Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
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Protocol
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
- 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). - 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.
- 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).
- 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).
- Entwerfen Sie ein Mittel, um das System an eine Stromquelle (Batterie) und einen Timer anzuschließen.
- 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.
- 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).
- Entwerfen Sie ein Mittel, mit dem die ALAN-Intensität angepasst werden kann.
- Besorgen Sie sich einen Widerstand (Wert abhängig von Batteriespannung und Beleuchtung) und verbinden Sie ihn in Reihe mit den LED(s).
- 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.
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. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
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. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
2. Planung des Experiments und Anpassung der ALAN-Intensität und des Timings
- Bestimmen Sie die gewünschte Lichtintensität, der Tiere ausgesetzt werden sollen.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bestimmen Sie den Zeitrahmen, in dem Tiere ALAN ausgesetzt werden sollen.
- 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.
- 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.
- Stellen Sie den Timer ein, um die Zeit der Lichteinwirkung während der Nacht zu steuern.
- 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.
- 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).
- 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?).
| Quelle/Expositionsniveau | Intensität (Lux) |
| Volle Sonneneinstrahlung | 103000 |
| Vollmondlicht | 0.05–1 |
| Urban Sky leuchtet | 0.2–0.5 |
| Exposition frei lebender europäischer Amseln | 0.2 (0.07–2.2) |
| Frühere experimentelle Studien mit dem System | 1–3 |
| LED-Straßenlaternen | ~10 |
| Natrium-Straßenlaternen mit niedrigem Druck | ~10 |
| Hochdruck-Natrium | ~10 |
| Fluoreszierende Beleuchtung | 300 |
| Metallhalogenid | 400–2000 |
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
- Gewöhnen Sie die Tiere an den Versuchsaufbau.
- 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.
- Befragen Sie die Fokuspersonen.
- 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.
- 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.
- 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.
- Wählen Sie das Experiment aus und implementieren Sie es.
- 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.
- Stellen Sie zu diesem Zweck sicher, dass Sie die Zeit auf den IR-Kameras mit der Ortszeit synchronisieren, bevor Sie sie ins Feld bringen.
- 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.
- Entfernen Sie mindestens 2 Stunden vor Beginn der Dunkelheit den Dummy-Kasten von der Oberseite des Nistkastens.
- Öffnen Sie den Nistkastendeckel.
- Legen Sie die Platte mit der IR-Kamera in den Nistkasten, wobei das Kameraobjektiv nach unten ausgerichtet ist.
- Verlängern Sie die elektronischen Steckverbinder aus dem Hain im Nistkasten.
- Schließen Sie den Deckel des Nistkastens.
- Platzieren Sie das Gehäuse mit der Batterie, dem Rekorder und dem Timer auf dem Nistkasten.
- 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).
- 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. - 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).
- 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.
- 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.
- Platzieren Sie erneut eine Dummy-Box auf dem Nistkasten.
- 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. - 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.
- 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).
- Stellen Sie das Timersystem auf den gewünschten Zeitraum der Lichteinwirkung ein.
- 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).
- Falls gewünscht, wiederholen Sie die Kontrollaufzeichnung (des Schlafverhaltens unter Dunkelheitsbedingungen, d. H. Abwesenheit von ALAN) in der dritten Nacht.
- 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.
- Platzieren Sie Dummyboxen (ohne Elektronik) auf den Nistkästen der Kontrollbrut und behandeln Sie sowohl Kontroll- als auch Versuchsnestlinge auf gleichwertige Weise.
- 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.
- 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.
- Sammeln Sie Daten zu den Antwortvariablen von Interesse.
- 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).
- 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).
Abbildung 3: Infrarotbild einer Kohlmeise in einem Nistkasten, der ALAN ausgesetzt ist. (A) Schlafen und (B) Heißmeise Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Representative Results
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 natürlichen Bedingungen und anschließend das Schlafen in einem beleuchteten Nistkasten aufgezeichnet wurde. Alle in diesen Studien verwendeten Individuen wurden mit PIT-Tags ausgestattet, so dass die Forscher überprüfen konnten, ob dieselbe Person zwischen den folgenden Nächten mit einem tragbaren Transponder-Lesegerät im Nistkasten schläft, ohne die Vögel zu stören.
Dramatische Auswirkungen der ALAN-Exposition auf das Schlafverhalten wurden dokumentiert. Zum Beispiel traten Kohlmeisen ALAN mit einer Intensität von 1,6 Lux aus, einer relativ geringen Intensität, die wahrscheinlich von freilaufenden Tieren erlebt wird, eine halbe Stunde früher, verließen den Nistkasten 20 Minuten früher und schliefen 40 Minuten weniger als die Kontrollvögel (Abbildung 4) 16. Interessanterweise können die Auswirkungen von ALAN auf den Schlaf von anderen Variablen wie Lichtintensität und Jahreszeit abhängen. Im Einklang mit dieser Hypothese waren die Auswirkungen von ALAN auf das Schlafverhalten weiblicher Kohlmeisen während der Nestlingszeit viel größer als im Winter, wobei der Effekt auf den Schlafverlust mehr als doppelt so groß und der Effekt auf die Aufwachzeit mehr als viermal so groß war17. Auf der anderen Seite gab es wenig Unterschied in der Wirkung der Lichtexposition bei einer Intensität von 1,6 gegenüber 3 Lux, was darauf hindeutet, dass selbst ALAN mit niedriger Intensität schädliche Auswirkungen haben kann12. Das System wurde auch verwendet, um eine Schlaferholung nach einer Schlafstörung durch ALAN zu dokumentieren, bei der Personen auf ALAN-induzierten Schlafentzug reagierten, indem sie in der folgenden Nacht mehrschliefen 17. Darüber hinaus wurden signifikante individuelle Unterschiede in dem Ausmaß beobachtet, in dem der Schlaf durch ALAN gestört wird, was für die Vorhersage von Populationsreaktionen und den Spielraum für die Selektion17 wichtig sein könnte, obwohl die Wirkung von ALAN auf den Schlaf durch den explorativen Persönlichkeitstyp18 nicht verändert wurde. Erhebliche Auswirkungen von ALAN auf den Schlaf haben wahrscheinlich kaskadierende Auswirkungen auf das Wachverhalten, die Physiologie und die Fitness. Die bisherigen Studien waren jedoch relativ kurz. Die Untersuchung umfassenderer Auswirkungen und längerfristiger Auswirkungen ist entscheidend für die Aufklärung der Auswirkungen von ALAN auf freilaufende Tiere und ein wichtiger Bereich für die weitere Forschung (siehe unten).
Abbildung 4: Effektstärken und 95% Konfidenzintervalle vergleichen das Schlafverhalten von Kohlmeisen in einer ersten ungestörten Nacht und in einer zweiten Nacht. In der zweiten Nacht wurden die Vögel entweder wieder ungestört gelassen (Kontrolle; obere Platte) oder wurden 1,6 Lux ALAN (Licht; untere Platte) ausgesetzt. Die Effektgrößen werden in Minuten angegeben, mit Ausnahme der "Zeit am Eingang", die in Sekunden angegeben wird. Siehe Details in Raap et al. (2015) 16. Diese Figur wurde mit Genehmigung von Raap et al.16 angepasst. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Zweitens wurde das System verwendet, um zu untersuchen, wie sich die Exposition gegenüber ALAN auf sich entwickelnde Nestlinge auswirkt, wobei eine Reihe von physiologischen Reaktionsvariablen verwendet wurden (Tabelle 2). Diese Experimente haben Nestlinge während eines Teils der Nestlingsphase, die von 2-7 Tagen reicht, abhängig von den Zielen der Studie, ALAN ausgesetzt. Zu den dokumentierten Auswirkungen der Lichtexposition auf Nestlinge gehören Auswirkungen auf die Körpermasse oder den Zustand19, die Corticosteronspiegelder Feder 20, die Haptoglobinkonzentrationen 21 und die Oxalatspiegel22. Diese Forschung legt jedoch auch nahe, dass einige Parameter, wie die Telomerabbaurate und der oxidative Stress15,19, von der Exposition gegenüber ALAN nicht beeinflusst werden können (Tabelle 2). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studien darauf hindeuten, dass die Exposition gegenüber ALAN im frühen Leben den Entwicklungsverlauf verändern und möglicherweise dauerhafte Auswirkungen im Erwachsenenalter haben kann, aber mehr Forschung ist erforderlich, um festzustellen, inwieweit die Eigenschaften von sich entwickelnden Organismen empfindlich oder widerstandsfähig gegenüber Lichtexposition sind.
Drittens wurde das System verwendet, um die Auswirkungen auf die Fitness zu bewerten, einschließlich des Fortpflanzungserfolgs und der Überlebensraten. Bisher gibt es keine stichhaltigen Beweise für solche Effekte. Allerdings, und was wichtig ist, ist diese Arbeit noch sehr im Gange, da die effektive Bewertung von Fitnesseffekten eine längerfristige Überwachung von lichtexponierten Personen erfordert.
Schließlich wurden Arbeiten durchgeführt, in denen die Auswirkungen der Exposition gegenüber ALAN auf das Schlafverhalten von Kohlmeisen und Blaumeisen verglichen wurden. ALAN hatte im Vergleich zu Kohlmeisen viel geringere Auswirkungen auf das Schlafverhalten von Blaumeisen, was die Aufmerksamkeit auf das Potenzial für interspezifische Unterschiede in der Lichtempfindlichkeit auch zwischen eng verwandten Arten lenkt (Tabelle 2)23 . Bemerkenswerterweise haben auch andere Forschungsgruppen in letzter Zeit damit begonnen, diesen Ansatz der Manipulation der Lichtverhältnisse in Nistkästen zu übernehmen, was die Stärke der Methodik und das Potenzial für ihre breitere Anwendung veranschaulicht24,25.
| Spezies | Lebensphase | Verwendete ALAN-Intensität (Lux) | Antwortvariablen | Wirkung von ALAN | Referenz | |||
| Kohlmeise (Parus major) | Kuschelnd | 1 | Federcorticosteron (fCORT), Körperkondition, Telomerlänge, Fluchterfolg, Rekrutierung | (+) fCORT | 19 Grunst et al. 2020. Umweltverschmutzung. 259:113895. doi: 10.1016/j.envpol.2019.113895 | |||
| (-) Körperzustand | ||||||||
| (0) Andere Antwortvariablen | ||||||||
| Kohlmeise | Kuschelnd | 1 | Telomerlänge, Körperkondition, Fluchterfolg, Stickoxid | (-) Körperzustand | 14 Grunst et al. 2019. Sci Tot Environ. 662:266-275. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.12.469 | |||
| (0) Telomerlänge, andere Antwortvariablen | ||||||||
| Kohlmeise | Erwachsene | 1.6, 3 | Schlafpersönlichkeit (exploratives Verhalten) abhängige Reaktion? | (-) Schlafverhalten | 17 Raap et al. 2018. Umweltverschmutzung. 243:1317-1324. doi: 10.1016/j.envpol.2018.09.037 | |||
| Nicht durch Persönlichkeit verändert | ||||||||
| Kohlmeise | Kuschelnd | 3 | Oxalat & ob die Reaktion durch das Geschlecht modifiziert wurde | (+) Oxalat, Männchen | 21 Raap et al. 2018. Conserv Physiol. 6: coy005. doi: 10.1093/conphys/coy005 | |||
| (0) Oxalat, Weibchen | ||||||||
| Kohlmeise | Kuschelnd | 1.6, 3 | Schlafverhalten & ob Reaktion je nach Jahreszeit oder Lichtintensität verändert | (-) Schlafverhalten | 11 Raap et al. 2017. Behav Proc. 144:13-19 doi: 10.1016/j.beproc.2017.08.011 | |||
| Geringe Wirkung der Saison Schlafbeginn verzögert sich nur durch hohe Intensität ALAN | ||||||||
| Kohlmeise/Blaumeise (Cyanistes caeruleus) | Erwachsene | 3 | Schlafverhalten | Weniger (-) Wirkung auf den Schlaf bei Blaumeisen | 22 Sun et al. 2017. Umweltverschmutzung. 231:882-889. doi: 10.1016/j.envpol.2017.08.098 | |||
| Kohlmeise | Erwachsene | 1.6 | Schlafverhalten von Frauen | (-) Schlafverhalten Schlaferholung nach ALAN-Exposition | 16 Raap et al. 2016. Umweltverschmutzung. 215:125-134. doi: 10.1016/j.envpol.2016.04.100 | |||
| Mehr (-) Effekt in der Nestlingszeit | ||||||||
| Kohlmeise | Kuschelnd | 3 | Veränderung der Körpermasse, oxidativer Blutstatus, Wachstumserfolg | (-) Körpermasse | 18 Raap et al. 2016. Sci Rep. 6:35626 doi: 10,1038/srep35626 | |||
| (0) Oxidativer Status, Fluchterfolg | ||||||||
| Kohlmeise | Kuschelnd | 3 | Haptoglobin (Hp), Stickstoffmonoxid (NO) | (+) PS | 20 Raap et al. 2016. Umweltverschmutzung. 218:909-914. doi: 10.1016/j.envpol.2016.08.024 | |||
| (-) NEIN | ||||||||
| Kohlmeise | Erwachsene | 1.6 | Schlafverhalten | (-) Schlafverhalten | 15 Raap et al. 2015. Sci Rep. 5:13557 doi: 10.1038/srep13557 | |||
| Hinweis: 0 = keine Auswirkung von ALAN auf die Antwortvariable. Die Nummern, die mit den Referenzeinträgen fortfahren, beziehen sich auf die Reihenfolge in der Referenzliste. | ||||||||
Tabelle 2: Zusammenfassung der veröffentlichten Studien auf der Grundlage der Exposition gegenüber ALAN unter Verwendung des experimentellen Systems. Hinweis: 0 = keine Auswirkung von ALAN auf die Antwortvariable.
Ergänzende Abbildung 1: Die Platte mit der Infrarotkamera (IR) und Leuchtdiodenleuchten (LED), die zusätzlich die Kabel zeigt, die das System mit der Stromquelle verbinden. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 2: Eine interne Ansicht der Kammer, die die Batterie, den Rekorder und das selbstgebaute Zeitsystem enthält, und zeigt zusätzlich Kabel, die verschiedene Teile des Systems verbinden. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
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Discussion
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 werden einige nicht erschöpfende Möglichkeiten für zukünftige Forschung vorgestellt, in der Hoffnung, dass dieses Papier dazu beitragen wird, die Forschung in diesem wichtigen Bereich zu motivieren. Die Schlussfolgerung wiederholt kurz die Stärken dieses experimentellen Ansatzes und geht auf die Grenzen des Systems ein.
Dieses System könnte eingesetzt werden, um viele offene Fragen darüber zu beantworten, wie sich ALAN auf freilaufende Tiere oder Tiere in Halbgefangenschaft auswirkt. Erstens umfassten die bisherigen Studien relativ kurze Zeiträume der ALAN-Exposition und eine kurzfristige Überwachung der biologischen Wirkungen. Folglich ist wenig über die längerfristigen Auswirkungen einer kurzfristigen ALAN-Exposition bekannt oder darüber, was passieren würde, wenn Vögel ALAN für viele Tage, viele Wochen oder für ihre gesamte Lebensdauer ausgesetzt wären (siehe26 für eine kürzlich erschienene Arbeit, die die Bedeutung einer langfristigen Exposition gegenüber ALAN bei Grillen, Gryllus bimaculatus, zeigt). Hat beispielsweise eine kurzfristige ALAN-Exposition langfristige Auswirkungen auf den Gesundheitszustand und die biologischen Alterungsraten? Führt eine langfristige ALAN-Exposition zu physiologischem Stress und beschleunigter Seneszenz, und sind die Wirkungen ähnlich oder unterscheiden sie sich von denen der kurzfristigen ALAN-Exposition? Dieses System könnte verwendet werden, um diese Fragen anzugehen. Tatsächlich verwenden viele Kohlmeisen und Blaumeisen (und auch andere Arten) über ihre gesamte Lebensspanne hinweg denselben Nistkasten.
Zweitens besteht die Notwendigkeit, interaktive Effekte von ALAN mit anderen anthropogenen Störfaktoren (z. B. unter Annahme einer Multi-Stressor-Perspektive wie in27) und differentielle Effekte von ALAN mit unterschiedlichen Eigenschaften zu untersuchen. Dieses System könnte in Kombination mit anderen experimentellen Manipulationen oder in Kombination mit natürlichen Variationen der anthropogenen Störungsniveaus verwendet werden, um zu untersuchen, wie verschiedene anthropogene Störfaktoren (z. B. Licht, Lärm, chemische Verschmutzung) interagieren könnten, um eine Reihe von Antwortvariablen zu beeinflussen. Zum Beispiel könnten Nestlinge gleichzeitig ALAN- und anthropogenem Lärm ausgesetzt werden, um zu testen, ob diese beiden Störfaktoren additive oder synergistische Wirkungen auf den Corticosteronspiegel oder die Telomerverkürzung haben. Das System könnte auch modifiziert werden, um die Auswirkungen von ALAN mit unterschiedlichen Eigenschaften zu untersuchen, indem die Eigenschaften der verwendeten LEDs angepasst werden. Zum Beispiel wäre es interessant, das System zu verwenden, um zu untersuchen, wie ALAN verschiedener Wellenlängen (z. B. rote versus blaue Wellenlängen) das Schlafverhalten oder die Nestlingsentwicklung beeinflussen. Es wurde die Hypothese aufgestellt und experimentell unterstützt, dass verschiedene Wellenlängen des Lichts biologische Reaktionen hervorrufen können, die sich in der Intensität28,29 unterscheiden. In einer kürzlich durchgeführten Studie beeinflusste beispielsweise Weiß- und Grünlicht das Inkubationsverhalten von Kohlmeisenunterschiedlich 29.
Drittens könnte dieses System verwendet werden, um die Auswirkungen von ALAN auf Antwortvariablen zu untersuchen, die bisher wenig erforscht wurden, einschließlich Bioenergetik, kognitive Prozesse, soziale Dynamik und elterliche Fürsorge (aber siehe30 für Auswirkungen auf die Bioenergetik). Um die Auswirkungen auf die Bioenergetik zu untersuchen, könnte die ALAN-Exposition mit der Respirometrie zur Messung des Ruhe- oder Grundumsatzes (RMR, BMR)31, dem doppelt markierten Wasseransatz zur Messung der Feldstoffwechselrate (FMR; auch bekannt als täglicher Energieverbrauch)30,32 oder der Beschleunigungsmessung zur Messung von Aktivitätsmustern und Energieverbrauchkombiniert werden 33 . Die Auswirkungen von ALAN auf die Bioenergetik können nicht triviale Auswirkungen auf die Fitness haben, da vorgeschlagen wurde, dass die Stoffwechselrate und der Energieverbrauch den Variationen der Lebensgeschichte und dem Tempo des Lebenszugrunde liegen 34. Um die Auswirkungen von ALAN auf kognitive Merkmale zu untersuchen, könnten die Forscher entweder feldbasierte kognitive Tests nach der ALAN-Exposition verwenden oder Erwachsene nach der Exposition erfassen und kognitive Tests im Labor durchführen. Das System wurde entwickelt, um die Forschung an freilaufenden Vögeln zu ermöglichen, und das Entfernen von Vögeln in Gefangenschaft führt zu eigenen Komplikationen. Daher sind kognitive Tests an Wildvögeln besonders attraktiv, wenn auch herausfordernd. Zum Beispiel untersuchten neuere Arbeiten die Problemlösungsfähigkeit an Nistkästen mit einer modifizierten Nistkastenfalle35. Grüblerische Frauen, die ALAN ausgesetzt waren, konnten mit diesem kognitiven Test vorgestellt werden. Eine andere Möglichkeit wäre die Verwendung von "intelligenten Feedern" zur Bewertung des räumlichen Gedächtnisses oder des assoziativen Lernens, um zu untersuchen, ob die Exposition schlafender Erwachsener gegenüber ALAN diese kognitiven Merkmalebeeinflusst 36. Um die Auswirkungen von ALAN auf soziale Interaktionen und elterliche Fürsorge zu untersuchen, könnten die Forscher das LED-System mit anderen Technologien koppeln, von denen einige bereits häufig in Studien mit dem Setup eingesetzt wurden. So ermöglichen beispielsweise PIT-Tag-Systeme an Nistkästen die Erfassung von Ein- und Ausgängen von erwachsenen Vögeln, die mit PIT-Tags versehen sind37. Daher könnten die Forscher während der Brutzeit untersuchen, ob die Exposition von brütenden Weibchen und Nestlingen gegenüber ALAN die Bereitstellungsraten der Nestlinge verändert oder das Gleichgewicht der elterlichen Bemühungen zwischen den Geschlechtern beeinflusst. Darüber hinaus wurden verschiedene Radiotelemetrieplattformen miniaturisiert, um den Einsatz bei Kleintieren zu erleichtern, und könnten verwendet werden, um zu beurteilen, ob die Exposition schlafender Erwachsener gegenüber ALAN die Interaktionen mit Artgenossenverändert 38.
Ein ähnliches System wie das hier beschriebene könnte verwendet werden, um die Auswirkungen von ALAN auf alle Vogelarten zu untersuchen, die Nistkästen für die Zucht verwenden. Dazu gehören mehrere gut untersuchte Singvögel, wie Baumschwalben (Tachycineta bicolor), westliche und östliche Blauvögel (Sialia mexicana und Sialia sialis), Kichererbsen (Poecile sp.), Zaunkönige (Troglodytes aedon), Europäischer Rattenfänger (Ficedula hypoleuca) und Halsband (Ficedula albicollis) und Haussperlinge (Passer domesticus). Europäische Stare (Sturnus vulgaris) sind ebenfalls eine besonders geeignete Art, da sie in Gefangenschaft und in freier Wildbahn untersucht werden können und groß genug sind, um das Schlafverhalten mit elektroenzephalografischen Technikenzu untersuchen 39. Greifvögel wie Schleiereulen (Tyto alba) und Turmfalken (Falco sparverius) nutzen ebenfalls Nistkästen und könnten als Studienobjekte dienen. Die Auswirkungen von ALAN auf die Nestlingsentwicklung konnten bei diesen Arten leicht beurteilt werden. Das Ausmaß, in dem die Auswirkungen von ALAN auf das Schlafverhalten untersucht werden könnten, hängt davon ab, ob Erwachsene während der Brut- oder Nichtbrutzeit in Nistkästen schlafen, aber es gibt wahrscheinlich erheblichen Spielraum für Investitionen in die Auswirkungen von ALAN auf den Schlaf bei Weibchen während der Inkubationsphase.
Das System könnte auch für den Einsatz bei anderen Arten als Nistkastennistvögeln angepasst werden. Neben Vögeln nisten oder schlafen auch eine Reihe von Säugetierarten in Nistkästen. So könnte das System übernommen werden, um die Auswirkungen von ALAN auf diese Arten zu untersuchen. Zum Beispiel werden mehrere Lemurenarten Kästen besetzen, und künstliche Nistkästen werden bereits eingesetzt, um ihr Brutverhaltenzu untersuchen 40. Darüber hinaus hat das System, obwohl es eine Herausforderung darstellt, das Potenzial, von innovativen Wissenschaftlern übernommen zu werden, um die Auswirkungen von ALAN auf Nistvögel mit offenem Becher und Vogel- oder Säugetierarten zu untersuchen, die in Gletscherspalten oder Höhlen nisten oder schlafen. Für Open-Cup-Brutvögel würde dies bedeuten, ein Mittel zu schaffen, über das LED-Leuchten und IR-Kameras über dem Nest montiert werden könnten. Angesichts der Notwendigkeit, das LED-System und die Kamera über den Nestern zu sichern, wäre ein solches System wahrscheinlich am einfachsten für Arten zu implementieren, die auf oder in der Nähe des Bodens nisten. Für grabende oder spaltennistende Arten müsste der Forscher das LED-System und die Kamera in den Hohlräumen unterbringen. Zum Beispiel könnte es für einige Arten, die in felsigen Gletscherspalten nisten, möglich sein, Gestein zu entfernen, um Raum zu schaffen, in dem das Lichtsystem und die Kamera gesichert werden können.
Wie bereits erwähnt, besteht die Hauptstärke dieser Methodik zur Manipulation von ALA-Spiegeln in Nistkästen in der Fähigkeit, Studienteilnehmer über bestimmte Zeiträume während der Nacht vorbestimmten Lichtpegeln auszusetzen. Die Fähigkeit, die Lichtexposition und -dauer genau zu kontrollieren, ermöglicht es dem Forscher, viele der Einschränkungen zu überwinden, die nicht-experimentellen Studien in Bezug auf die biologischen Auswirkungen von ALAN innewohnen. Die Methodik hat jedoch auch Einschränkungen, insbesondere dadurch, dass Tiere nur dann Licht ausgesetzt werden können, wenn sie sich ausruhen, schlafen oder sich um Junge im Nistkasten kümmern. Direkte Auswirkungen von ALAN auf Verhaltensweisen, die außerhalb des Nistkastens auftreten, wie Singen und Nahrungssuche, können nicht untersucht werden (obwohl indirekte Auswirkungen der Exposition gegenüber ALAN innerhalb des Nistkastens auf diese Verhaltensweisen untersucht werden könnten). Um solche direkten Auswirkungen von ALAN außerhalb des Nistkastens zu untersuchen, müssen die Forscher größere experimentelle Netzwerke künstlicher Beleuchtung oder nicht-experimentelle Ansätze einsetzen.
Darüber hinaus ist ein Hauptkritikpunkt an dem Ansatz der Manipulation der Lichtverhältnisse in Nistkästen, dass Nistkästen oder natürliche Hohlräume normalerweise Individuen vor externen Quellen anthropogener ALAN schützen würden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nicht alle Kohlmeisen Nistkästen oder Hohlräume zum Schlafen zur Verfügung haben, da sie eine begrenzte Ressource sind. Daher ist es möglich, wenn nicht sogar wahrscheinlich, dass erwachsene Vögel in städtischen Gebieten den niedrigen ALAN-Konzentrationen (1-3 Lux) ausgesetzt sind, die in früheren Studien mit diesem System verwendet wurden (Tabelle 2). Nistkästen in unserer Population sind bei der Nistkastenöffnung13 zwischen 0,01 und 6,4 Lux ausgesetzt, was darauf hindeutet, dass Vögel, die außerhalb der Nistkästen schlafen, Lichtverhältnissen ausgesetzt sein könnten, die mit denen vergleichbar sind, die bei den Manipulationen verwendet wurden. In der Tat, obwohl bei einer anderen Art, verwendeten Dominoni et al.2013 41 Lichtlogger, um die ALAN-Spiegel von freilaufenden europäischen Amseln (Turdus merula) zu messen, und fanden heraus, dass Stadtvögel signifikant höhere ALAN-Spiegel aufwiesen als ländliche Vögel, obwohl die Expositionswerte sehr unterschiedlich waren (0,7-2,2 Lux)41 . Darüber hinaus zeigten sie in einem Experiment mit diesen niedrigen ALAN-Werten (0,3 Lux) einen signifikanten Effekt dieser sehr niedrigen ALAN-Spiegel auf den Zeitpunkt der Fortpflanzung und der Häutung41. Auf der anderen Seite fanden de Jong et al. 201642 heraus, dass männliche Kohlmeisen, die auf künstlich beleuchteten Transekten in einem Waldgebiet brüten, keine höheren ALAN-Werte aufwiesen als Kontrollvögel, was auf ein Vermeidungsverhalten hindeutet. Dennoch stellen sie fest, dass eine solche Umgehung in städtischen Gebieten mit allgegenwärtiger Lichteinwirkung schwieriger zu bewerkstelligensein könnte 42. Wenn also Experimente mit ökologisch relevanten ALAN-Werten richtig konzipiert werden, hat der Ansatz der Manipulation der Lichtverhältnisse in Nistkästen das Potenzial, ökologisch relevante Ergebnisse zu erzielen. Vorzugsweise beinhaltet dies zunächst die Messung der ALAN-Exposition von freilaufenden Vögeln in der/den Zielstudienpopulation(en) oder einer städtischen Population derselben Art.
In Bezug auf die Relevanz, Nestlinge ALAN in Nistkästen auszusetzen, ist es wahr, dass die verwendeten ALAN-Spiegel viel höher sind als diejenigen, die normalerweise in Hohlräumen auftreten würden (in der untersuchten Population beträgt das Lichtniveau tagsüber ~ 0,08 Lux am Boden des Nistkastens und nachts zwischen 0 und 0,01 Lux). Vielmehr dienen höhlennistende Arten wie Kohlmeisen und Blaumeisen als bequeme Modellarten für Effekte, die bei offenen Nistarten auftreten können, deren Nestlinge stärker exponiert sind 14,18,20,24. Mehr Forschung ist jetzt dringend erforderlich, um die ALAN-Niveaus zu dokumentieren, die von den Nestlingen von offenen Bechernistarten erlebt werden. Basierend auf solchen Forschungen hat dieses System das Potenzial, angepasst zu werden, um ALA-Spiegel an offenen Bechernestern zu manipulieren, wie oben vorgeschlagen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Ansatz, Lichtverhältnisse in Nistkästen zu manipulieren, sowohl seine Stärken als auch seine Schwächen hat. Bei richtiger Anwendung leistet der Ansatz jedoch einen soliden Beitrag zu den vielfältigen experimentellen und korrelationalen Ansätzen, die erforderlich sind, um ein kohärentes Verständnis der biologischen Auswirkungen von ALAN aufzubauen.
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Disclosures
Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Broad spectrum; 15 mm x 5 mm; LED headlight | RANEX; Gilze; Nederlands | 6000.217 | A similar model could also be used |
| Battery | BYD | R1210A-C | Fe-battery 12 V 120 Wh ( lithium iron phosphate battery) |
| Dark green paint | Optional. To color nest boxes/electronic enclosures | ||
| Electrical tape | For electronics | ||
| Homemade timer system | Amazon | YP109A 12V | A similar model could also be used |
| Infrared camera | Koberts-Goods, Melsungen, DE | 205-IR-L | Mini camera; a similar model could also be used |
| Light level meter | ISO-Tech ILM; Corby; UK | 1335 | To calibrate light intensity |
| Mini DVR video recorder | Pakatak, Essex, UK | MD-101 | Surveillance DVR Recorder Mini SD Car DVR with 32 GB |
| Passive integrated transponder (PIT) tags | Eccel Technology Ltd, Aylesbury, UK | EM4102 | 125 Kh; Provides unique electronic ID |
| Radio frequency identification (RFID) Reader | Trovan, Aalten, Netherlands | GR-250 | To scan PIT tags and determine bird identity |
| Resistor | RS Components | Value depending on voltage battery and illumination | |
| SD card | SanDisk | 64 GB or larger | |
| SongMeter | Wildlife Acoustics; Maynard, MA | Optional. Provides a means of monitoring vocalizations outside of nest boxes | |
| TFT Color LED Portable Test Monitor | Walmart | Allows verification that the camera is on and recording the image correctly | |
| Wood | To construct nest boxes/electronic encolsures |
References
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