夜間の人工光(ALAN)は、広範囲に及ぶ生物学的効果を有する。この記事では、バッテリー、タイマー、およびオーディオ対応赤外線ビデオカメラに結合されたLEDライトで構成される、動作を監視しながらネストボックス内のALANを操作するシステムについて説明します。 研究者は、このシステムを使用して、ALANが生物に及ぼす影響に関する多くの未解決の疑問を探求することができます。
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この記事について
サマリー
要約
動物は光と闇の自然なパターンで進化してきました。しかし、人工光は、人間のインフラやレクリエーション活動から環境にますます導入されています。夜間の人工光(ALAN)は、動物の行動、生理学、フィットネスに広範な影響を与える可能性があり、人口やコミュニティに広範な影響を与える可能性があります。放し飼いの動物に対するALANの影響を理解することは、移動生物が遭遇する光のレベルを測定し、ALANの影響を他の人為的外乱要因の影響から分離するなどの課題のために、自明ではありません。ここでは、巣箱内の光レベルを実験的に操作することによって、個々の動物に対する人工光曝露の影響を分離できるアプローチについて説明します。この目的のために、発光ダイオード(LED)ライトをプレートに接着し、バッテリおよびタイマーシステムに接続するシステムを用いることができる。このセットアップにより、巣箱内の個人をALANのさまざまな強度と持続時間にさらしながら、同時にオーディオを含むビデオ録画を取得できます。このシステムは、放し飼いのオオシジュウカラ(Parus major)と青いシジュウカラ(Cyanistes caeruleus)に関する研究で使用され、ALANが成人の睡眠と活動パターン、および雛の発達における生理学とテロメアダイナミクスにどのように影響するかについての洞察を得ています。このシステムまたはその適応は、ALANが他の外乱因子とどのように相互作用し、生体エネルギーバランスに影響を与えるかなど、他の多くの興味深い研究上の質問に答えるために使用することができる。さらに、同様のシステムを様々な種の巣箱、巣箱、巣穴の中または近くに設置して、ALANのレベルを操作し、生物学的反応を評価し、種間視点の構築に取り組むことができる。特に、自由生活動物の行動と動きを監視するための他の高度なアプローチと組み合わせると、このアプローチはALANの生物学的影響の理解に継続的な貢献をもたらすことを約束します。
概要
動物は、昼と夜を定義する光と闇の自然なパターンで進化してきました。したがって、ホルモン系の概日リズムは、休息と活動パターンを調整し、動物がフィットネスを最大化することを可能にします1,2,3。例えば、グルココルチコイドホルモンの概日リズムは、日常活動の開始時にピークを有し、脊椎動物がグルコース代謝および環境ストレッサーに対する応答性に及ぼす影響を介して、24時間にわたって適切に行動するようにプライミングする4。同様に、暗闇に応答して放出される松果体ホルモンのメラトニンは、概日リズミシティの支配パターンに一体的に関与し、抗酸化特性も有する5,6。メラトニン放出などの概日リズミシティの多くの側面の巻き込みは、環境中の光のレベルを光受容することによって影響を受ける。したがって、人間の活動、レクリエーション、およびインフラストラクチャをサポートするために環境に人工光を導入することは、放し飼いの動物の行動、生理学および適応度に広範な影響を与える可能性を秘めている7,8。実際、夜....
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プロトコル
動物実験へのこのシステムのすべての適用は、アントワープ大学の倫理委員会によって承認され、ベルギーとフランドルの法律に従って実施されました。方法論は、行動研究における動物の使用に関するASAB / ABSガイドラインに準拠しています。ベルギー王立自然科学研究所(Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen;KBIN)は、すべての研究者および職員にライセンスを提供しました。
1. 実験システムの構築
- ALAN の作成に使用する広域スペクトル LED を入手します。LEDヘッドライトからLEDライトを取り出します。拡散照明を強化するには、単一のLEDライトまたは複数の(例:4つの)広域スペクトルLEDライトを使用します(図1)。
注:修正として、異なるスペクトル特性(例えば、赤対青)を有するLEDを使用することもできるが、異なるソースから入手しなければならない(このシステムを用いた過去の研究で使用されたLEDのスペクトル特性については、Grunst et al.2019 15 の補足材料を参照)。 - 動作監視を可能にするために、赤外線カメラとともにLEDを取り付けるシステムを設計します。研究者は、さまざまな方法でこの目的を達成することが....
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結果
このシステムを使用して公開された査読付き研究論文を 表2にまとめた。他にもいくつかの写本が進行中です。これらの研究は、研究課題の3つの主要なスイートに対処しています。第一に、このシステムは、成人の睡眠行動および活動レベルに対する光曝露の影響を研究するために使用されている。この目的のために、同じ個体が最初に自然条件下での睡眠を記録し、続いて照明付きの巣箱で睡眠を記録する反復測定実験計画が採用された。これらの研究で使用されたすべての個体にPITタグが取り付けられており、研究者は鳥を邪魔することなくハンドヘルドトランスポンダリーダーを使用して、同じ個体がその後の夜の間に巣箱で眠っていることを確認することができました。
睡眠行動に対するALAN曝露の劇的な影響が文書化されている。例えば、放し飼いの動物が経験する可能性が高い比較的低い強度である1.6ルクスの強度でALANにさらされた大きなおっぱいは、30分早く目を覚まし、20分早く巣箱を出て、対照の鳥よりも40分短く眠りました(図4)
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ディスカッション
LEDライトとペアのIRカメラのこのネストボックスベースのシステムにより、研究者はALANの生物学的効果に関するさまざまな興味深い質問を評価することができました。さらに、このシステムで追求できる研究の方向性は他にもたくさんあります。さらに、このシステムの使用を他の種に拡大することは、ALANに対する感受性の種間差の理解を促進するのに役立つ可能性がある。以下に、この論文がこの重要な分野の研究の動機付けに役立つことを期待して、将来の研究のためのいくつかの網羅的ではない可能性を提示します。この結論は、この実験的アプローチの強みを簡単に繰り返し、システムの限界に対処しています。
このシステムは、ALANが放し飼いの動物や半飼育下の動物にどのように影響するかに関する多くの未解決の質問に答えるために使用することができます。第一に、これまでの研究は、比較的短期間のALAN曝露と生物学的影響の短期モニタリングを含んでいた。したがって、短期間のALAN曝露の長期的な影響、または鳥が何日も、何週間も、または全寿命にわたってALANに曝露された場合に何が起こるかについては、ほとんど知られていない(クリケ.......
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開示事項
著者らは、利益相反はないと宣言している。
謝辞
ALANの鳥類に対する生物学的影響に関する私たちの研究プログラムは、FWOフランダース(M.E.およびR.P.、プロジェクトID:G.0A36.15N)、アントワープ大学、欧州委員会(M.L.G、Marie Skłodowska-CurieフェローシップID:799667)から資金提供を受けています。我々は、アントワープ大学の行動生態学及び生態生理学研究グループのメンバー、特にピーター・シェイズ及びトーマス・ラープの知的及び技術的支援を認める。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ブロードスペクトラム、15 mm x 5 mm;LEDヘッドライト | RANEX;ギルゼ;Nederlands | 6000.217 | モデルも使用できます |
| バッテリーBYD | R1210A-C | Feバッテリー12 V 120 Wh(リン酸鉄リチウムバッテリー) | |
| ダークグリーンペイント | オプション。巣箱/電子エンクロージャーを着色するには | ||
| 電気テープ | 電子機器用 | ||
| 自家製タイマーシステム | アマゾン | YP109A 12V | 同様のモデルも使用できます |
| 赤外線カメラ | Koberts-Goods, Melsungen, DE | 205-IR-L | ミニカメラ; 同様のモデルも使用できます |
| 光レベルメーター | ISO-Tech ILM;コービー;UK | 1335 | 光強度を校正するには |
| ミニ DVR ビデオ レコーダー | パカタック、エセックス、英国 | MD-101 | 監視 DVR レコーダー ミニ SD カー DVR 32 GB |
| パッシブ統合トランスポンダー (PIT) タグ | Eccel Technology Ltd, Aylesbury, UK | EM4102 | 125 Kh;独自の電子IDを提供 |
| 無線周波数識別(RFID)リーダー | トロバン、アールテン、オランダ | GR-250 | PITタグをスキャンし、鳥の識別を決定するには |
| 抵抗器 | RSコンポーネント | 電圧、バッテリー、照明に応じた値 | |
| SDカード | SanDisk | 64 GB以上 | |
| SongMeter Wildlife | Acoustics;マサチューセッツ州 | オプション。巣箱の外で発声を監視する手段を提供します | |
| TFTカラーLEDポータブルテストモニター | ウォルマート | カメラがオンになっていて、画像を正しく記録していることを確認できます | |
| 木 | 巣箱/電子エンコルシュアを構築するには |
参考文献
- Gwinner, E., Brandstätter, R. Complex bird clocks. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. 356 (1415), 1801-1810 (2001).
- Dominoni, D., Helm, B., Lehmann, M., Dowse, H. B., Partecke, J. Clocks for the city: circadian diff....
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再版と許可
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