteriestromanschlüsse an. Schließen Sie den roten Anschluss des Rekorders an den weißen Anschluss der Kamera (Audio), den gelben Anschluss des Rekorders an den gelben Anschluss der Kamera (Video) und den schwarzen Anschluss des Akkus an den roten Anschluss der Kamera (Stromversorgung) an (Ergänzende Abbildung 1 und ergänzende Abbildung 2).</li>
		<li>Drücken Sie die Aufnahmetaste, um die Kameraaufnahme zu starten. HINWEIS: Der Timer wird nicht eingestellt und/oder die Stromversorgung wird nicht an den Timer angeschlossen, der die LEDs steuert, so dass in Steuerungsnächten kein ALAN produziert wird.</li>
		<li>Überprüfen Sie mit einem kleinen TFT-Bildschirm, ob die Aufnahme gestartet wurde und dass das Bild korrekt ist. Ein Anschluss zum Anschluss des tft-Bildschirms befindet sich unterhalb des Recorders (Ergänzende Abbildung 2).</li>
		<li>Kehren Sie ca. 1 Stunde nach Einbruch der Dunkelheit zum Nistkasten zurück und überprüfen Sie die Identität des darin schlafenden Vogels, indem Sie einen RFID-Transponderleser um den Boden und die Seiten des Nistkastens bewegen und die vom PIT-Tag mitgeteilte eindeutige Identifikationsnummer aufzeichnen.</li>
		<li>Am Morgen nach der Kontrollaufzeichnung, mindestens 2 Stunden nach Sonnenaufgang, kehren Sie zum Nistkasten zurück und holen Sie das Batteriesystem und die IR-Kamera ab.</li>
		<li>Platzieren Sie erneut eine Dummy-Box auf dem Nistkasten.</li>
		<li>Laden Sie im Labor oder Büro den Akku auf und entfernen und laden Sie die SD-Karte aus dem Rekorder herunter, um die Verhaltensdaten zu sammeln. HINWEIS: Batterien haben eine Lebensdauer von ~ 30 h unter kalten Bedingungen, um die Aufnahme für die gesamte Nacht zu ermöglichen, müssen aber zwischen aufeinanderfolgenden Aufnahmenächten vollständig aufgeladen werden.</li>
		<li>Nachdem Sie die Daten erfolgreich heruntergeladen haben, löschen Sie die Daten von der SD-Karte und legen Sie sie dann wieder in den Mini-DVR-Recorder ein.</li>
		<li>Implementieren Sie in der folgenden Nacht die Lichtexpositionsbehandlung (z. B. 1-3 Lux, wie sie in früheren Experimenten mit dem System verwendet wurde; Tabelle 1 und Tabelle 2).</li>
		<li>Stellen Sie das Timersystem auf den gewünschten Zeitraum der Lichteinwirkung ein.</li>
		<li>Befolgen Sie die gleichen Schritte (3.3.2-3.3.17) wie oben für die Steueraufzeichnung, schließen Sie aber auch den Timer an die Stromversorgung und die LEDs an den Timer an (Ergänzende Abbildung 1 und Ergänzende Abbildung 2).</li>
		<li>Falls gewünscht, wiederholen Sie die Kontrollaufzeichnung (des Schlafverhaltens unter Dunkelheitsbedingungen, d. H. Abwesenheit von ALAN) in der dritten Nacht.</li>
		<li>Für Experimente, bei denen Nestlinge bei ALAN exponiert werden, sind Kontroll- und Versuchsbruten wie in den Schritten 3.3.23-3.3.25 beschrieben zu verwenden.</li>
		<li>Platzieren Sie Dummyboxen (ohne Elektronik) auf den Nistkästen der Kontrollbrut und behandeln Sie sowohl Kontroll- als auch Versuchsnestlinge auf gleichwertige Weise.</li>
		<li>Implementieren Sie die experimentelle ALAN-Exposition für experimentelle Boxen. Montieren Sie während der Versuchsphase das LED-System und die IR-Kamera wie oben beschrieben im Nistkasten und stellen Sie den Timer so ein, dass er die gewünschte Lichtbelichtungsdauer steuert.</li>
		<li>Laden Sie die Batterien auf. Bei Experimenten mit mehrtägiger Lichtbelichtung und Videoaufzeichnung sammeln Sie die Systeme jeden Morgen, um die Batterien tagsüber aufzuladen, und tauschen Sie das System abends aus.</li>
	</ol></li>
	<li>Sammeln Sie Daten zu den Antwortvariablen von Interesse.<ol>
<li>Wenn das Verhalten innerhalb des Nistkastens die Variable von Interesse ist, ermöglicht die IR-Kamera die gleichzeitige Dokumentation des Verhaltens (z. B. Schlafverhalten; Abbildung 3).</li>
		<li>Sammeln Sie alle anderen Daten von Interesse über zusätzliche Überwachungsmethoden, wobei die Probenahme zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt (z. B. Blutproben, die vor und nach der Lichtexposition entnommenwurden 15).</li>
	</ol></li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63381/63381fig03.jpg"> Abbildung 3: Infrarotbild einer Kohlmeise in einem Nistkasten, der ALAN ausgesetzt ist. (A) Schlafen und (B) Heißmeise <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63381/63381fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben.

Dieses auf dem Nestkasten basierende System aus LED-Leuchten und einer gepaarten IR-Kamera hat es den Forschern ermöglicht, eine Reihe faszinierender Fragen zu den biologischen Auswirkungen von ALAN zu bewerten. Darüber hinaus gibt es viele weitere Forschungsrichtungen, die mit dem System verfolgt werden können. Darüber hinaus könnte die Ausweitung der Nutzung des Systems auf andere Arten dazu beitragen, das Verständnis der interspezifischen Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber ALAN zu fördern. Im Folgenden werd...

Tiere haben sich mit den natürlichen Mustern von Licht und Dunkelheit entwickelt, die Tag und Nacht definieren. So orchestrieren zirkadiane Rhythmen in hormonellen Systemen Ruhe- und Aktivitätsmuster und ermöglichen es den Tieren, die Fitnesszu maximieren 1,2,3. Zum Beispiel bereitet der circadiane Rhythmus in glukokortikoiden Hormonen, mit einem Höhepunkt zu Beginn der täglichen Aktivität, Wirbeltiere dazu an, sich über die 24-Stunden-Periode hinweg angemessen zu verhalten, über Auswirkungen auf den Glukosestoffwechsel und die Reaktion auf Umweltstressoren4. In ähnlicher Weise ist das Zirbeldrüsenhormon Melatonin, das als Reaktion auf Dunkelheit freigesetzt wird, integraler Bestandteil der Steuerung von Mustern der circadianen Rhythmizität und hat auch antioxidative Eigenschaften 5,6. Die Mitnahme vieler Aspekte der circadianen Rhythmizität, wie z.B. die Freisetzung von Melatonin, wird durch die Photorezeption von Lichtniveaus in der Umwelt beeinflusst. Daher hat die Einführung von künstlichem Licht in die Umwelt zur Unterstützung menschlicher Aktivitäten, Erholung und Infrastruktur das Potenzial, weitreichende Auswirkungen auf das Verhalten, die Physiologie und die Fitness freilaufender Tiere zu haben 7,8. Tatsächlich wurden verschiedene Auswirkungen der Exposition gegenüber künstlichem Licht in der Nacht (ALAN) dokumentiert9,10, und ALAN wurde als eine Priorität für die Erforschung des globalen Wandels im 21. Jahrhundert 10 hervorgehoben.
Die Messung der Auswirkungen von ALAN auf freilaufende Tiere stellt aus einer Reihe von Gründen nicht triviale Herausforderungen dar. Erstens erleben mobile Tiere, die sich durch die Umgebung bewegen, ständig unterschiedliche Lichtstärken. Wie quantifiziert man also das Lichtniveau, dem einzelne Tiere ausgesetzt sind? Selbst wenn das Lichtniveau auf dem Territorium des Tieres quantifiziert werden kann, kann das Tier Vermeidungsstrategien anwenden, die die Expositionsmuster beeinflussen und somit eine gleichzeitige Verfolgung des Standorts und der Lichtverhältnisse des Tieres erfordern. Tatsächlich sind in den meisten Feldstudien der Mittelwert und die Variation der Lichtexposition unbekannt11. Zweitens korreliert die Exposition gegenüber ALAN oft mit der Exposition gegenüber anderen anthropogenen Störfaktoren wie Lärmbelästigung, chemischer Exposition und Verschlechterung des Lebensraums. Zum Beispiel werden Tiere, die Lebensräume entlang der Straßenränder besetzen, dem Licht von Straßenlaternen, dem Lärm des Fahrzeugverkehrs und der Luftverschmutzung durch Fahrzeugemissionen ausgesetzt. Wie isoliert man dann effektiv die Auswirkungen von ALAN von den Auswirkungen von Störvariablen? Rigorose Feldexperimente, die gute Messungen sowohl der Lichtexpositionsniveaus als auch der Antwortvariablen ermöglichen, sind unerlässlich, um die Schwere der biologischen Wirkungen von ALAN zu bewerten und wirksame Minderungsstrategienzu entwickeln 11.
Dieser Artikel beschreibt einen experimentellen Ansatz, der, obwohl nicht ohne Einschränkungen (siehe Diskussionsabschnitt), dazu beiträgt, die oben genannten Schwierigkeiten zu lindern, wenn nicht sogar zu beseitigen. Der Ansatz beinhaltet die experimentelle Manipulation der ALAN-Werte in den Nistkästen einer freilebenden, tagaktiven Vogelart, der Kohlmeise (Parus major), unter Verwendung eines Systems von Leuchtdiodenleuchten (LED) und einer Infrarotkamera (IR), die in Nistkästen installiert sind. Das Setup ermöglicht die gleichzeitige Aufnahme von Videoaufnahmen, einschließlich Audio, wodurch Forscher die Auswirkungen auf Verhaltensweisen und Vokalisationen beurteilen können. Kohlmeisen nutzen Nistkästen für die Zucht und schlafen zwischen November und März in den Nistkästen. Die Weibchen schlafen während der Brutzeit12 auch in den Nistkästen. Das System wurde in geringerem Maße auch verwendet, um die Auswirkungen von ALAN auf Blaumeisen (Cyanistes caeruleus) zu untersuchen. Die erste Schwierigkeit, die darin besteht, die Lichtverhältnisse zu kennen, auf die das Tier trifft, wird dadurch gemildert, dass ein Individuum bereit ist, den Nistkasten zu betreten (oder sich bei unbeweglichen Nestlingen bereits im Nistkasten befindet), die Lichtverhältnisse vom Forscher genau bestimmt werden können. Die zweite Schwierigkeit, die Korrelationen zu verwirrenden Variablen beinhaltet, kann durch die Verwendung von Nistkästen in ähnlichen Umgebungen und/oder die Messung der Ebenen von Störvariablen in der Nähe von Nistkästen kontrolliert werden. Darüber hinaus ist bei Hohlraumnistvögeln ein experimenteller Ansatz von Vorteil, da Nistkästen oder natürliche Hohlräume Nestlinge und Erwachsene vor ALAN13 schützen können, was erklären könnte, warum einige korrelative Studien wenig Wirkung von ALAN (oder anthropogenem Rauschen) finden14, während experimentelle Studien häufiger klare Effekte finden (siehe unten). Darüber hinaus kann ein experimentelles Design mit wiederholten Messungen übernommen werden, bei dem Individuen als ihre eigene Kontrolle dienen, was die statistische Aussagekraft und die Wahrscheinlichkeit, sinnvolle biologische Effekte zu erkennen, weiter erhöht. Die folgenden Abschnitte: (1) erläutern die Details des Designs und der Implementierung des Systems, (2) fassen die wichtigen Ergebnisse zusammen, die bisher mit dem System erzielt wurden, und (3) schlagen zukünftige Forschungsrichtungen vor, die sowohl bei Meisen als auch bei anderen Tieren verfolgt werden könnten.

<table><tbody><tr><td>Breites Spektrum; 15 mm x 5 mm; LED-Scheinwerfer</td><td>RANEX; Gilze; Nederlands</td><td>6000.217</td><td>Ein ähnliches Modell könnte auch verwendet werden</td></tr><tr><td>Batterie</td><td>BYD</td><td>R1210A-C</td><td>Fe-Batterie 12 V 120 Wh ( Lithium-Eisenphosphat-Batterie)</td></tr><tr><td>Dunkelgrüne Lackierung</td><td></td><td></td><td>Optional. Zum Einfärben von Nistkästen/Elektronikgehäusen</td></tr><tr><td>Isolierband</td><td></td><td></td><td>Für Elektronik</td></tr><tr><td>Selbstgemachte Zeitschaltuhr</td><td>Amazon</td><td>YP109A 12V</td><td>Ein ähnliches Modell könnte auch verwendet werden</td></tr><tr><td>Wärmebildkamera</td><td>Koberts-Goods, Melsungen, DE</td><td>205-IR-L</td><td>Mini-Kamera; ein ähnliches Modell könnte auch verwendet werden</td></tr><tr><td>Lichtstärkemesser</td><td>ISO-Tech ILM; Corby; UK</td><td>1335</td><td>Zur Kalibrierung der Lichtintensität</td></tr><tr><td>Mini-DVR-Videorecorder</td><td>Pakatak, Essex, UK</td><td>MD-101</td><td>Überwachungs-DVR-Recorder Mini SD Car DVR mit 32 GB</td></tr><tr><td>Passive integrierte Transponder (PIT) Tags</td><td>Eccel Technology Ltd, Aylesbury, UK</td><td>EM4102</td><td>125 Kh; Bietet eine einzigartige elektronische ID</td></tr><tr><td>Radio Frequency Identification (RFID) Lesegerät</td><td>Trovan, Aalten, Niederlande</td><td>GR-250</td><td>Zum Scannen von PIT-Tags und zur Bestimmung der Vogelidentität</td></tr><tr><td>Widerstand</td><td>RS Komponenten</td><td></td><td>Wert abhängig von Spannung, Batterie und Beleuchtung</td></tr><tr><td>SD-Karte</td><td>SanDisk</td><td></td><td>64 GB oder größer</td></tr><tr><td>SongMeter</td><td>Wildlife Acoustics; Maynard, MA</td><td></td><td>Optional. Bietet ein Mittel zur Überwachung von Lautäußerungen außerhalb von Nistkästen</td></tr><tr><td>TFT-Farb-LED-tragbarer Testmonitor</td><td>Walmart</td><td></td><td>Ermöglicht die Überprüfung, ob die Kamera eingeschaltet ist und das Bild korrekt aufzunehmen</td></tr><tr><td>Holz</td><td></td><td></td><td>Zum Bau von Nistkästen / elektronischen Enkolsuren</td></tr></tbody></table>

ein experimenteller ansatz zur untersuchung der auswirkungen von künstlichem licht bei nacht auf freilaufende tiere: umsetzung, ergebnisse und richtungen für zukünftige forschung

An Experimental Approach to Investigating Effects of Artificial Light at Night on Free-Ranging Animals: Implementation, Results, and Directions for Future Research

Tiere haben sich mit natürlichen Mustern von Licht und Dunkelheit entwickelt. Künstliches Licht wird jedoch zunehmend durch menschliche Infrastruktur und Freizeitaktivitäten in die Umwelt eingeführt. Künstliches Licht in der Nacht (ALAN) hat das Potenzial, weitreichende Auswirkungen auf das Verhalten, die Physiologie und die Fitness von Tieren zu haben, was zu breiteren Auswirkungen auf Populationen und Gemeinschaften führen kann. Das Verständnis der Auswirkungen von ALAN auf freilaufende Tiere ist aufgrund von Herausforderungen wie der Messung des Lichtniveaus, auf das mobile Organismen stoßen, und der Trennung der Auswirkungen von ALAN von denen anderer anthropogener Störfaktoren nicht trivial. Hier beschreiben wir einen Ansatz, der es uns ermöglicht, die Auswirkungen der künstlichen Lichtexposition auf einzelne Tiere zu isolieren, indem wir die Lichtverhältnisse in Nistkästen experimentell manipulieren. Zu diesem Zweck kann ein System verwendet werden, das aus Leuchtdioden (LED) besteht, die an einer Platte haften und mit einem Batterie- und Timersystem verbunden sind. Das Setup ermöglicht es, Individuen in Nistkästen unterschiedlichen Intensitäten und Dauern von ALAN auszusetzen und gleichzeitig Videoaufnahmen zu erhalten, die auch Audio enthalten. Das System wurde in Studien an freilaufenden Kohlmeisen (Parus major) und Blaumeisen (Cyanistes caeruleus) verwendet, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie ALAN Schlaf- und Aktivitätsmuster bei Erwachsenen und die Physiologie und Telomerdynamik bei sich entwickelnden Nestlingen beeinflusst. Das System oder eine Adaption davon könnte verwendet werden, um viele andere faszinierende Forschungsfragen zu beantworten, z. B. wie ALAN mit anderen Störfaktoren interagiert und das bioenergetische Gleichgewicht beeinflusst. Darüber hinaus könnten ähnliche Systeme in oder in der Nähe der Nistkästen, Nester oder Höhlen einer Vielzahl von Arten installiert werden, um ALAN-Spiegel zu manipulieren, biologische Reaktionen zu bewerten und auf den Aufbau einer interspezifischen Perspektive hinzuarbeiten. Insbesondere in Kombination mit anderen fortschrittlichen Ansätzen zur Überwachung des Verhaltens und der Bewegung freilebender Tiere verspricht dieser Ansatz fortlaufende Beiträge zu unserem Verständnis der biologischen Implikationen von ALAN.

Die mit diesem System veröffentlichten Peer-Review-Forschungsartikel sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Mehrere andere Manuskripte sind in Arbeit. Diese Studien befassen sich mit drei großen Forschungsfragen. Erstens wurde das System verwendet, um die Auswirkungen der Lichtexposition auf das Schlafverhalten und das Aktivitätsniveau bei Erwachsenen zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde ein experimentelles Design mit wiederholten Messungen verwendet, bei dem dasselbe Individuum zunächst das Schlafen unter ...

Künstliches Licht in der Nacht (ALAN) hat weitreichende biologische Wirkungen. Dieser Artikel beschreibt ein System zur Manipulation von ALAN in Nistkästen bei gleichzeitiger Überwachung des Verhaltens, bestehend aus LED-Leuchten, die mit einer Batterie, einem Timer und einer audiofähigen Infrarot-Videokamera gekoppelt sind. Forscher könnten dieses System nutzen, um viele offene Fragen zu den Auswirkungen von ALAN auf Organismen zu untersuchen.

Ein experimenteller Ansatz zur Untersuchung der Auswirkungen von künstlichem Licht bei Nacht auf freilaufende Tiere: Umsetzung, Ergebnisse und Richtungen für zukünftige Forschung

Animals have evolved with natural patterns of light and darkness. However, artificial light is being increasingly introduced into the environment from ...

Unsere Methode zur Manipulation von künstlichem Licht in der Nacht oder ALAN in Nistkästen ist leistungsfähig, um die Auswirkungen von ALAN auf das Verhalten, die Physiologie und die Fitness von Tieren zu bestimmen. Diese Technik hilft, die Herausforderungen zu überwinden, die mit der Untersuchung der Auswirkungen von ALAN auf freilaufende Tiere verbunden sind, da Forscher Tiere nachts kontrolliert Licht aussetzen können. Dieses System kann bei jeder Vogel- oder Säugetierart verwendet werden, die Hohlräume zum Brüten oder Ausruhen verwendet, und hat auch das Potenzial, für den Einsatz in anderen Kontexten modifiziert zu werden.Beginnen Sie damit, die Tiere an den Versuchsaufbau zu gewöhnen, indem Sie mindestens einen Tag vor dem Experiment eine Dummy-Box auf die Oberseite des Nistkastens stellen, um die Auswirkungen der Neuheitsaversion zu minimieren. Um die Fokuspersonen zu begutachten, passen Sie die Tiere in der Studienpopulation mit einem passiven integrativen Transponder oder PIT-Tag an, um eine Identifizierung innerhalb des Nistkastens zu ermöglichen, ohne die Vögel zu stören. In Experimenten, bei denen es um die Wirkung von künstlichem Licht in der Nacht oder ALAN auf das Schlafverhalten geht, besuchen Sie die Nistkästen in der Nacht vor dem Experiment und scannen Sie die Boxen mit einer Radiofrequenzanzeige oder einem RFID-Lesegerät, um festzustellen, welche Vögel sich darin aufhalten.Um den ungestörten Schlaf in Abwesenheit von ALAN aufzuzeichnen, implementieren Sie ein Design für wiederholte Messungen, indem Sie den Schlaf unter dunklen Bedingungen für eine Nacht und dann in Anwesenheit von ALAN für eine Nacht aufzeichnen. Synchronisieren Sie in beiden Nächten, bevor Sie die Infrarot- oder IR-Kamera ins Feld bringen, die Zeit mit der Ortszeit. Legen Sie als Nächstes eine MDSD-Karte in den SD-Steckplatz in den Mini-DVR-Recorder neben dem Akku ein.Entfernen Sie mindestens zwei Stunden vor Beginn der Dunkelheit den Dummy-Kasten von der Oberseite des Nistkastens und öffnen Sie den Nistkastendeckel, um die Platte mit der IR-Kamera im Inneren zu platzieren, wobei das Kameraobjektiv nach unten ausgerichtet ist. Verlängern Sie dann die elektronischen Steckverbinder aus der Nut im Nistkasten. Nachdem Sie den Nistkastendeckel geschlossen haben, legen Sie das Gehäuse mit Batterie, Rekorder und Timer auf den Nistkasten.Schließen Sie dann den roten Stecker vom Recorder an den weißen Stecker der Kamera, den gelben Stecker des Recorders an den gelben Stecker der Kamera und den schwarzen Stecker aus dem Akku an den roten Stecker der Kamera an. Und für die ALAN-Nacht die LEDs zum Timer und der Timer zur Stromquelle. Sobald das Gerät angeschlossen ist, setzen Sie die Drähte in die Gehäuse ein, in denen das System untergebracht ist.Wenn die Aufnahme beginnt, überprüfen Sie mit einem kleinen TFT-Bildschirm, um das richtige Bild sicherzustellen, und drücken Sie dann Aufnahme. Kehren Sie eine Stunde nach Einbruch der Dunkelheit zum Nistkasten zurück, um die Identität der darin schlafenden Vögel zu überprüfen, indem Sie einen RFID-Transponderleser um den Boden und die Seiten des Nistkastens bewegen und die vom PIT-Tag mitgeteilte eindeutige Identifikationsnummer aufzeichnen. Am Morgen nach der Kontrollaufzeichnung, zwei Stunden nach Sonnenaufgang, holen Sie das Batteriesystem aus dem Nistkasten ab, bevor Sie den Dummykasten auf dem Nistkasten zurückgeben.Laden Sie im Labor die Batterie auf und entfernen und laden Sie die SD-Karte aus dem Rekorder herunter, um die Verhaltensdaten zu sammeln. Nachdem Sie die Daten erfolgreich heruntergeladen haben, löschen Sie die Daten von der SD-Karte, gefolgt von der Einlegung der Karte in den Mini-DVR-Rekorder. Implementieren Sie in einer folgenden Nacht die Lichtbelichtungsbehandlung, indem Sie das Timer-System für die gewünschte Zeit der Lichtbelichtung einrichten und die Aufzeichnung wie zuvor beschrieben steuern, wobei der Timer an die Stromversorgung angeschlossen ist und die LEDs an den Timer angeschlossen sind.Bei Experimenten mit mehreren Nächten Lichtbelichtung und Videoaufzeichnung sammeln Sie die Systeme jeden Morgen, um die Batterien tagsüber aufzuladen, und ersetzen Sie das System dann abends. Sammeln Sie später Daten zu den Antwortvariablen von Interesse. Die Studie dokumentierte die dramatischen Auswirkungen der ALA-Exposition auf das Schlafverhalten.Die Vögel, die ALAN mit einer relativ geringen Intensität von 1,6 Lux ausgesetzt waren, wachten eine halbe Stunde früher auf, verließen den Nistkasten 20 Minuten früher und schliefen 40 Minuten weniger als die Kontrollvögel. Hier konzentrieren wir uns auf die Verwendung des Systems, um die Auswirkungen auf den Schlaf zu bewerten, aber das System kann auch verwendet werden, um die Auswirkungen auf die Entwicklung von Nestlingen während der Brutzeit zu testen. Um die physiologischen Auswirkungen der ALAN-Exposition zu bewerten, können Tiere gefangen, Blutproben entnommen und morphometrische Messungen durchgeführt werden.Dieses auf Nistkästen basierende System hat es den Forschern ermöglicht, eine Reihe faszinierender Fragen zu den biologischen Auswirkungen von ALAN zu bewerten, die zuvor nicht bewertet werden konnten, wie z.B. Auswirkungen auf den Schlaf.

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