Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

Geceleri Yapay Işığın Serbest Dolaşan Hayvanlar Üzerindeki Etkilerini Araştırmaya Deneysel Bir Yaklaşım: Gelecekteki Araştırmalar için Uygulama, Sonuçlar ve Yönler

Published: February 2, 2022 doi: 10.3791/63381
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1, 1
1Department of Biology, Behavioural Ecology and Ecophysiology Group, University of Antwerp, 2Faculty of Social Sciences, Antwerp School of Education, University of Antwerp

Summary

Geceleri yapay ışık (ALAN) geniş kapsamlı biyolojik etkilere sahiptir. Bu makalede, bir pile, zamanlayıcıya ve ses özellikli kızılötesi video kameraya bağlı LED ışıklarından oluşan davranışı izlerken yuva kutularının içindeki ALAN'ı manipüle etmek için bir sistem açıklanmaktadır. Araştırmacılar bu sistemi, ALAN'ın organizmalar üzerindeki etkileriyle ilgili birçok olağanüstü soruyu araştırmak için kullanabilirler.

Abstract

Hayvanlar, doğal ışık ve karanlık kalıplarıyla evrimleşmiştir. Bununla birlikte, yapay ışık, insan altyapısından ve rekreasyonel faaliyetlerden çevreye giderek daha fazla tanıtılmaktadır. Geceleri yapay ışık (ALAN), hayvan davranışı, fizyolojisi ve zindeliği üzerinde yaygın etkilere sahip olma potansiyeline sahiptir ve bu da popülasyonlar ve topluluklar üzerinde daha geniş çaplı etkilere dönüşebilir. ALAN'ın serbest dolaşan hayvanlar üzerindeki etkilerini anlamak, hareketli organizmaların karşılaştığı ışık seviyelerini ölçmek ve ALAN'ın etkilerini diğer antropojenik rahatsızlık faktörlerinden ayırmak gibi zorluklar nedeniyle önemsiz değildir. Burada, yuva kutularının içindeki ışık seviyelerini deneysel olarak manipüle ederek yapay ışığa maruz kalmanın bireysel hayvanlar üzerindeki etkilerini izole etmemizi sağlayan bir yaklaşımı açıklıyoruz. Bu amaçla, bir plakaya yapıştırılmış ve bir batarya ve zamanlayıcı sistemine bağlanmış ışık yayan diyot (LED) ışıklarından oluşan bir sistem kullanılabilir. Kurulum, yuva kutularının içindeki bireylerin ALAN'ın değişen yoğunluklarına ve sürelerine maruz kalmasına izin verirken, aynı zamanda ses de içeren video kayıtları elde edilmesini sağlar. Sistem, ALAN'ın yetişkinlerde uyku ve aktivite düzenlerini ve gelişmekte olan yavrularda fizyoloji ve telomer dinamiklerini nasıl etkilediği hakkında fikir edinmek için serbest aralıklı büyük memeler (Parus major) ve mavi memeler (Cyanistes caeruleus) üzerine yapılan çalışmalarda kullanılmıştır. Sistem veya bunun bir uyarlaması, ALAN'ın diğer rahatsızlık faktörleriyle nasıl etkileşime girdiği ve biyoenerjetik dengeyi nasıl etkilediği gibi diğer birçok ilginç araştırma sorusunu cevaplamak için kullanılabilir. Ayrıca, benzer sistemler, ALAN seviyelerini manipüle etmek, biyolojik tepkileri değerlendirmek ve interspesifik bir bakış açısı oluşturmaya yönelik çalışmak için çeşitli türlerin yuva kutularına, yuvalarına veya yuvalarına veya yakınlarına kurulabilir. Özellikle serbest yaşayan hayvanların davranışlarını ve hareketlerini izlemek için diğer gelişmiş yaklaşımlarla birleştirildiğinde, bu yaklaşım ALAN'ın biyolojik etkilerini anlamamıza sürekli katkılar sağlamayı vaat etmektedir.

Introduction

Hayvanlar, geceyi ve gündüzü tanımlayan doğal ışık ve karanlık kalıplarıyla evrimleşmiştir. Böylece, hormonal sistemlerdeki sirkadiyen ritimler dinlenme ve aktivite kalıplarını düzenler ve hayvanların zindeliği en üst düzeye çıkarmasına izin verir 1,2,3. Örneğin, glukokortikoid hormonlardaki sirkadiyen ritim, günlük aktivitenin başlangıcında bir zirve ile, omurgalıları glikoz metabolizması üzerindeki etkiler ve çevresel stresörlere yanıt verme yoluyla 24 saatlik süre boyunca uygun şekilde davranmaya hazırlar4. Benzer şekilde, karanlığa yanıt olarak salınan epifiz hormonu melatonin, sirkadiyen ritmisitenin yönetim modellerinde ayrılmaz bir şekilde rol oynar ve ayrıca antioksidan özelliklere sahiptir 5,6. Melatonin salınımı gibi sirkadiyen ritmisitenin birçok yönünün sürüklenmesi, ortamdaki ışık seviyelerinin foto-alımından etkilenir. Bu nedenle, insan aktivitesini, rekreasyonunu ve altyapısını desteklemek için çevreye yapay ışığın sokulması, serbest dolaşan hayvanların davranışı, fizyolojisi ve uygunluğu üzerinde geniş kapsamlı etkilere sahip olma potansiyeline sahiptir 7,8. Gerçekten de, geceleri yapay ışığa maruz kalmanın çeşitli etkileri (ALAN) 9,10 olarak belgelenmiştir ve ALAN, 21. yüzyılda küresel değişim araştırması için bir öncelik olarak vurgulanmıştır10.

ALAN'ın serbest dolaşan hayvanlar üzerindeki etkilerini ölçmek, çeşitli nedenlerden dolayı önemsiz olmayan zorluklar ortaya çıkarmaktadır. İlk olarak, çevrede hareket eden hareketli hayvanlar sürekli olarak farklı ışık seviyeleri yaşarlar. Bu nedenle, bireysel hayvanların maruz kaldığı ışık seviyesi nasıl ölçülür? Hayvanın topraklarındaki ışık seviyeleri ölçülebilse bile, hayvan, maruz kalma kalıplarını etkileyen kaçınma stratejileri kullanabilir, böylece hayvan konumunun ve ışık seviyelerinin eşzamanlı olarak izlenmesini talep edebilir. Gerçekten de, çoğu saha çalışmasında, ışığa maruz kalma seviyelerindeki ortalama ve varyasyon bilinmemektedir11. İkincisi, ALAN'a maruz kalma genellikle gürültü kirliliği, kimyasal maruziyet ve habitat bozulması gibi diğer antropojenik rahatsızlık faktörlerine maruz kalma ile ilişkilidir. Örneğin, karayollarının kenarları boyunca habitatları işgal eden hayvanlar, sokak lambalarından gelen ışığa, araç trafiğinden gelen gürültüye ve araç emisyonlarından kaynaklanan hava kirliliğine maruz kalacaktır. Öyleyse, ALAN'ın etkilerini kafa karıştırıcı değişkenlerin etkilerinden nasıl etkili bir şekilde izole edebiliriz? Hem ışığa maruz kalma seviyelerinin hem de yanıt değişkenlerinin iyi ölçülmesini sağlayan titiz saha deneyleri, ALAN'ın biyolojik etkilerinin ciddiyetini değerlendirmek ve etkili azaltma stratejileri geliştirmek için gereklidir11.

Bu makalede, sınırlamaları olmasa da (tartışma bölümüne bakınız), yukarıda belirtilen zorlukları ortadan kaldırmasa da yatıştırıcıya yardımcı olan deneysel bir yaklaşım açıklanmaktadır. Yaklaşım, serbest yaşayan, günlük bir kuş türünün, büyük baştankara (Parus major) yuva kutularının içindeki ALAN seviyelerini, ışık yayan diyot (LED) ışıklarından oluşan bir sistem ve yuva kutularına yerleştirilmiş bir kızılötesi (IR) kamera kullanarak deneysel olarak manipüle etmeyi gerektirir. Kurulum, araştırmacıların davranışlar ve seslendirmeler üzerindeki etkilerini değerlendirmelerine olanak tanıyan ses de dahil olmak üzere video kayıtlarının eşzamanlı olarak alınmasını sağlar. Büyük memeler üreme için yuva kutularını kullanır ve Kasım ve Mart ayları arasında yuva kutularında uyur. Dişiler ayrıca üreme mevsimi 12 boyunca yuva kutularının içindeuyurlar. Sistem ayrıca ALAN'ın mavi memeler (Cyanistes caeruleus) üzerindeki etkilerini incelemek için daha az ölçüde kullanılmıştır. Hayvanın karşılaştığı ışık seviyelerini bilmeyi içeren ilk zorluk, bir bireyin yuva kutusuna girmeye istekli olduğu (veya hareketsiz yavrular durumunda yuva kutusunda zaten bulunduğu) göz önüne alındığında, ışık seviyelerinin araştırmacı tarafından kesin olarak belirlenebileceği göz önüne alındığında hafifletilir. Kafa karıştırıcı değişkenlerle korelasyonları içeren ikinci zorluk, benzer ortamlarda yuva kutuları kullanılarak ve / veya yuva kutularının yakınındaki karıştırıcı değişkenlerin seviyelerini ölçerek kontrol edilebilir. Ek olarak, boşluk yuvalayan kuşlarda, deneysel bir yaklaşım benimsemek güçlüdür, çünkü yuva kutuları veya doğal boşluklar yavruları ve yetişkinleri ALAN13'ten koruyabilir, bu da bazı korelasyon çalışmalarının neden ALAN'ın (veya antropojenik gürültünün) çok az etkisini bulduğunu açıklayabilir14, oysa deneysel çalışmalar daha sık net etkiler bulmaktadır (aşağıya bakınız). Dahası, bireylerin kendi kontrolleri olarak hizmet ettiği, istatistiksel gücü ve anlamlı biyolojik etkileri tespit etme olasılığını daha da artıran tekrarlanan bir ölçü deneysel tasarımı benimsenebilir. Aşağıdaki bölümler: (1) sistemin tasarım ve uygulamasının ayrıntılarını açıklar, (2) sistem kullanılarak şimdiye kadar elde edilen önemli sonuçları özetler ve (3) hem göğüslerde hem de diğer hayvanlarda izlenebilecek gelecekteki araştırma yönlerini önerir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bu sistemin hayvan deneylerine tüm uygulamaları Anvers Üniversitesi etik komitesi tarafından onaylanmış ve Belçika ve Flaman yasalarına uygun olarak yürütülmüştür. Metodoloji, davranışsal araştırmalarda hayvanların kullanımı için ASAB / ABS kılavuzlarına bağlı kalmıştır. Belçika Kraliyet Doğa Bilimleri Enstitüsü (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) tüm araştırmacılar ve personel için lisans sağladı.

1. Deney sisteminin oluşturulması

  1. ALAN oluşturmada kullanmak üzere geniş spektrumlu LED'ler edinin. LED fardan LED ışık(lar)ı alın. Daha dağınık aydınlatma için tek bir LED ışığı veya birden fazla (örneğin, 4) geniş spektrumlu LED ışığı kullanın (Şekil 1).
    NOT: Bir modifikasyon olarak, farklı spektral özelliklere sahip LED'ler (örneğin, kırmızıya karşı mavi) kullanılabilir, ancak farklı bir kaynaktan elde edilmesi gerekir (bu sistemi kullanan geçmiş çalışmalarda kullanılan LED'lerin spektral özellikleri için Grunst et al.2019 15'in Ek materyaline bakınız).
  2. Davranışsal izlemeye izin vermek için LED'leri bir IR kamera ile birlikte monte etmek için bir sistem tasarlayın. Araştırmacılar bu sonu çeşitli şekillerde başarabilirler.
    1. Seçenek 1. Tek bir geniş spektrumlu LED'i, yuva kutusuna sığan plastik veya metal bir plaka üzerine yapıştırıcı ile monte edilmiş bir IR kameraya bitişik plastik bir tüpe ayrı ayrı yuva kutusuna yerleştirin (Şekil 1A, B).
    2. Seçenek 2. Bir kızılötesi kamerayı plastik veya metal bir plaka üzerinde merkezi bir konuma monte edin ve ardından LED ışıklarını IR kamerayı çevreleyen plaka üzerinde sabit konumlara monte edin (Şekil 1C).
  3. Sistemi bir güç kaynağına (pil) ve zamanlayıcıya bağlamak için bir araç tasarlayın.
    1. Yuva kutusunun yan tarafında, sistemi bir Fe-bataryaya (12 V; 120 Wh) ve ev yapımı zamanlayıcıya (12 V) bağlamak için tel konektörlerin uzanabileceği koruluklar yapmak için bir bıçak veya matkap kullanın.
    2. Yuva kutusuyla renklenme, uzunluk ve genişlik bakımından eşleşen koyu yeşil ahşap bir muhafaza tasarlayın (örneğin, geçmiş çalışmalarda kullanılan yuva kutuları boyutlara sahipti: 120 mm x 155 mm x 250 mm ) ve pili barındırmak için bir menteşe aracılığıyla bir taraf açık, video için kaydedici ve LED'ler için zamanlayıcı sistemi (Şekil 2; Ek Şekil 1 ve Ek Şekil 2).
  4. ALAN yoğunluğunu ayarlamak için bir araç tasarlayın.
    1. Bir direnç (akü voltajına ve aydınlatmaya bağlı değer) elde edin ve LED'lere seri olarak bağlayın.
  5. Kuşları sisteme alıştırmak için zamanlayıcıyı ve pili barındıran muhafazalarla aynı boyutlarda "kukla" kutular tasarlayın (yani, Şekil 2A'da olduğu gibi, ancak dahili elektronikler olmadan).
    NOT: Bölüm 2 ve bölüm 3, ALAN'ın fokal organizma üzerindeki etkilerini incelemek için kullanılan adım adım yöntemleri tartışmaktadır.

Figure 1
Şekil 1: Yuva kutularının içindeki ALAN'ı manipüle etmek için kullanılan IR kameralar ve LED ışık(lar)dan oluşan iki sistem . (A) Eski sistemi yerinde tutan plaka ile yuva kutusunun üstten görünümü. (B) ALAN'ı manipüle etmek için 1 geniş spektrumlu LED'li eski sistem ve 10 IR LED'li merkezi kamera (c) 4 geniş spektrumlu LED'li yeni sistem ve 4 IR LED'li merkezi IR kamera. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: ALAN ve video kayıt davranışını manipüle etmek için kullanılan ev yapımı pil ve zamanlayıcı ünitesi . (A) Ünite, yuva kutusunun üzerine monte edilmiş ahşap bir kutunun içine yerleştirilmiştir. (B) Ünite içindeki elektroniklerin görünümü. Konektörler, elektronikleri IR kameraya ve geniş spektrumlu LED'lere bağlamak için yuva kutusunun içinden ahşap muhafazaya kadar uzanır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. Deneyin planlanması ve ALAN yoğunluğunun ve zamanlamasının ayarlanması

  1. Hayvanların maruz bırakılacağı istenen ışık yoğunluğunu belirleyin.
    1. Araştırma sorusuna cevap veren anlamlı sonuçlar üretmek için hangi deneysel ışık yoğunluğunun kullanılacağını dikkatlice düşünün. Genel olarak, bu, serbest dolaşan hayvanların karşılaşması muhtemel ekolojik olarak ilgili bir ışık yoğunluğunun seçilmesi anlamına gelecektir (rehberlik için Tablo 1'e bakınız).
  2. LED ışıklarını istenen ışık yoğunluğuna ayarlayın (örneğin, geçmiş çalışmalarda kullanıldığı gibi 1-3 lüks; Tablo 1 ve Tablo 2).
    1. Sahaya yerleştirmeden önce, ışık yoğunluğunu kalibre etmek için sistemi laboratuvara alınan bir yuva kutusuna yerleştirin. LED'leri aşağıda daha ayrıntılı olarak açıklandığı gibi güç kaynağına bağlayın (Protokol bölüm 3).
    2. LED'ler tarafından yayılan ışığı, yuva kutusunun içindeki kuş seviyesine (alttan ~ 8 cm) bir ışık ölçer yerleştirerek ve aynı anda direnci LED'lerle seri olarak ayarlayarak istenen yoğunluğa (lüks) ayarlayın.
      NOT: Çok düşük ışık yoğunluklarına ulaşmak mümkündür (örneğin, kırsal gökyüzü parıltısı seviyeleri; 0,01 lüks).
  3. Hayvanların ALAN'a maruz bırakılacağı zaman dilimini belirleyin.
    1. Gece boyunca maruz kalmanın uzunluğunu ve zamanlamasını belirleyin. Örneğin, kişi hayvanları bütün gece boyunca, gecenin sadece bir kısmı için ALAN'a maruz bırakabilir veya tedirginlik derecesini azaltmak için gecenin ortasında karanlık bir dönem bırakabilir.
    2. Bir hayvanın ALAN'a maruz kalması için yuva kutusuna (veya belirli bir alana) girmesi gerektiğinde, giriş olayından önce veya sonra ışığın açılması gerekip gerekmediğini de göz önünde bulundurun.
  4. Gece boyunca ışığa maruz kalma süresini kontrol etmek için zamanlayıcıyı ayarlayın.
    1. Geniş spektrumlu LED'lere bağlı zamanlayıcıyı, ışığın belirli periyotlarda açılıp kapanması için ayarlayın (örneğin, gün batımından en az 2 saat önce; gün doğumundan 2 saat sonra kapalı).
      NOT: IR kamera, hayvanın davranışının ışığa maruz kalma süresi boyunca aynı anda kaydedilmesine izin verir ve şarj edilmiş bir bataryaya bağlı olduğu sürece açık kalır.
  5. Hedef araştırma soru(lar)ı için kullanılacak uygun deneysel tasarımı belirler.
    NOT: Bazı sorular için, tekrarlanan bir ölçü deney tasarımı en güçlü seçenek olacaktır (örneğin, ALAN'a maruz kalmak uyku davranışını nasıl etkiler?). Diğerleri için, eşleştirilmiş kontrol ve deney gruplarına ihtiyaç duyulacaktır (örneğin, ALAN'a maruz kalmak, gelişmekte olan yavrularda telomer kaybını nasıl etkiler?).
Kaynak/maruz kalma düzeyi Yoğunluk (lüks)
Tam güneş ışığı 103000
Dolunay ışığı 0.05–1
Kentsel Gökyüzü parıltısı 0.2–0.5
Serbest yaşayan Avrupa kara kuşlarının maruz kalması 0.2 (0.07–2.2)
Sistemi kullanan geçmiş deneysel çalışmalar 1–3
LED sokak lambaları ~10
Düşük basınçlı sodyum sokak lambaları ~10
Yüksek basınçlı sodyum ~10
Floresan aydınlatma 300
Metal halojenür 400–2000

Tablo 1: Ortamdaki karakteristik ışık yoğunlukları3,9, serbest dolaşan kuşların maruz kalma düzeyleri41 ve bu sistemi kullanan geçmiş çalışmalarda kullanılan yoğunluklar (Tablo 2'deki referanslar).

3. ALAN'a maruz kalmanın uygulanması

  1. Hayvanları deney düzeneğine alıştırın.
    1. Deney bağlamında mümkünse, yenilikten kaçınmanın etkilerini en aza indirmek için deneyden en az 1 gün önce yuva kutularının üstüne kukla kutular yerleştirerek hayvanları kuruluma alıştırmak.
  2. Odak bireyleri araştırın.
    1. Kuşları rahatsız etmeden yuva kutularında tanımlamaya izin vermek için pasif bütünleştirici transponder (PIT) etiketleriyle çalışma popülasyonundaki hayvanları yerleştirin.
    2. ALAN'ın uyku davranışı üzerindeki etkisini içeren deneylerde, deneyden önceki gece yuva kutularını ziyaret edin ve hangi kuşların içinde tünediğini belirlemek için kutuları bir radyo frekansı tanımlama (RFID) okuyucusu ile tarayın.
    3. Üreme mevsimi boyunca, gelişmekte olan yavruların ALAN'a maruz kalmasını içeren deneylerde, yuva kutularını sürekli olarak izleyin (örneğin, her gün) ve yuva içeriğini ve yetişkin kimliğini kontrol edin. Deneyde kullanılmak üzere belirli özelliklere sahip yavrular içeren yuva kutularını dikkatlice seçin (yani, modal yavru boyutu, hem ebeveynler mevcut hem de beslenme).
  3. Denemeyi seçin ve uygulayın.
    1. Uyku davranışını içeren deneyler için, 3.3.2-3.3.21 adımlarını izleyerek ALAN (kontrol tedavisi) yokluğunda rahatsız edilmemiş uykuyu kaydetmek için en az bir gece boyunca karanlık koşullar altında uyuyan bireyleri ilk önce kaydederek tekrarlanan bir önlem tasarımı uygulayın.
    2. Bu amaçla, IR kameralardaki zamanı, sahaya götürmeden önce yerel saatle senkronize ettiğinizden emin olun.
    3. Pilin bitişiğindeki mini DVR kaydedicideki SD yuvasına bir SD kart takın (Şekil 2B; Ek Şekil 2). SD kartın boş olduğundan emin olun ve boş değilse, içerdiği verileri silin.
    4. Karanlığın başlamasından en az 2 saat önce, kukla kutuyu yuva kutusunun üstünden çıkarın.
    5. Yuva kutusu kapağını açın.
    6. IR kamerayı içeren plakayı, kamera hedefi aşağı doğru yönlendirilmiş şekilde yuva kutusunun içine yerleştirin.
    7. Elektronik konektörleri yuva kutusundaki korudan uzatın.
    8. Yuva kutusu kapağını kapatın.
    9. Pili, kaydediciyi ve zamanlayıcıyı içeren muhafazayı yuva kutusunun üzerine yerleştirin.
    10. Pil gücü konektörlerini bağlayın. Kayıt cihazındaki kırmızı konektörü fotoğraf makinesinden gelen beyaz konektöre (ses), kayıt cihazındaki sarı konektörü fotoğraf makinesinden (video) sarı konektöre ve pildeki siyah konektörü fotoğraf makinesinden (güç) kırmızı konektöre bağlayın (Ek Şekil 1 ve Ek Şekil 2).
    11. Kamera kaydını başlatmak için kayıt düğmesine basın.
      NOT: Zamanlayıcı ayarlanmayacak ve/veya güç, LED'leri kontrol eden zamanlayıcıya bağlanmayacaktır, böylece kontrol gecelerinde ALAN üretilmeyecektir.
    12. Kaydın başladığından ve görüntünün doğru olduğundan emin olmak için küçük bir tft ekranla kontrol edin. Tft ekranını bağlamak için bir bağlantı noktası kaydedicinin altında bulunur (Ek Şekil 2).
    13. Hava karardıktan yaklaşık 1 saat sonra, yuva kutusuna geri dönün ve bir RFID transponder okuyucuyu yuva kutusunun alt ve yanlarına hareket ettirerek ve PIT etiketinden iletilen benzersiz kimlik numarasını kaydederek içeride uyuyan kuşun kimliğini kontrol edin.
    14. Kontrol kaydını takip eden sabah, güneş doğduktan en az 2 saat sonra, yuva kutusuna dönün ve pil sistemini ve IR kamerayı toplayın.
    15. Yine, yuva kutusunun üstüne sahte bir kutu yerleştirin.
    16. Laboratuvarda veya ofiste, pili şarj edin ve davranışsal verileri toplamak için SD kartı kayıt cihazından çıkarın ve indirin.
      NOT: Piller, tüm gece boyunca kayıt yapabilmek için soğuk koşullarda ~30 saatlik bir ömre sahiptir, ancak art arda kayıt yapılan geceler arasında tamamen şarj edilmeleri gerekir.
    17. Verileri başarıyla indirdikten sonra, verileri SD karttan silin ve ardından mini DVR kaydediciye yeniden takın.
    18. Sonraki gece, ışığa maruz kalma işlemini uygulayın (örneğin, sistemi kullanan geçmiş deneylerde kullanıldığı gibi 1-3 lüks; Tablo 1 ve Tablo 2).
    19. Zamanlayıcı sistemini istenen ışığa maruz kalma süresi için ayarlayın.
    20. Kontrol kaydı için yukarıda açıklanan adımları (3.3.2-3.3.17) izleyin, ancak zamanlayıcıyı güce ve LED'leri zamanlayıcıya bağlayın (Ek Şekil 1 ve Ek Şekil 2).
    21. İstenirse, kontrol kaydını (karanlık koşullar altında uyku davranışının, yani ALAN'ın yokluğunun) üçüncü gecede tekrarlayın.
    22. Yavruların ALAN'a maruz kalmasını içeren deneyler için, 3.3.23-3.3.25 numaralı adımlarda açıklandığı gibi kontrol ve deneysel yavrular kullanın.
    23. Kontrol yavrularının yuva kutularının üzerine kukla kutular (elektronik eksik) yerleştirin ve hem kontrol hem de deneysel yavruları eşdeğer şekillerde kullanın.
    24. Deneysel kutular için deneysel ALAN maruziyetini uygulayın. Deney süresi boyunca, LED sistemini ve IR kamerayı yukarıda açıklandığı gibi yuva kutusunun içine monte edin ve zamanlayıcıyı istenen ışığa maruz kalma süresini kontrol edecek şekilde ayarlayın.
    25. Pilleri şarj edin. Birden fazla gece ışığa maruz kalma ve video kaydı içeren deneyler için, gün boyunca pilleri şarj etmek için her sabah sistemleri toplayın ve ardından akşamları sistemi değiştirin.
  4. İlgilenilen yanıt değişken(ler)i hakkında veri toplayın.
    1. Yuva kutusundaki davranış ilgi değişkeniyse, IR kamera aynı anda davranışı belgelemeye izin verecektir (örneğin, uyku davranışı; Şekil 3).
    2. Ek izleme yöntemleriyle, zaman içinde değişken noktalarda gerçekleşen örneklemeyle (örneğin, ışığa maruz kalmadan önce ve sonra alınan kan örnekleri15) ilgilendiğiniz diğer verileri toplayın.

Figure 3
Şekil 3: ALAN'a maruz kalan bir yuva kutusunun içindeki büyük bir baştankara kızılötesi görüntüsü . (A) Uyku ve (B) Büyük baştankara uyarısı Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu sistem kullanılarak yayınlanan hakemli araştırma makaleleri Tablo 2'de özetlenmiştir. Diğer bazı makaleler devam etmektedir. Bu çalışmalar üç ana araştırma sorusu paketini ele almaktadır. İlk olarak, sistem ışığa maruz kalmanın yetişkinlerde uyku davranışı ve aktivite seviyeleri üzerindeki etkilerini incelemek için kullanılmıştır. Bu amaçla, aynı bireyin ilk önce doğal koşullar altında uyuduğu ve daha sonra ışıklı bir yuva kutusunda uyuduğu kaydedilen tekrarlanan bir önlem deneysel tasarımı kullanılmıştır. Bu çalışmalarda kullanılan tüm bireylere, araştırmacıların kuşları rahatsız etmeden elde taşınan bir transponder-okuyucu kullanarak aynı bireyin sonraki geceler arasında yuva kutusunda uyuduğunu doğrulamasına olanak tanıyan PIT etiketleri takıldı.

ALAN maruziyetinin uyku davranışı üzerindeki dramatik etkileri belgelenmiştir. Örneğin, serbest dolaşan hayvanlar tarafından yaşanması muhtemel nispeten düşük bir yoğunluk olan 1.6 lüks yoğunlukta ALAN'a maruz kalan büyük memeler, yarım saat önce uyanmış, yuva kutusunu 20 dakika önce terk etmiş ve kontrol kuşlarından 40 dakika daha az uyumuştur (Şekil 4)16. İlginç bir şekilde, ALAN'ın uyku üzerindeki etkileri, ışık yoğunluğu ve mevsim gibi diğer değişkenlere bağlı olabilir. Bu hipotez doğrultusunda, ALAN'ın dişi büyük memelerin uyku davranışı üzerindeki etkileri, yavrulaşma döneminde kış aylarına göre çok daha büyüktü, uyku kaybı üzerindeki etkisi iki kattan fazla ve uyanma süresi üzerindeki etkisi dört kattan daha büyüktü17. Öte yandan, ışığa maruz kalmanın etkisinde 1.6'ya karşı 3 lüks yoğunlukta çok az fark vardı, bu da düşük yoğunluklu ALAN'ın bile zararlı etkilere sahip olabileceğini düşündürüyordu12. Sistem ayrıca, ALAN tarafından uyku bozukluğunu takiben bir uyku geri tepmesini belgelemek için de kullanılmıştır; burada bireyler, ertesi gece17'de daha fazla uyuyarak ALAN kaynaklı uyku yoksunluğuna cevap vermiştir. Ayrıca, uykunun ALAN tarafından ne ölçüde bozulduğu konusunda önemli bireysel varyasyonlar gözlenmiştir, bu da popülasyon tepkilerini ve seçim17'nin kapsamını tahmin etmek için önemli olabilir, ancak ALAN'ın uyku üzerindeki etkisi keşifçi kişilik tipi18 tarafından değiştirilmemiştir. ALAN'ın uyku üzerindeki önemli etkilerinin uyanıklık davranışı, fizyoloji ve zindelik üzerinde basamaklı etkileri olması muhtemeldir. Bununla birlikte, bugüne kadar yapılan çalışmaların süresi nispeten kısadır. Daha geniş sonuçları ve uzun vadeli etkileri incelemek, ALAN'ın serbest dolaşan hayvanlar için yankılarını aydınlatmak için kritik öneme sahiptir ve daha fazla araştırma için önemli bir alandır (aşağıya bakınız).

Figure 4
Şekil 4: Etki boyutları ve% 95 güven aralıkları, bozulmamış ilk gecede ve ikinci bir gecede büyük memelerin uyku davranışlarını karşılaştırır. İkinci gece, kuşlar ya tekrar rahatsız edilmeden bırakıldı (kontrol; üst panel) ya da 1.6 lüks ALAN'a (ışık; alt panel) maruz bırakıldı. Efekt boyutları, saniye cinsinden verilen 'girişteki süre' hariç, dakika cinsinden verilir. Raap et al. (2015)16'daki ayrıntılara bakın. Bu rakam Raap ve ark.16'nın izniyle uyarlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

İkincisi, sistem, ALAN'a maruz kalmanın, bir dizi fizyolojik yanıt değişkeni kullanarak, gelişmekte olan yavruları nasıl etkilediğini incelemek için kullanılmıştır (Tablo 2). Bu deneyler, yavrulama aşamasının bir kısmında, çalışmanın amaçlarına bağlı olarak, 2-7 gün arasında değişen yavrular ALAN'a maruz bırakmıştır. Işığa maruz kalmanın yavrular üzerindeki belgelenmiş etkileri, vücut kütlesi veya durumu19, tüy kortikosteron seviyeleri20, haptoglobin konsantrasyonları21 ve oksalat seviyeleri22 üzerindeki etkileri içerir. Bununla birlikte, bu araştırma aynı zamanda telomer bozunma hızı ve oksidatif stres15,19 gibi bazı parametrelerin ALAN'a maruz kalmaktan etkilenmeyebileceğini düşündürmektedir (Tablo 2). Özetle, bu çalışmalar, yaşamın erken dönemlerinde ALAN'a maruz kalmanın gelişim seyrini değiştirebileceğini ve yetişkinlikte potansiyel olarak kalıcı etkilere sahip olabileceğini, ancak gelişmekte olan organizmaların özelliklerinin ışığa maruz kalmaya karşı ne kadar hassas veya dirençli olduğunu belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu göstermektedir.

Üçüncüsü, sistem üreme başarısı ve hayatta kalma oranları da dahil olmak üzere fitness üzerindeki etkileri değerlendirmek için kullanılmıştır. Henüz, bu tür etkiler için güçlü bir kanıt ortaya çıkmamıştır. Bununla birlikte, ve daha da önemlisi, bu çalışma hala çok fazla devam etmektedir, çünkü fitness etkilerini etkili bir şekilde değerlendirmek, ışığa maruz kalan bireylerin daha uzun süreli izlenmesini gerektirmektedir.

Son olarak, ALAN'a maruz kalmanın büyük göğüslerin ve mavi göğüslerin uyku davranışı üzerindeki etkilerini karşılaştıran çalışmalar yapılmıştır. ALAN, büyük göğüslere kıyasla mavi göğüslerin uyku davranışı üzerinde çok daha az etkiye sahipti, bu da yakından ilişkili türler arasında bile, ışık duyarlılığında interspesifik farklılıklar potansiyeline dikkat çekiyor (Tablo 2)23 . Özellikle, diğer araştırma grupları da son zamanlarda yuva kutuları içindeki ışık seviyelerini manipüle etme, metodolojinin gücünü ve daha geniş uygulama potansiyelini gösteren bu yaklaşımı benimsemeye başlamıştır24,25.

Tür Yaşam aşaması Kullanılan ALAN yoğunluğu (lüks) Yanıt değişkenleri ALAN'ın Etkisi Referans
Büyük baştankara (Parus major) Yavru 1 Tüy kortikosteron (fCORT), vücut durumu, telomer uzunluğu, acemi başarısı, işe alım (+) fCORT 19 adet Grunst ve ark. 2020. Çevre Kirleticisi. 259:113895. doi: 10.1016/j.envpol.2019.113895
(-) Vücut durumu
(0) Diğer yanıt değişkenleri
Büyük baştankara Yavru 1 Telomer uzunluğu, vücut durumu, acemi başarısı, nitrik oksit (-) Vücut durumu 14 adet Grunst ve ark. 2019. Sci Tot Çevresi. 662:266-275. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.12.469
(0) Telomer uzunluğu, diğer yanıt değişkenleri
Büyük baştankara Yetişkin 1.6, 3 Uyku kişiliği (keşif davranışı) bağımlı tepki? (-) Uyku davranışı 17 adet Raap ve ark. 2018. Çevre Kirleticisi. 243:1317-1324. doi: 10.1016/j.envpol.2018.09.037
Kişilik tarafından değiştirilmez
Büyük baştankara Yavru 3 Oksalat ve yanıtın cinsiyete göre değiştirilip değiştirilmediği (+) Oksalat, erkekler 21 adet Raap ve ark. 2018. Koruma Fizyol. 6: coy005. doi: 10.1093/conphys/coy005
(0) Oksalat, dişiler
Büyük baştankara Yavru 1.6, 3 Uyku davranışı ve tepkinin mevsime veya ışık yoğunluğuna göre değiştirilip değiştirilmediği (-) Uyku davranışı 11 adet Raap ve ark. 2017. Davranış Proc. 144:13-19. doi: 10.1016/j.beproc.2017.08.011
Mevsimin küçük etkisi Uyku başlangıcı sadece yüksek yoğunluklu ALAN tarafından geciktirildi
Büyük baştankara / mavi baştankara (Cyanistes caeruleus) Yetişkin 3 Uyku davranışı Mavi memelerde uyku üzerinde daha az (-) etki 22 adet Sun ve ark. 2017. Çevre Kirleticisi. 231:882-889. doi: 10.1016/j.envpol.2017.08.098
Büyük baştankara Yetişkin 1.6 Kadınların uyku davranışı (-) Uyku davranışı ALAN maruziyetinden sonra uyku geri tepmesi 16 adet Raap ve ark. 2016. Çevre Kirleticisi. 215:125-134. doi: 10.1016/j.envpol.2016.04.100
Yavrulaşma döneminde daha fazla (-) etki
Büyük baştankara Yavru 3 Vücut kütlesinde değişiklik, kan oksidatif durumu, acemi başarı (-) Vücut kütlesi 18 adet Raap ve ark. 2016. Bilim Temsilcisi 6:35626. doi: 10.1038/srep35626
(0) Oksidatif durum, acemi başarı
Büyük baştankara Yavru 3 Haptoglobin (Hp), nitrik oksit (NO) (+) Hp 20 adet Raap ve ark. 2016. Çevre Kirleticisi. 218:909-914. doi: 10.1016/j.envpol.2016.08.024
(-) HAYIR
Büyük baştankara Yetişkin 1.6 Uyku davranışı (-) Uyku davranışı 15 adet Raap ve ark. 2015. Bilim Temsilcisi 5:13557. doi: 10.1038/srep13557
Not: 0 = ALAN'ın yanıt değişkeni üzerindeki etkisi yoktur. Referans girişlerini takip eden sayılar, referans listesindeki sıraya işaret eder.

Tablo 2: Deney sistemi kullanılarak ALAN'a maruz kalmaya dayalı olarak yayınlanan çalışmaların özeti. Not: 0 = ALAN'ın yanıt değişkeni üzerindeki etkisi yoktur.

Ek Şekil 1: Kızılötesi (IR) kamera ve ışık yayan diyot (LED) ışıklarını içeren plaka, ayrıca sistemi güç kaynağına bağlayan kabloları gösterir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Şekil 2: Pili, kaydediciyi ve ev yapımı zaman sistemini içeren odanın dahili bir görünümü, ayrıca sistemin çeşitli parçalarını birbirine bağlayan kabloları gösterir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

LED ışıkların ve eşleştirilmiş bir IR kameranın bu yuva kutusu tabanlı sistemi, araştırmacıların ALAN'ın biyolojik etkileri ile ilgili bir dizi ilginç soruyu değerlendirmelerine izin verdi. Dahası, sistemle takip edilebilecek daha birçok araştırma yönü vardır. Ek olarak, sistemin kullanımını diğer türlere genişletmek, ALAN'a duyarlılıktaki spesifik farklılıkların anlaşılmasını teşvik etmeye yardımcı olabilir. Aşağıda, gelecekteki araştırmalar için kapsamlı olmayan bazı olasılıklar, bu makalenin bu önemli alandaki araştırmaları motive etmeye yardımcı olacağı umuduyla sunulmuştur. Sonuç, bu deneysel yaklaşımın güçlü yönlerini kısaca yinelemekte ve sistemin sınırlamalarını ele almaktadır.

Bu sistem, ALAN'ın serbest dolaşan hayvanları veya yarı esaret altındaki hayvanları nasıl etkilediğine dair birçok olağanüstü soruyu cevaplamak için kullanılabilir. İlk olarak, bugüne kadar yapılan çalışmalar nispeten kısa süreli ALAN maruziyetini ve biyolojik etkilerin kısa süreli izlenmesini içermektedir. Sonuç olarak, kısa süreli ALAN maruziyetinin uzun vadeli etkileri veya kuşların günlerce, haftalarca veya tüm yaşamları boyunca ALAN'a maruz kalmaları durumunda ne olacağı hakkında çok az şey bilinmektedir (cırcır böceklerinde ALAN'a uzun süreli maruz kalmanın önemini gösteren yeni bir makale için26'ya bakınız, Gryllus bimaculatus). Örneğin, kısa süreli ALAN maruziyetinin sağlık durumu ve biyolojik yaşlanma oranları üzerinde uzun vadeli etkileri var mı? Uzun süreli ALAN maruziyeti fizyolojik stres ve hızlanmış yaşlanma ile sonuçlanır mı ve etkiler kısa süreli ALAN maruziyetininkilere benzer veya farklı mıdır? Bu sistem bu soruları çözmek için kullanılabilir. Gerçekten de, birçok büyük memeli ve mavi memeli (ve ayrıca diğer türler) tüm ömürleri boyunca aynı yuva kutusunu kullanır.

İkincisi, ALAN'ın etkileşimli etkilerini diğer antropojenik rahatsızlık faktörleriyle (örneğin,27'de olduğu gibi çoklu stresör perspektifini benimsemek) ve ALAN'ın farklı özelliklere sahip farklı etkilerini incelemeye ihtiyaç vardır. Bu sistem, diğer deneysel manipülasyonlarla birlikte veya farklı antropojenik rahatsızlık faktörlerinin (örneğin, ışık, gürültü, kimyasal kirlilik) bir dizi tepki değişkenini etkilemek için nasıl etkileşime girebileceğini araştırmak için antropojenik rahatsızlık seviyelerindeki doğal varyasyonla birlikte kullanılabilir. Örneğin, yavrular, bu iki rahatsızlık faktörünün kortikosteron seviyeleri veya telomer kısalması üzerinde ilave veya sinerjik etkileri olup olmadığını test etmek için aynı anda ALAN ve antropojenik gürültüye maruz kalabilir. Sistem ayrıca, kullanılan LED'lerin özelliklerini ayarlayarak ALAN'ın farklı özelliklere sahip etkilerini incelemek için de değiştirilebilir. Örneğin, farklı dalga boylarındaki ALAN'ın (örneğin, kırmızıya karşı mavi dalga boyları) uyku davranışını veya yavru gelişimini nasıl etkilediğini araştırmak için sistemi kullanmak ilginç olacaktır. Farklı ışık dalga boylarının,yoğunluk 28,29'da farklılık gösteren biyolojik tepkileri indükleyebileceği hipotez edilmiş ve deneysel olarak desteklenmiştir. Örneğin, yakın tarihli bir çalışmada, beyaz ve yeşil ışık, büyük memelerin kuluçka davranışını farklı şekilde etkiledi29.

Üçüncüsü, bu sistem ALAN'ın biyoenerjetik faktörler, bilişsel süreçler, sosyal dinamikler ve ebeveyn bakımı dahil olmak üzere bugüne kadar yeterince araştırılmamış yanıt değişkenleri üzerindeki etkilerini araştırmak için kullanılabilir (ancak biyoenerjetik üzerindeki etkiler için30'a bakınız). Biyoenerjetik üzerindeki etkileri incelemek için, ALAN maruziyeti, dinlenme veya bazal metabolizma hızını (RMR, BMR)31, alan metabolik hızını ölçmek için çift etiketli su yaklaşımı (FMR; günlük enerji harcaması olarak da bilinir) 30,32 veya aktivite kalıplarını ve enerji harcamasını ölçmek için ivmeölçer ile birleştirilebilir 33 . ALAN'ın biyoenerjetik üzerindeki etkileri, metabolik hız ve enerji harcamasının yaşam öykülerinin çeşitliliğinin ve yaşam hızının altında yattığı öne sürüldüğü göz önüne alındığında, uygunluk üzerinde önemsiz olmayan etkilere sahip olabilir34. ALAN'ın bilişsel özellikler üzerindeki etkilerini araştırmak için, araştırmacılar ALAN maruziyetini takiben alan tabanlı bilişsel testleri kullanabilir veya maruz kaldıktan sonra yetişkinleri yakalayabilir ve laboratuvarda bilişsel testler yapabilirler. Sistem, serbest dolaşan kuşlar üzerinde araştırmalara izin verecek şekilde tasarlanmıştır ve kuşları esarete çıkarmak kendi komplikasyonlarını ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenle, yabani kuşlar üzerinde bilişsel testler, aynı zamanda zor olmasına rağmen, özellikle çekicidir. Örneğin, son zamanlarda yapılan çalışmalar, değiştirilmiş bir yuva kutusu tuzağı35 kullanarak yuva kutularındaki problem çözme yeteneğini inceledi. ALAN'a maruz kalan yavru dişiler bu bilişsel test ile sunulabilir. Başka bir olasılık, uyuyan yetişkinlerin ALAN'a maruz kalmasının bu bilişsel özellikleri etkileyip etkilemediğini araştırmak için mekansal belleği veya ilişkisel öğrenmeyi değerlendirmek için tasarlanmış "akıllı besleyiciler" kullanmak olacaktır36. Son olarak, ALAN'ın sosyal etkileşimler ve ebeveyn bakımı üzerindeki etkilerini incelemek için araştırmacılar, LED sistemini, bazıları kurulumu kullanan çalışmalarda yaygın olarak kullanılan diğer teknolojilerle eşleştirebilirler. Örneğin, yuva kutularındaki PIT etiket sistemleri, PIT etiketleri takılı yetişkin kuşların giriş ve çıkışlarının kaydedilmesine izin verir37. Bu nedenle, üreme döneminde, araştırmacılar, yavru dişilerin ve yavruların ALAN'a maruz kalmasının, yavru sağlama oranlarını değiştirip değiştirmediğini veya cinsiyetler arasındaki ebeveyn çabasındaki dengeyi etkileyip etkilemediğini araştırabilirler. Ek olarak, çeşitli radyo-telemetri platformları, küçük hayvanlarda kullanımı kolaylaştıran minyatürleştirilmiştir ve uyuyan yetişkinlerin ALAN'a maruz kalmasının konspesifikler38 ile etkileşimleri değiştirip değiştirmediğini değerlendirmek için kullanılabilir.

Burada tarif edilene benzer bir sistem, ALAN'ın üreme için yuva kutuları kullanan herhangi bir kuş türü üzerindeki etkilerini incelemek için kullanılabilir. Bu, ağaç kırlangıçları (Tachycineta bicolor), batı ve doğu mavi kuşları (Sialia mexicana ve Sialia sialis), tavuklar (Poecile sp.), ev buruşukları (Troglodytes aedon), Avrupa alaca (Ficedula hypoleuca) ve yakalı (Ficedula albicollis) sinekkapanları ve ev serçeleri (Passer domesticus) gibi iyi çalışılmış birkaç yolcuyu içerir. Avrupa sığırcıkları (Sturnus vulgaris) de özellikle uygun bir türdür, çünkü esaret altında ve vahşi doğada incelenebilirler ve elektroensefalografik teknikleri kullanarak uyku davranışını inceleyebilecek kadar büyüktürler39. Peçeli baykuşlar (Tyto alba) ve Amerikan kerkenezleri (Falco sparverius) gibi raptorlar da yuva kutularını kullanır ve çalışma konuları olarak hizmet edebilir. ALAN'ın yavru gelişimi üzerindeki etkileri bu türlerde kolayca değerlendirilebilir. ALAN'ın uyku davranışı üzerindeki etkilerinin ne ölçüde araştırılabileceği, yetişkinlerin üreme mevsimi boyunca yuva kutularının içinde uyuyup uyumadıklarına bağlıdır, ancak ALAN'ın kuluçka aşamasında kadınlarda uyku üzerindeki yatırım etkileri için önemli bir kapsam vardır.

Sistem ayrıca yuva kutusu yuvalama kuşları dışındaki türlerde kullanılmak üzere uyarlanabilir. Kuşların yanı sıra, bir dizi memeli türü de yuva kutularında yuva yapar veya uyur. Böylece, sistem ALAN'ın bu türler üzerindeki etkilerini incelemek için benimsenebilir. Örneğin, birkaç lemur türü kutuları işgal edecek ve üreme davranışlarını incelemek için yapay yuva kutuları zaten kullanılıyor40. Buna ek olarak, zorlu olmasına rağmen, sistem, ALAN'ın açık fincan yuvalama kuşları ve yarıklarda veya yuvalarda yuva yapan veya uyuyan kuş veya memeli türleri üzerindeki etkilerini incelemek için yenilikçi bilim adamları tarafından benimsenme potansiyeline sahiptir. Açık fincan yuva yapan kuşlar için bu, LED ışıkların ve IR kameraların yuvanın üzerine monte edilebileceği bir araç yaratmayı içerir. LED sistemini ve kamerayı yuvaların üzerine sabitleme ihtiyacı göz önüne alındığında, böyle bir sistem muhtemelen yere veya yere yakın yuva yapan türler için en kolay şekilde uygulanacaktır. Yuva veya yarık yuvalama türleri için, araştırmacının LED sistemini ve kamerayı boşlukların içine sığdırması gerekir. Örneğin, kayalık yarıklara yuva yapan bazı türler için, ışık sistemini ve kamerayı güvence altına alacak alan oluşturmak için kayayı çıkarmak mümkün olabilir.

Yukarıda tartışıldığı gibi, yuva kutuları içindeki ALAN seviyelerini manipüle etmek için bu metodolojinin birincil gücü, çalışma konularını gece boyunca belirli zaman dilimlerinde önceden belirlenmiş ışık seviyelerine maruz bırakma yeteneğidir. Işığa maruz kalma seviyelerini ve sürelerini doğru bir şekilde kontrol etme yeteneği, araştırmacının ALAN'ın biyolojik etkileri ile ilgili deneysel olmayan çalışmalara özgü sınırlamaların çoğunun üstesinden gelmesini sağlar. Bununla birlikte, metodolojinin sınırlamaları da vardır, özellikle de hayvanların yalnızca yuva kutusunun içindeki gençlere dinlenirken, uyurken veya bakarken ışığa maruz kalabilmeleri nedeniyle. ALAN'ın şarkı söyleme ve yiyecek arama gibi yuva kutusunun dışında meydana gelen davranışlar üzerindeki doğrudan etkileri araştırılamaz (yuva kutusunun içindeki ALAN'a maruz kalmanın bu davranışlar üzerindeki dolaylı etkileri araştırılabilir). ALAN'ın yuva kutusunun dışındaki bu tür doğrudan etkilerini keşfetmek için, araştırmacıların yapay aydınlatma veya deneysel olmayan yaklaşımların daha büyük ölçekli deneysel ağlarını kullanmaları gerekecektir.

Ek olarak, yuva kutularının içindeki ışık seviyelerini manipüle etme yaklaşımının önemli bir eleştirisi, yuva kutularının veya doğal boşlukların normalde bireyleri dış antropojenik ALAN kaynaklarından koruyacağıdır. Bununla birlikte, tüm büyük memelerin, sınırlı bir kaynak oldukları için uyumak için yuva kutularına veya boşluklara sahip olmayacağına dikkat etmek önemlidir. Bu nedenle, kentsel alanlardaki yetişkin kuşların, bu sistemi kullanan geçmiş çalışmalarda kullanılan düşük ALAN seviyelerine (1-3 lüks) maruz kalmaları muhtemel olmasa da mümkündür (Tablo 2). Popülasyonumuzdaki yuva kutuları, yuva kutusu açıklığında13'te 0.01-6.4 lux arasında maruz kalmaktadır, bu da yuva kutularının dışında uyuyan kuşların, manipülasyonlarda kullanılanlarla karşılaştırılabilir ışık seviyelerine maruz kalabileceğini düşündürmektedir. Gerçekten de, farklı bir türde, Dominoni ve ark. 2013 41, serbest dolaşan Avrupa kara kuşlarının (Turdus merula) yaşadığı ALAN seviyelerini ölçmek için ışık kaydediciler kullandılar ve maruz kalma seviyeleri oldukça değişken olmasına rağmen (0.7-2.2 lüks)41 . Dahası, bu düşük ALAN seviyelerini (0.3 lüks) kullanan bir deneyde, bu çok düşük ALAN seviyelerinin üreme ve molt41'in zamanlaması üzerinde önemli bir etkisi olduğunu gösterdiler. Öte yandan, de Jong ve ark. 201642 , bir orman alanındaki yapay ışıklı transektler üzerinde üreyen erkek büyük memelerin, kontrol kuşlarından daha yüksek ALAN seviyeleri yaşamadığını ve kaçınma davranışını önerdiğini bulmuştur. Bununla birlikte, bu tür bir kaçınmanın, yaygın ışığa maruz kalan kentsel alanlarda gerçekleştirilmesinin daha zor olabileceğini belirtmektedirler42. Bu nedenle, deneyler ekolojik olarak ilgili ALAN seviyeleri kullanılarak uygun şekilde tasarlanırsa, yuva kutuları içindeki ışık seviyelerini manipüle etme yaklaşımı, ekolojik olarak ilgili sonuçlar verme potansiyeline sahiptir. Tercihen bu, ilk önce hedef çalışma popülasyonlarında veya aynı türün kentsel popülasyonunda serbest dolaşan kuşların ALAN maruziyetini ölçmeyi içerecektir.

Yuva kutularının içindeki yavruları ALAN'a maruz bırakmanın alaka düzeyi ile ilgili olarak, kullanılan ALAN seviyelerinin normalde boşlukların içinde yaşanacak olanlardan çok daha yüksek olduğu doğrudur (incelenen popülasyonda, ışık seviyeleri gün boyunca yuva kutusunun dibinde ~ 0.08 lüks ve geceleri 0 ila 0.01 lüks arasındadır). Daha ziyade, büyük memeler ve mavi memeler gibi boşluk yuvalama türleri, yavruları daha fazla maruz kalacak olan açık yuvalama türleri için ortaya çıkabilecek etkiler için uygun model türler olarak hizmet eder 14,18,20,24. Açık fincan yuvalama türlerinin yavrularının yaşadığı ALAN seviyelerini belgelemek için acilen daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bu tür araştırmalara dayanarak, bu sistem, yukarıda önerildiği gibi, açık fincan yuvalarındaki ALAN seviyelerini manipüle etmek için uyarlanma potansiyeline sahiptir.

Sonuç olarak, yuva kutularının içindeki ışık seviyelerini manipüle etme yaklaşımının hem güçlü hem de zayıf yönleri vardır. Bununla birlikte, uygun şekilde uygulandığında, yaklaşım, ALAN'ın biyolojik etkilerinin tutarlı bir şekilde anlaşılması için gerekli olan çeşitli deneysel ve korelasyonel yaklaşımlara sağlam bir katkı sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Acknowledgments

ALAN'ın kuşlar üzerindeki biyolojik etkilerini içeren araştırma programımız FWO Flanders (M.E. ve R.P., proje kimliği: G.0A36.15N), Anvers Üniversitesi ve Avrupa Komisyonu'ndan (M.L.G, Marie Skłodowska-Curie burs kimliği: 799667) fon almıştır. Anvers Üniversitesi'ndeki Davranışsal Ekoloji ve Ekofizyoloji Araştırma grubu üyelerinin, özellikle Peter Scheys ve Thomas Raap'ın entelektüel ve teknik desteğini kabul ediyoruz.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Biyoloji Sayı 180
Geceleri Yapay Işığın Serbest Dolaşan Hayvanlar Üzerindeki Etkilerini Araştırmaya Deneysel Bir Yaklaşım: Gelecekteki Araştırmalar için Uygulama, Sonuçlar ve Yönler
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Grunst, M. L., Grunst, A. S.,… More

Grunst, M. L., Grunst, A. S., Pinxten, R., Eens, G., Eens, M. An Experimental Approach to Investigating Effects of Artificial Light at Night on Free-Ranging Animals: Implementation, Results, and Directions for Future Research. J. Vis. Exp. (180), e63381, doi:10.3791/63381 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter