Name: גישה ניסיונית לחקר ההשפעות של אור מלאכותי בלילה על בעלי חיים חופשיים: יישום, תוצאות וכיוונים למחקר עתידי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 16 s
Description: חקור את השפעות האור המלאכותי בלילה על התנהגות בעלי חיים חופשיים באמצעות תיבות קן מצוידות במצלמות אינפרה-אדום ותגי PIT. השיטה מאפשרת מעקב אחר שינויי שינה ופיזיולוגיה בציפורים וביונקים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

תוכנית המחקר שלנו הכוללת את ההשפעות הביולוגיות של ALAN על ציפורים קיבלה מימון מ- FWO פלנדריה (ל- M.E. ו- R.P., מזהה פרויקט: G.0A36.15N), אוניברסיטת אנטוורפן והנציבות האירופית (ל- M.L.G, מארי סקלודובסקה-קירי מזהה מלגת מזהה: 799667). אנו מכירים בתמיכה האינטלקטואלית והטכנית של חברי קבוצת המחקר לאקולוגיה התנהגותית ואקופיזיולוגיה באוניברסיטת אנטוורפן, במיוחד פיטר שייס ותומס ראפ.

כל הבקשות של מערכת זו לניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת אנטוורפן ונעשו בהתאם לחוקים הבלגיים והפלמיים. המתודולוגיה דבקה בהנחיות ASAB/ABS לשימוש בבעלי חיים במחקר התנהגותי. המכון המלכותי הבלגי למדעי הטבע (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) סיפק רישיונות לכל החוקרים ואנשי הצוות.
1. יצירת מערכת הניסוי
<ol><li>השג נורית LED רחבת טווח לשימוש ביצירת ALAN. קח את נורות ה-LED מפנס/ים קדמיים של LED. השתמשו בנורת LED בודדת או בנורות LED מרובות (למשל, 4) רחבות טווח לתאורה מפוזרת יותר (איור 1). הערה: כשינוי, ניתן להשתמש בנורות LED עם תכונות ספקטרליות שונות (למשל, אדום לעומת כחול) אך יהיה צורך לקבל אותן ממקור אחר (ראה את החומר המשלים של Grunst et al. 201915 עבור התכונות הספקטרליות של נוריות ה- LED ששימשו במחקרים קודמים באמצעות מערכת זו).</li>
	<li>תכנן מערכת להתקנת נוריות ה- LED יחד עם מצלמת IR כדי לאפשר ניטור התנהגותי. חוקרים יכולים להשיג מטרה זו במספר דרכים.<ol>
<li>אפשרות 1. הכנס נורית LED אחת רחבת טווח לתוך תיבת הקן בנפרד בצינור פלסטיק הסמוך למצלמת IR המותקנת עם דבק על לוח פלסטיק או מתכת שמתאים לתיבת הקן (איור 1A, B).</li>
		<li>אפשרות 2. הרכיבו מצלמת IR במיקום מרכזי על לוחית פלסטיק או מתכת ולאחר מכן התקינו נורות LED במיקומים קבועים על הלוחית המקיפה את מצלמת ה-IR (איור 1C).</li>
	</ol>
</li>
	<li>תכנן אמצעי לחיבור המערכת למקור חשמל (סוללה) וטיימר.<ol>
<li>השתמש בסכין או במקדחה כדי ליצור חורשות בצד תיבת הקן שדרכן מחברי חוטים יכולים להתרחב כדי לחבר את המערכת לסוללת Fe (12 V; 120 Wh) וטיימר תוצרת בית (12 V).</li>
		<li>תכנן מתחם עץ ירוק כהה התואם את תיבת הקן בצבע, באורך וברוחב (לדוגמה, תיבות הקן ששימשו במחקרים קודמים היו בעלות מידות: 120 מ"מ x 155 מ"מ x 250 מ"מ ), ועם פתח צדי אחד דרך ציר כדי לאחסן את הסוללה, מקליט הווידאו ומערכת הטיימר עבור נוריות ה- LED (איור 2; איור משלים 1 ואיור משלים 2).</li>
	</ol>
</li>
	<li>תכננו אמצעי שדרכו ניתן להתאים את עוצמת ה-ALAN.<ol>
<li>קבל נגד (ערך מותנה במתח הסוללה ובתאורה) וחבר אותו בסדרה עם הנורית(ות).</li>
	</ol>
</li>
	<li>תכנן קופסאות "דמה" באותם ממדים כמו המארזים המאכלסים את הטיימר והסוללה לשימוש בהרגלת ציפורים למערכת (כלומר, כמו באיור 2A, אך ללא האלקטרוניקה הפנימית). הערה: סעיף 2 וסעיף 3 דנים בשיטות שלב אחר שלב המשמשות לחקר ההשפעות של ALAN על האורגניזם המוקדי.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63381/63381fig01.jpg"> איור 1: שתי מערכות המורכבות ממצלמות IR ותאורות LED המשמשות למניפולציה של ALAN בתוך תיבות קן. (A) מבט עליון על תיבת הקן עם לוחית המחזיקה את המערכת הישנה יותר במקומה. (B) מערכת ישנה יותר עם 1 נורית LED רחבת טווח למניפולציה של ALAN ומצלמה מרכזית עם 10 נורות LED IR (c) מערכת חדשה יותר עם 4 נוריות LED רחבות טווח ומצלמת IR מרכזית עם 4 נוריות IR. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63381/63381fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63381/63381fig02.jpg"> איור 2: הסוללה הביתית ויחידת הטיימר המשמשות למניפולציה של התנהגות ALAN והקלטת וידאו. (A) היחידה סגורה בתוך תיבת עץ המותקנת על גבי תיבת הקן. (ב) תצוגה של האלקטרוניקה בתוך היחידה. המחברים משתרעים מתוך תיבת הקן אל תוך מארז העץ כדי לחבר את האלקטרוניקה למצלמת IR ולנוריות LED רחבות טווח. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63381/63381fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.</a>
2. תכנון הניסוי והתאמת עוצמת ה-ALAN ותזמון
<ol><li>קבעו את עוצמת האור הרצויה שאליה ניתן לחשוף בעלי חיים.<ol>
<li>שקול היטב באיזו עוצמת אור ניסיונית להשתמש כדי להניב תוצאות משמעותיות העונות על שאלת המחקר. באופן כללי, משמעות הדבר תהיה בחירת עוצמת אור רלוונטית מבחינה אקולוגית, שבעלי חיים חופשיים צפויים להיתקל בה (ראו טבלה 1 להנחיה).</li>
	</ol>
</li>
	<li>התאם את נורות ה-LED לעוצמת האור הרצויה (לדוגמה, 1-3 lux, כפי שנעשה במחקרים קודמים; טבלה 1 וטבלה 2).<ol>
<li>לפני המיקום בשדה, הניחו את המערכת על תיבת קן שנלקחה למעבדה כדי לכייל את עוצמת האור. חבר את נוריות ה- LED למקור החשמל, כמתואר בהמשך (פרוטוקול סעיף 3).</li>
		<li>התאימו את האור הנפלט על ידי נוריות ה-LED לעוצמה הרצויה (lux) על ידי הצבת מד אור בגובה הציפור בתוך תיבת הקן (כ-8 ס"מ מלמטה) ובמקביל התאמת הנגד בסדרה עם נוריות ה-LED. הערה: ניתן להשיג עוצמות אור נמוכות מאוד (למשל, רמות זוהר שמיים כפריות; 0.01 לוקס).</li>
	</ol>
</li>
	<li>קבעו את מסגרת הזמן שבה ניתן לחשוף בעלי חיים ל-ALAN.<ol>
<li>קבעו את משך ועיתוי החשיפה לאורך הלילה. לדוגמה, ניתן לחשוף בעלי חיים ל-ALAN לאורך כל הלילה, רק בחלק מהלילה, או להשאיר תקופה של חושך באמצע הלילה כדי להפחית את מידת ההפרעה.</li>
		<li>במקרים שבעל חיים חייב להיכנס לתיבת הקן (או לאזור מסוים) כדי להיחשף ל-ALAN, שקול גם אם יש להדליק את האור לפני או אחרי אירוע הכניסה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הגדר את הטיימר לשליטה על תקופת החשיפה לאור במהלך הלילה.<ol>
<li>הגדר את הטיימר המחובר לנורות ה- LED בספקטרום הרחב כך שהאור יידלק ויכבה בתקופות מוגדרות (לדוגמה, מופעל לפחות 2 שעות לפני השקיעה; כבוי 2 שעות לאחר הזריחה). הערה: מצלמת ה-IR מאפשרת להקליט את התנהגות החיה בו-זמנית למשך החשיפה לאור והיא תהיה דולקת כל עוד היא מחוברת לסוללה טעונה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>קבע את התכנון הניסויי המתאים לשימוש עבור שאלות מחקר המטרה. הערה: עבור שאלות מסוימות, תכנון ניסויי חוזר של מדידות יהיה האפשרות החזקה ביותר (למשל, כיצד חשיפה ל-ALAN משפיעה על התנהגות השינה?). עבור אחרים, יהיה צורך בקבוצות בקרה וניסויים מזווגות (למשל, כיצד חשיפה ל-ALAN משפיעה על אובדן הטלומרים בפיתוח נטישים?).</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>רמת מקור/חשיפה</td>
			<td>עוצמה (לוקס)</td>
		</tr>
<tr>
<td>אור שמש מלא</td>
			<td>103000</td>
		</tr>
<tr>
<td>אור ירח מלא</td>
			<td>0.05–1</td>
		</tr>
<tr>
<td>זוהר שמיים אורבניים</td>
			<td>0.2–0.5</td>
		</tr>
<tr>
<td>חשיפה של ציפורים שחורות אירופאיות בעלות חיים חופשיים</td>
			<td>0.2 (0.07–2.2)</td>
		</tr>
<tr>
<td>מחקרים ניסיוניים קודמים באמצעות המערכת</td>
			<td>1–3</td>
		</tr>
<tr>
<td>פנסי רחוב LED</td>
			<td>~10</td>
		</tr>
<tr>
<td>פנסי רחוב נתרן בלחץ נמוך</td>
			<td>~10</td>
		</tr>
<tr>
<td>נתרן בלחץ גבוה</td>
			<td>~10</td>
		</tr>
<tr>
<td>תאורת פלורסנט</td>
			<td>300</td>
		</tr>
<tr>
<td>מתכת הליד</td>
			<td>400–2000</td>
		</tr>
</tbody></table>טבלה 1: עוצמות אור אופייניות בסביבה 3,9, רמות חשיפה של ציפורים חופשיות41, ועוצמות ששימשו במחקרים קודמים באמצעות מערכת זו (הפניות בטבלה 2).
3. יישום החשיפה ל-ALAN
<ol><li>הרגילו את החיות למערך הניסוי.<ol>
<li>במידת האפשר בהקשר של הניסוי, התרגלו בעלי חיים להגדרה על ידי הצבת תיבות דמה על גבי תיבות הקן לפחות יום אחד לפני הניסוי כדי למזער את ההשפעות של שנאת החידוש.</li>
	</ol></li>
	<li>סקר את האנשים המוקדים.<ol>
<li>התאימו לבעלי חיים באוכלוסיית המחקר תגי משדר אינטגרטיביים פסיביים (PIT) כדי לאפשר זיהוי בתוך תיבות הקן מבלי להפריע לציפורים.</li>
		<li>בניסויים הכוללים את ההשפעה של ALAN על התנהגות השינה, בקרו בתיבות הקן בלילה שלפני הניסוי וסרקו את התיבות עם קורא זיהוי תדר רדיו (RFID) כדי לקבוע אילו ציפורים מתרוצצות בפנים.</li>
		<li>בניסויים במהלך עונת הרבייה שכללו חשיפה של נקבות מתפתחות ל-ALAN, נטר בעקביות (למשל, כל יומיים) תיבות קינון, ובדוק אם יש את תכולת הקן ואת זהותם של הבוגרים. בחר בקפידה תיבות קן המכילות גזעים בעלי מאפיינים מסוימים (כלומר, גודל גזע מודאלי, הן ההורים נוכחים והן האכלה) לשימוש בניסוי.</li>
	</ol></li>
	<li>בחר ויישם את הניסוי.<ol><li>לניסויים המערבים התנהגות שינה, יישם תכנון אמצעים חוזר על ידי תיעוד ראשוני של אנשים שישנים בתנאי חושך במשך לילה אחד לפחות כדי לתעד שינה ללא הפרעה בהיעדר ALAN (טיפול בקרה) בעקבות שלבים 3.3.2-3.3.21.</li>
		<li>לשם כך, הקפידו לסנכרן את הזמן במצלמות ה-IR עם הזמן המקומי לפני שאתם לוקחים אותן לשטח.</li>
		<li>הכנס כרטיס SD לחריץ ה-SD במקליט ה-DVR הקטן הצמוד לסוללה (איור 2B; איור משלים 2). בדוק כדי לוודא שכרטיס ה- SD ריק, ואם לא, מחק את הנתונים שהוא מכיל.</li>
		<li>לפחות שעתיים לפני תחילת החושך, הסר את תיבת הדמה מעל תיבת הקן.</li>
		<li>פתח את מכסה תיבת הקן.</li>
		<li>מקם את הלוח המכיל את מצלמת ה- IR בתוך תיבת הקן כאשר מטרת המצלמה מכוונת כלפי מטה.</li>
		<li>הרחיבו את המחברים האלקטרוניים אל מחוץ לחורשה בתיבת הקן.</li>
		<li>סגור את מכסה תיבת הקן.</li>
		<li>הניחו את המארז המכיל את הסוללה, המקליט והטיימר על גבי תיבת הקן.</li>
		<li>חבר את מחברי החשמל של הסוללה. חבר את המחבר האדום מהמקליט למחבר הלבן מהמצלמה (שמע), את המחבר הצהוב מהמקליט למחבר הצהוב מהמצלמה (וידאו), ואת המחבר השחור מהסוללה למחבר האדום מהמצלמה (כוח) (איור משלים 1 ואיור משלים 2).</li>
		<li>לחץ על לחצן ההקלטה כדי להפעיל את הקלטת המצלמה. הערה: הטיימר לא יוגדר ו/או שהחשמל לא יחובר לטיימר השולט בנורות ה-LED כך שלא יופק ALAN בלילות בקרה.</li>
		<li>בדוק עם מסך tft קטן כדי לוודא שההקלטה החלה ושהתמונה נכונה. יציאה לחיבור מסך ה-tft ממוקמת מתחת למקליט (איור משלים 2).</li>
		<li>כשעה אחת לאחר רדת החשיכה, חזור לתיבת הקן ובדוק את זהות הציפור שישנה בתוכה על ידי הזזת קורא משדר RFID סביב החלק התחתון והצדדים של תיבת הקן ורישום מספר הזיהוי הייחודי המועבר מתג PIT.</li>
		<li>בבוקר שלאחר הקלטת הבקרה, לפחות שעתיים לאחר הזריחה, חזרו לתיבת הקן ואספו את מערכת הסוללות ואת מצלמת ה-IR.</li>
		<li>שוב, הניחו תיבת דמה על גבי תיבת הקן.</li>
		<li>במעבדה או במשרד, טען את הסוללה והסר והורד את כרטיס ה- SD מהמקליט כדי לאסוף את הנתונים ההתנהגותיים. הערה: לסוללות יש אורך חיים של כ-30 שעות בתנאי קור כדי לאפשר הקלטה למשך כל הלילה, אך יש לטעון אותן במלואן בין לילות רצופים של הקלטה.</li>
		<li>לאחר הורדה מוצלחת של הנתונים, מחק את הנתונים מכרטיס ה- SD ולאחר מכן הכנס אותם מחדש למקליט ה- DVR המיני.</li>
		<li>בלילה שלאחר מכן, ליישם את הטיפול בחשיפה לאור (למשל, 1-3 lux, כפי שנעשה בו שימוש בניסויים קודמים במערכת; טבלה 1 וטבלה 2).</li>
		<li>הגדר את מערכת הטיימר לפרק הזמן הרצוי של חשיפה לאור.</li>
		<li>בצע את אותם שלבים (3.3.2-3.3.17) שתוארו לעיל עבור הקלטת הבקרה, אך גם חבר את הטיימר לחשמל ואת נוריות ה- LED לטיימר (איור משלים 1 ואיור משלים 2).</li>
		<li>אם תרצה, חזור על הקלטת הבקרה (של התנהגות שינה בתנאי חושך, כלומר היעדר ALAN) בלילה השלישי.</li>
		<li>לניסויים הכוללים חשיפה של תנינים ל-ALAN, השתמשו ב-broods בקרה וניסויים כמתואר בשלבים 3.3.23-3.3.25.</li>
		<li>הניחו תיבות דמה (חסרות אלקטרוניקה) על גבי תיבות הקן של תניני הביקורת וטפלו הן בבקרה והן בניסויים בדרכים מקבילות.</li>
		<li>יישם את החשיפה הניסיונית של ALAN לתיבות ניסוי. במהלך תקופת הניסוי, הרכיבו את מערכת ה-LED ומצלמת ה-IR בתוך תיבת הקן, כמתואר לעיל, והגדירו את הטיימר לשליטה על התקופה הרצויה של חשיפת האור.</li>
		<li>טען מחדש את הסוללות. לניסויים הכוללים מספר לילות של חשיפה לאור והקלטת וידאו, אספו את המערכות בכל בוקר כדי לטעון את הסוללות במהלך היום ולאחר מכן החליפו את המערכת בערב.</li>
	</ol></li>
	<li>אסוף נתונים על משתני התגובה המעניינים.<ol>
<li>אם ההתנהגות בתוך תיבת הקן היא המשתנה המעניין, מצלמת ה-IR תאפשר תיעוד בו-זמני של התנהגות (לדוגמה, התנהגות שינה; איור 3).</li>
		<li>אסוף נתונים מעניינים אחרים באמצעות שיטות ניטור נוספות, כאשר הדגימה מתרחשת בנקודות זמן משתנות (למשל, דגימות דם שנלקחו לפני ואחרי חשיפה לאור15).</li>
	</ol></li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63381/63381fig03.jpg"> איור 3: תמונה אינפרה-אדומה של ציצי גדול בתוך תיבת קן החשופה ל-ALAN. (A) שינה ו-(B) התראה על ציצי נהדר <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63381/63381fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>

המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי עניינים.

מערכת מבוססת תיבת קן זו של נורות LED ומצלמת IR זוגית אפשרה לחוקרים להעריך מגוון שאלות מסקרנות בנוגע להשפעות הביולוגיות של ALAN. יתר על כן, ישנם כיווני מחקר רבים נוספים שניתן להמשיך בהם עם המערכת. בנוסף, הרחבת השימוש במערכת למינים אחרים עשויה לסייע בטיפוח הבנה של הבדלים בין-ספציפיים ברגישות ל-ALAN. להלן מוצגות כמה אפשרויות לא ממצות למחקר עתידי בתקווה שמאמר זה יסייע להניע מחקר בתחום חשוב זה. המסקנה חוזרת בקצרה על נקודות החוזק של גישה ניסיונית זו ומתייחסת למגבלות המערכת.
ניתן להשתמש במערכת זו כדי...

בעלי חיים התפתחו עם הדפוסים הטבעיים של אור וחושך המגדירים יום ולילה. לפיכך, מקצבים צירקדיים במערכות הורמונליות מתזמרים דפוסי מנוחה ופעילות ומאפשרים לבעלי חיים למקסם את הכושר 1,2,3. לדוגמה, השעון הביולוגי בהורמונים גלוקוקורטיקואידים, עם שיא עם תחילת הפעילות היומיומית, גורם לבעלי חוליות להתנהג כראוי לאורך התקופה של 24 שעות באמצעות השפעות על חילוף החומרים של הגלוקוז וההיענות לגורמי עקה סביבתיים4. באופן דומה, הורמון האצטרובל מלטונין, המשתחרר בתגובה לחושך, מעורב באופן אינטגרלי בדפוסים השולטים בתבניות של ריתמיות צירקדיאנית ויש לו גם תכונות נוגדות חמצון 5,6. הטמעה של היבטים רבים של השעון הביולוגי, כגון שחרור מלטונין, מושפעת מתפיסה פוטוטוגרפית של רמות האור בסביבה. לפיכך, להכנסת אור מלאכותי לסביבה כדי לתמוך בפעילות אנושית, בפנאי ובתשתיות יש פוטנציאל להיות בעל פוטנציאל להשפעות נרחבות על ההתנהגות, הפיזיולוגיה והכושר של בעלי חיים חופשיים 7,8. ואכן, השפעות מגוונות של חשיפה לאור מלאכותי בלילה (ALAN) תועדו 9,10, ו-ALAN הודגשה כעדיפות למחקר שינויגלובלי במאה ה-2110.
מדידת ההשפעות של ALAN על בעלי חיים חופשיים מציבה אתגרים לא טריוויאליים מכמה סיבות. ראשית, בעלי חיים ניידים הנעים בסביבה חווים כל הזמן רמות שונות של אור. אם כן, כיצד ניתן לכמת את רמת האור שבעלי חיים בודדים נחשפים אליה? גם אם ניתן לכמת את רמות האור בשטח החיה, בעל החיים עשוי להשתמש באסטרטגיות הימנעות המשפיעות על דפוסי החשיפה, ובכך לדרוש מעקב סימולטני אחר מיקום בעלי החיים ורמות האור. ואכן, ברוב מחקרי השדה, הממוצע והשונות ברמות החשיפה לאור אינן ידועות11. שנית, חשיפה ל-ALAN מתואמת לעתים קרובות עם חשיפה לגורמי הפרעה אנתרופוגניים אחרים, כגון זיהום רעש, חשיפה כימית ופגיעה בבתי גידול. לדוגמה, בעלי חיים התופסים בתי גידול בשולי הכבישים ייחשפו לאור מפנסי רחוב, לרעש מתנועת כלי רכב ולזיהום אוויר מפליטת כלי רכב. כיצד אם כן מבודדים ביעילות את ההשפעות של ALAN מההשפעות של משתנים מבלבלים? ניסויי שדה קפדניים המאפשרים מדידות טובות הן של רמות החשיפה לאור והן של משתני התגובה חיוניים להערכת חומרת ההשפעות הביולוגיות של ALAN, ולפיתוח אסטרטגיות הפחתה יעילות11.
מאמר זה מתאר גישה ניסיונית, שלמרות שאינה נטולת מגבלותיה (ראה סעיף דיון), מסייעת להרגיע, אם לא לבטל את הקשיים שצוינו לעיל. הגישה כוללת מניפולציה ניסיונית של רמות ALAN בתוך תיבות הקן של מין ציפורים יומיות שחי חופשיות, הציצי הגדול (Parus major), באמצעות מערכת של נורות דיודה פולטות אור (LED) ומצלמת אינפרא אדום (IR) המותקנת בתוך תיבות קן. ההתקנה מאפשרת רכישה סימולטנית של הקלטות וידאו, כולל אודיו, המאפשרת לחוקרים להעריך את ההשפעות על התנהגויות וקולות. ציצים גדולים משתמשים בתיבות קן לרבייה, וישנים בתיבות הקן בין נובמבר למרץ. הנקבות גם ישנות בתוך תיבות הקן בעונת הרבייהה-12. המערכת שימשה גם במידה פחותה כדי לחקור את ההשפעות של ALAN על ציצים כחולים (Cyanistes caeruleus). הקושי הראשון, הכרוך בידיעת רמות האור בהן נתקלת החיה, מתמתן בכך שבהינתן שאדם מוכן להיכנס לתיבת הקן (או שהוא כבר נמצא בתיבת הקן במקרה של תקיעות חסרות תנועה), רמות האור יכולות להיקבע במדויק על ידי החוקר. ניתן לשלוט בקושי השני, הכרוך בקורלציות למשתנים מבלבלים, על ידי שימוש בתיבות קן בסביבות דומות, ו/או מדידת רמות המשתנים המבלבלים ליד תיבות הקן. בנוסף, אצל ציפורים המקננות בחלל, אימוץ גישה ניסיונית הוא רב עוצמה מכיוון שתיבות קינון או חללים טבעיים יכולים להגן על יצורים ובוגרים מפני ALAN13, מה שעשוי להסביר מדוע מחקרים מתאמים מסוימים מוצאים השפעה מועטה של ALAN (או רעש אנתרופוגני)14, בעוד שמחקרים ניסיוניים מוצאים לעתים קרובות יותר השפעות ברורות (ראו להלן). יתר על כן, ניתן לאמץ תכנון ניסויי חוזר ונשנה שבו אנשים משמשים כשליטה משלהם, מה שמגדיל עוד יותר את העוצמה הסטטיסטית, ואת ההסתברות לגילוי השפעות ביולוגיות משמעותיות. הסעיפים שלהלן: (1) מסבירים את פרטי התכנון והיישום של המערכת, (2) מסכמים את התוצאות החשובות שנגזרו עד כה באמצעות המערכת, ו-(3) מציעים כיווני מחקר עתידיים שניתן יהיה להמשיך בהם, הן בציצים והן בבעלי חיים אחרים.

<table><tbody><tr><td>ספקטרום רחב; 15 מ"מ x 5 מ"מ; פנס LED</td><td>RANEX; גילז; הולנד</td><td>6000.217</td><td>ניתן להשתמש בדגם דומה גם</td></tr><tr><td>סוללה</td><td>BYD</td><td>R1210A-C</td><td>סוללת Fe 12 V 120 Wh (סוללת ליתיום ברזל פוספט)</td></tr> <tr><td>צבע</td><td></td><td></td> ירוק <td>כהה אופציונלי. כדי לצבוע קופסאות קן / מארזים אלקטרוניים</td></tr><tr><td>סרט</td><td></td><td></td> חשמלי <td>לאלקטרוניקה</td></tr><tr><td>מערכת טיימר תוצרת בית</td><td>אמזון</td><td>YP109A 12V</td><td>דגם דומה יכול לשמש גם</td></tr><tr><td>מצלמת אינפרא אדום</td><td>Koberts-Goods, Melsungen, DE</td><td>205-IR-L</td><td>מצלמת מיני; דגם דומה יכול לשמש גם</td></tr><tr><td>מד רמת אור</td><td>ISO-Tech ILM; קורבי; בריטניה</td><td>1335</td><td>לכיול עוצמת האור</td></tr><tr><td>מקליט וידאו מיני DVR</td><td>Pakatak, אסקס, בריטניה</td><td>MD-101</td><td>מקליט DVR מעקב מיני SD DVR לרכב עם 32 GB</td></tr><tr><td>משדר משולב פסיבי (PIT) תגיות</td><td>Eccel Technology Ltd, Aylesbury, UK</td><td>EM4102</td><td>125 Kh; מספק מזהה אלקטרוני ייחודי</td></tr><tr><td>זיהוי תדר רדיו (RFID) קורא</td><td>Trovan, Aalten, הולנד</td><td>GR-250</td><td>לסריקת תגי PIT וקביעת זהות ציפור</td></tr><tr><td>נגד</td><td>RS רכיבי</td><td></td> ערך <td>בהתאם למתח סוללה ותאורה</td></tr><tr><td>כרטיס SD</td><td>SanDisk</td><td></td><td>64 GB ומעלה</td></tr><tr><td>SongMeter</td><td>Wildlife Acoustics; מיינארד, MA</td><td></td><td>אופציונלי. מספק אמצעי לניטור קולות מחוץ לקופסאות קן</td></tr><tr><td>TFT Color LED צג בדיקה נייד</td><td>Walmart</td><td></td><td>מאפשר אימות שהמצלמה פועלת והקלטת התמונה בצורה נכונה</td></tr><tr><td>עץ</td><td></td><td></td><td>לבניית תיבות קן / מכלולים אלקטרוניים</td></tr></tbody></table>

גישה ניסיונית לחקר ההשפעות של אור מלאכותי בלילה על בעלי חיים חופשיים: יישום, תוצאות וכיוונים למחקר עתידי

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

בעלי חיים התפתחו עם דפוסים טבעיים של אור וחושך. עם זאת, אור מלאכותי מוחדר יותר ויותר לסביבה מתשתיות אנושיות ומפעילות פנאי. לאור מלאכותי בלילה (ALAN) יש פוטנציאל להיות בעל פוטנציאל להשפעות נרחבות על התנהגות בעלי חיים, פיזיולוגיה וכושר, מה שיכול להיות מתורגם להשפעות בקנה מידה רחב יותר על אוכלוסיות וקהילות. הבנת ההשפעות של ALAN על בעלי חיים חופשיים אינה טריוויאלית בשל אתגרים כגון מדידת רמות האור שבהן נתקלים אורגניזמים ניידים והפרדת ההשפעות של ALAN מאלו של גורמי הפרעה אנתרופוגניים אחרים. כאן אנו מתארים גישה המאפשרת לנו לבודד את ההשפעות של חשיפה לאור מלאכותי על בעלי חיים בודדים על ידי מניפולציה ניסיונית של רמות האור בתוך תיבות הקן. לשם כך, ניתן להשתמש במערכת המורכבת מנורות דיודה פולטות אור (LED) המודבקות לצלחת ומחוברות לסוללה ולמערכת טיימר. ההתקנה מאפשרת חשיפה של פרטים בתוך תיבות קן לעוצמות ומשכי זמן שונים של ALAN ובמקביל להשיג הקלטות וידאו, הכוללות גם שמע. המערכת שימשה במחקרים על ציצים גדולים חופשיים (Parus major) וציצים כחולים (Cyanistes caeruleus) כדי לקבל תובנה כיצד ALAN משפיע על דפוסי שינה ופעילות במבוגרים ופיזיולוגיה ודינמיקה של טלומרים בפיתוח נסטלטורים. המערכת, או ההסתגלות שלה, יכולה לשמש כדי לענות על שאלות מחקר מסקרנות רבות אחרות, כגון כיצד ALAN מתקשר עם גורמי הפרעה אחרים ומשפיע על האיזון הביו-אנרגטי. יתר על כן, מערכות דומות יכולות להיות מותקנות בתיבות הקן, הקנים או המחילות של מגוון מינים או בקרבתן כדי לתפעל רמות של ALAN, להעריך תגובות ביולוגיות ולפעול לבניית נקודת מבט בין-ספציפית. במיוחד בשילוב עם גישות מתקדמות אחרות לניטור ההתנהגות והתנועה של בעלי חיים חופשיים, גישה זו מבטיחה להניב תרומות מתמשכות להבנתנו את ההשלכות הביולוגיות של ALAN.

מאמרי המחקר שעברו ביקורת עמיתים שפורסמו באמצעות מערכת זו מסוכמים בטבלה 2. מספר כתבי יד נוספים נמצאים בתהליך. מחקרים אלה עוסקים בשלוש חבילות עיקריות של שאלות מחקר. ראשית, המערכת שימשה לחקר ההשפעות של חשיפה לאור על התנהגות השינה ורמות הפעילות במבוגרים. לשם כך נעשה שימוש בתכנון ניסיוני של מדידות חוזרות ונשנות, שבהן אותו אדם תועד לראשונה ישן בתנאים טבעיים ולאחר מכן תועד ישן בתיבת קן מוארת. כל הפרטים ששימשו במחקרים אלה הותקנו בתגי PIT, מה שאפשר לחוקרים לוודא שאותו אדם ישן בתיבת הקן בין הלילות הבאים באמצעות קו...

לאור מלאכותי בלילה (ALAN) יש השפעות ביולוגיות רחבות היקף. מאמר זה מתאר מערכת למניפולציה של ALAN בתוך תיבות קן תוך ניטור התנהגות, המורכבת מנורות LED המוצמדות לסוללה, טיימר ומצלמת וידאו אינפרא אדום התומכת בשמע. חוקרים יכולים להשתמש במערכת זו כדי לחקור שאלות בולטות רבות בנוגע להשפעות של ALAN על אורגניזמים.

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

השיטה שלנו למניפולציה של אור מלאכותי בלילה, או ALAN, בתוך תיבות קינון, היא רבת עוצמה לקביעת ההשפעות של ALAN על ההתנהגות, הפיזיולוגיה והכושר של בעלי חיים. טכניקה זו מסייעת להתגבר על האתגרים הטמונים בחקר האופן שבו ALAN משפיע על בעלי חיים חופשיים, מכיוון שחוקרים יכולים לחשוף בעלי חיים לאור בלילה באופן מבוקר. ניתן להשתמש במערכת זו בכל מיני עופות או יונקים המשתמשים בחללים לרבייה או למנוחה, ויש לה גם פוטנציאל לשינוי לשימוש בהקשרים אחרים.התחילו בהרגלת בעלי החיים למערך הניסוי על ידי הנחת תיבת דמה על החלק העליון של תיבת הקן לפחות יום אחד לפני הניסוי, כדי למזער את ההשפעות של סלידה מחידושים. כדי לסקור את הפרטים המוקדיים, התאימו את בעלי החיים באוכלוסיית המחקר עם משדר אינטגרטיבי פסיבי או תג PIT, כדי לאפשר זיהוי בתוך תיבת הקן, מבלי להפריע לציפורים. בניסויים המערבים את ההשפעה של אור מלאכותי בלילה או ALAN על התנהגות השינה, בקר בתיבות הקן בלילה שלפני הניסוי, וסרוק את התיבות עם חיווי תדר רדיו או קורא RFID, כדי לקבוע אילו ציפורים מסתובבות בפנים.כדי להקליט שינה ללא הפרעה בהיעדר ALAN, יישם תכנון אמצעים חוזרים ונשנים על ידי הקלטת שינה בתנאי חושך ללילה אחד, ולאחר מכן בנוכחות ALAN, ללילה אחד. במשך שני הלילות, לפני שאתם לוקחים את מצלמת האינפרא-אדום או ה-IR לשטח, סנכרנו את הזמן עם השעה המקומית. לאחר מכן, הכנס כרטיס MDSD לחריץ ה- SD למקליט ה- DVR המיני הצמוד לסוללה.לפחות שעתיים לפני תחילת החושך, הסירו את תיבת הדמה מהחלק העליון של תיבת הקן ופתחו את מכסה תיבת הקן כדי למקם את הצלחת המכילה את מצלמת ה-IR בתוכה, כאשר מטרת המצלמה מכוונת כלפי מטה. לאחר מכן הרחיבו את המחברים האלקטרוניים אל מחוץ לחריץ בתיבת הקן. לאחר סגירת מכסה תיבת הקן, הניחו את המארז המכיל את הסוללה, המקליט והטיימר, על גבי תיבת הקן.לאחר מכן חבר את המחבר האדום מהמקליט למחבר הלבן מהמצלמה, את המחבר הצהוב מהמקליט למחבר הצהוב מהמצלמה, ואת המחבר השחור מהסוללה למחבר האדום מהמצלמה. ולליל ALAN, נוריות ה- LED לטיימר, והטיימר למקור הכוח. לאחר החיבור, לשים את החוטים בתוך המארזים המאכלסים את המערכת.כאשר ההקלטה מתחילה, בדוק עם מסך TFT קטן כדי לוודא את התמונה הנכונה ולאחר מכן לחץ על הקלט. שעה לאחר רדת החשיכה, חזור לתיבת הקן כדי לבדוק את זהות הציפורים שישנות בתוכה, על-ידי הזזת קורא משדר RFID סביב החלק התחתון והצידיים של תיבת הקן, ורישום מספר הזיהוי הייחודי המועבר מתג PIT. בבוקר שלאחר הקלטת הבקרה, שעתיים לאחר הזריחה, אספו את מערכת הסוללות מתיבת הקן לפני שתחזירו את תיבת הדמה על גבי תיבת הקן.במעבדה, טען את הסוללה והסר והורד את כרטיס ה- SD מהמקליט כדי לאסוף את הנתונים ההתנהגותיים. לאחר הורדה מוצלחת של הנתונים, מחק את הנתונים מכרטיס ה- SD, ולאחר מכן הוספת הכרטיס למקליט ה- DVR המיני. בלילה שלאחר מכן, יישם את הטיפול בחשיפה לאור על ידי הגדרת מערכת הטיימר לזמן החשיפה הרצוי לאור, ובקרת הקלטה כמתואר קודם לכן, כאשר הטיימר מחובר לחשמל ונורות ה- LED מחוברות לטיימר.לניסויים הכוללים מספר לילות של חשיפה לאור והקלטת וידאו, אספו את המערכות בכל בוקר כדי לטעון את הסוללות במהלך היום, ולאחר מכן החליפו את המערכת בערב. מאוחר יותר, לאסוף נתונים על משתני התגובה של עניין. המחקר תיעד את ההשפעות הדרמטיות של חשיפה ל-ALAN על התנהגות השינה.הציפורים שנחשפו ל-ALAN בעוצמה נמוכה יחסית של 1.6 לוקס, התעוררו חצי שעה מוקדם יותר, עזבו את תיבת הקן 20 דקות קודם לכן, וישנו 40 דקות פחות מציפורי הבקרה. כאן אנו מתמקדים בשימוש במערכת כדי להעריך את ההשפעות על השינה, אך ניתן להשתמש במערכת גם כדי לבחון את ההשפעות על התפתחות השכינה בעונת הרבייה. כדי להעריך את ההשפעות הפיזיולוגיות של חשיפה ל-ALAN, ניתן ללכוד בעלי חיים, לקבל דגימות דם ומדידות מורפומטריות גם כן בשלב זה.מערכת מבוססת תיבת קן זו אפשרה לחוקרים להעריך מגוון של שאלות מסקרנות לגבי השפעות ביולוגיות של ALAN, שלא ניתן היה להעריך בעבר, כגון השפעות על השינה.

an-experimental-approach-to-investigating-effects-artificial-light-at

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

מאמר זה יסקור שיטות שניתן להשתמש בהם כדי לקבוע פונקציה היממה ואת ההיענות אור בעכברים.

התגובות מדידת אור היממה ואת חריפה בעכברים באמצעות פעילות גלגל ריצה

כאן אנו מתארים מבחן העדפת אור בחושך לזחל דרוזופילה. assay זה מספק מידע על רגולציה מולדת ויממה של photobehavior חישה ועיבוד אור.

Assay העדפות אור לחקר Photobehavior מוסדר מולדת ויממה ב<em&gt; דרוזופילה</em&gt; זחלים

פרוטוקולי נזק קלים מרובים כבר תאר לקולטני אור וכתוצאה מכך לנזק לגרום תגובת התחדשות רשתית בדג זברה מבוגר. פרוטוקול זה מתאר שיטה משופרת, שניתן להשתמש בבעלי החיים פיגמנט ושפוגע ברוב המכריע של מוט וקולטני אור חרוט על פני כל הרשתית.

פרדיגמה נזק קלה לשימוש ברומן רשתית מחקרי התחדשות בדג הזברה למבוגר

פרוטוקול לבנות של המאייר חודר לרקמות להעברת האור מעל בנפחים גדולים בקוטר מינימלי מוצג.

נפח גדול, תאורה בהתנהגותו רלוונטיות עבור Optogenetics אנושיות פרימטים

מאמר זה מתאר הליך לשימוש ופריסה של תפוסה ולוגר נתונים קל המאפשר איסוף נתונים אודות התנהגות מיתוג המשתתפים בהגדרות שדה.

מדידת התנהגות החלפת אור באמצעות תפוסה ולוגר מידע קל

עם מניפולציה אופטוגנטית של אוכלוסיות עצביות ספציפיות או אזורים במוח, התנהגות ניתן לשנות עם רזולוציה זמנית ומרחבית גבוהה בבעלי חיים נעים בחופשיות. באמצעות כלים אופטוגנטיים שונים בשילוב עם סיבים אופטיים מושתלים כרונית, ניתן לבצע מגוון של אפנון עצבי ובדיקות התנהגותיות.

מניפולציה אופטוגנטית של פעילות עצבית לווסת את ההתנהגות בעכברים נעים בחופשיות

מכרסמים אינם מסוגלים לדווח על תסמיני מיגרנה. כאן, אנו מתארים פרדיגמת בדיקה הניתנת לניהול (בדיקות שדה בהירות/כהות ופתוחות) למדידת סלידה קלה, אחד הסימפטומים הנפוצים והמטרידים ביותר בחולים עם מיגרנות.

חקירת התנהגות דמוית מיגרנה באמצעות סלידה קלה בעכברים

כדי לחקור את ההשפעות של אור מלאכותי בלילה (ALAN) על חרקים מעופפים ליליים, יש להגביל את הדגימה לשעות הלילה. הפרוטוקול מתאר מלכודת יירוט טיסה אוטומטית בעלות נמוכה המאפשרת לחוקרים לדגום בתקופות המוגדרות על ידי המשתמש עם שכפול מוגבר.

מלכודת יירוט טיסה אוטומטית בעלות נמוכה עבור תת-דגימה זמנית של חרקים מעופפים הנמשכים לאור מלאכותי בלילה

ההתפתחויות האחרונות בחקר הכאב מדגישות את הפוטנציאל של פוטונוירומודולציה באמצעות דיודות פולטות אור ירוק (GLED) כטיפול לא תרופתי. GLED מווסת את מסלולי הכאב, ומציע הקלה יעילה בכאב. מאמר זה נועד לתקנן ולחדד את פרוטוקולי החשיפה ל-GLED, לשפר את העקביות במחקרים ולקדם את היישום הקליני של טיפול זה.

אופטימיזציה של טכניקות פוטו-נוירומודולציה כדי להעריך את תפקידן של דיודות פולטות אור ירוק בניהול כאב

מחקר זה מציג אסטרטגיות מבוססות כימוגנטי ואור סגול כדי לאפשר הזזת פאזה צירקדית אמינה ביום.

השראת שינויי פאזה צירקדיים ביום באמצעות גישות כימוגנטיות וספקטרליות

חקור את השפעות האור המלאכותי בלילה על התנהגות בעלי חיים חופשיים באמצעות תיבות קן מצוידות במצלמות אינפרה-אדום ותגי PIT. השיטה מאפשרת מעקב אחר שינויי שינה ופיזיולוגיה בציפורים וביונקים.

גישה ניסיונית לחקר ההשפעות של אור מלאכותי בלילה על בעלי חיים חופשיים: יישום, תוצאות וכיוונים למחקר עתידי

גלה סרטונים נוספים