열 카메라를 사용하여 새 깃털 코트를 통해 열 손실을 측정합니다.

Summary

이 프로토콜은 열화상 카메라와 온수 목욕을 사용하여 평평한 피부 조류 표본을 통한 열 전달의 정량화를 설명합니다. 이 방법을 사용하면 말린 평평한 피부 표본을 사용하여 종 에 걸쳐 깃털 코트의 열 성능에 대한 정량적 비교 데이터를 얻을 수 있습니다.

Abstract

깃털은 단열재에 필수적이며, 따라서 조류의 온도 조절 비용에 필수적입니다. 다양한 생태 학적 상황에 걸쳐 조류의 온도 조절의 에너지 비용에 대한 강력한 문헌이있다. 그러나, 몇몇 연구 결과는 열조절에 단독으로 깃털의 기여를 특징짓는다. 몇몇 이전 연구는 동물 펠트의 절연 값을 측정하기위한 방법을 설립했지만, 깃털이 피부에 고르게 분포되지 않는 조류에 문제가있는 파괴적인 샘플링 방법이 필요합니다. 더 많은 정보가 필요합니다 1) 열조절에 깃털의 기여는 종 에 걸쳐 및 2) 깃털 코트가 공간과 시간에 걸쳐 변경 될 수있는 방법 모두에 걸쳐 변화하는 방법. 여기에 보고된 것은 피부 표본을 파괴할 필요 없이 건조된 전체 피부 시편을 사용하여 깃털 코트와 피부의 열 성능을 신속하고 직접적으로 측정하는 방법이다. 이 방법은 열 조절에 행동 및 생리 적 전략을 사용하는 살아있는 조류의 열 손실 및 신진 대사 비용을 측정하는 방식으로 깃털 코트를 가로 질러 열 그라데이션을 분리하고 측정 할 수 없습니다. 이 방법은 열 카메라를 사용하여 정량적 열 데이터를 빠르게 수집하여 피부를 통해 안정적인 소스에서 열 손실을 측정할 수 있습니다. 이 프로토콜은 다양한 연구 질문에 쉽게 적용 할 수 있으며, 모든 조류 택시에 적용되며 피부 표본의 파괴를 요구하지 않습니다. 마지막으로, 정량적 데이터 수집을 단순화하고 가속화함으로써 조류의 수동 온도 조절의 중요성에 대한 이해를 한층 더 강화할 것입니다.

Introduction

깃털은 조류의 정의 특성이며, 가장 중요한 절연¹중, 많은 기능을 제공합니다. 조류는 척추 동물 군의 평균 평균 온도가 가장 높으며, 환경 온도 변화로부터 절연하는 깃털은 특히 추운 환경에서 에너지 균형의 중요한 부분입니다^2. 깃털의 중요성에도 불구하고, 조류의 열 상태의 변화에 대한 문학의 대부분은단열^{3,4, 5,6,7,7,9,10} (자세한 내용은 와드 등을 참조)로 깃털의 기능보다는 온도 변화에 대한 대사 반응에 초점을 맞추고있다. ^11,12,13. 그러나 깃털 자체는 시간, 개인 및 종에 따라 다를 수 있습니다.

여기에 제시된 방법은 깃털 코트의 전체 열 값을 정량화하는 데 유용합니다. 그것은 살아있는 조류에 혼란 요인을 제거, 행동 온도 조절 등¹ 및 절연 지방의 다양 한 금액. 깃털 코트의 열 성능에 대한 보다 광범위한 측정은 깃털이 단열재에 기여하는 방법과 조류의 생명 역사와 연간 주기 전반에 걸쳐 종 내에서 어떻게 변화하는지에 대한 이해를 향상시키기 위해 필요합니다.

깃털은 깃털 뿐만 아니라 피부와 깃털 사이 공기를 트래핑하 여 새를 절연 하 고 열 손실^14에물리적 장벽을 만듭니다. 깃털은 바브^14라고불리는 프로젝션이 있는 rachis라고 불리는 중앙 깃털 샤프트로 구성됩니다. 바불은 인접한 바브와 함께 연동하여 깃털을 “지퍼”하고 구조를 제공하는 바브의 작고 보조 투영입니다. 또한, 아래 깃털은 중앙 인종이 부족하고 몇 바불이, 따라서 피부 위에 바브의 느슨하고 절연 질량을 형성^14. 깃털 코트는 종 에 따라 다릅니다^15,16,종 내에서^17,18,및 비교 개인 내에서^{2,19,20, 21,22,23,24.} 그러나 깃털 수의 변화, 새의 다양한 유형의 깃털의 상대적 풍부 또는 바브 /바불 수의 변화가 깃털 코트의 전반적인 열 성능에 미치는 영향에 대한 정량적 정보는 거의 없습니다. 이전 연구는 주어진종^{11,12, 13에}대한 단열 및 열 전도도의 단일 평균 값을 결정하는 데 초점을^{맞추고있다.}

깃털 코트는 종마다 다른 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 대부분의 조류는 깃털이 각각^14라고불리는 피부의 뚜렷한 영역을 가지고 있습니다. pterylae (때로는 “깃털 지역”이라고도 함)의 배치는 종에 따라 다르며 분류 문자^(14)로가치가 있습니다. 그러나 일부 조류 (즉, 쥐와 펭귄)는이 pterylosis를 잃고 몸^14에걸쳐 깃털의 균일 한 분포를 가지고있다. 또한, 다른 종, 특히 다른 환경에 살고있는 사람들은 깃털 유형^15의다른 비율을 가지고있다. 예를 들어, 추운 기후를 사는 새들은 깃털^15개, 따뜻한 환경에 사는 종보다 더 큰 깃털^{부분(16)을} 가진 윤곽 깃털을 더 많이 가지고 있습니다.

특정 유형의 깃털의 미세 구조는 또한 종^25,26에걸쳐 절연에 영향을 미칠 수 있습니다. Lei 외. 많은 중국 파세린 참새의 윤곽 깃털의 미세 구조를 비교하고 추운 환경에 거주하는 종은 각 윤곽 깃털, 더 긴 바불, 높은 노드 밀도 및 따뜻한 환경^(25)에거주하는 종보다 더 큰 노드의 더 높은 비율을 가지고 있음을 발견했다. D’alba 등은 일반적인이더(Somateria mollissima)와그레이라그 거위(Anser anser)의 다운 깃털의 미세 구조를 비교하고 이러한 차이가 깃털의 응집력과 깃털의능력(Anser anser)에어떻게 영향을 미치는지 설명하여^{공기(26)를}포획한다. 깃털의 이러한 변화가 종 에 걸쳐 깃털 코트의 전반적인 열 성능에 미치는 영향에 대한 정량적 비교 데이터는 제한됩니다 (자세한 내용은 테일러와 워드 등을 참조하십시오.) ^11,13.

종 내에서 깃털 코트의 열 성능은 다를 수 있습니다. 승려 앵무새(Myiopsitta monachus)¹⁷과 같은 일부 종은 매우 크고 다양한 지리적 범위에 살고 있습니다. 이러한 다른 환경에 의해 제기 된 다른 열 응력은 지역적으로 종 내에서 조류의 깃털 코트에 영향을 미칠 수 있지만 현재이 주제에 사용할 수있는 데이터가 없습니다. 또한, Broggi 외. 북반구에서 큰 구덩이(파루스 주요 L.)의두 인구를 비교. 그(것)들은 더 많은 북부 인구의 윤곽 깃털이 더 많은 남부 인구의 그보다는 더 짧고 비례적으로 깃털이 있었다는 것을 보여주었습니다. 그러나, 이러한 차이는 두 인구의 새가 같은 장소에서 제기 되었을 때 사라졌다^18.

더욱이, Broggi 등은 이러한 결과를 다른 열 조건에 대한 플라스틱 반응으로 설명했지만, 이러한 상이한 깃털^{코트(18)의}단열값을 측정하지 는 않았다. 결과는 또한 윤곽 깃털 밀도가 윤곽 깃털에 있는 plumulaceous 바브의 비율 보다는 절연에 더 중요하다는 것을 건의합니다, 그러나 Broggi 외. 북부 인구는 적당한 양분^18의부족 때문에 최적 깃털을 생성할 수 없을 지도 모른다는 것을 건의했습니다. 이 깃털 코트의 전반적인 열 성능의 정량적 측정은 깃털 차이의 중요성을 더 잘 이해할 것입니다.

시간이 지남에 따라 개별 조류의 깃털 코트는 다양합니다. 적어도 일년에 한 번, 모든 조류 몰트 (깃털을 모두 교체)¹⁹. 해가 갈수록 깃털은^2,20, 덜 수많은^{18,21,22,23을}착용하게됩니다. 일부 조류는 일년에 한 번 이상 몰트하여 매년^19개의뚜렷한 깃털 코트를 제공합니다. 미들턴은 일년에 두 번 몰트하는 미국의골드핀치(Spinus tristis)가겨울철에 기본 깃털에 깃털이 더 많고, 여름철^24년동안 다른 깃털보다 더 많은 깃털을 가지고 있음을 보여주었습니다. 깃털 코트의 이러한 연간 차이는 새가 추운 기간 동안 더 많은 열을 수동적으로 보존하거나 따뜻한 계절 동안 더 많은 열을 수동적으로 흘릴 수 있지만, 이 것을 결정적으로 테스트한 연구는 없습니다.

조류는^{행동적으로 1,27을} 조절하고 다른 열 조건^{3,4,5,6,7,8,9,10,26에}대사적으로 적응할 수 있지만, 깃털은 일정한 절연층을 제공함으로써 열조절에 중요한 역할을 한다. 여기에 설명 된 방법은 깃털 코트를 단독으로 대답하고 패시브 온도 조절 (즉, 살아있는 새가 행동이나 신진 대사를 수정하지 않고 얼마나 많은 열을 유지합니까?)에 대한 질문에 깃털을 격리하여 대답하도록 설계되었습니다. 활성 및 생리 적 온도 조절은 생태학적으로 중요하지만 깃털만이 절연을 어떻게 돕고 적극적인 행동 및 생리 적 온도 조절의 필요성에 미치는 영향을 이해하는 것도 중요합니다.

이전연구는 동물 펠트^{11,12,13,28의}열 전도도 및 단열성을 정량화하는 방법을 확립했다. 여기에 제시된 방법은 “보호된 핫플레이트”^{방법(11,12,13,28)의}연장이다. 그러나, 여기서 설명된 방법은 열전대가 아닌 열카메라를 사용하여 깃털 코트의 외부 경계에서 온도를 측정한다. 가드 핫 플레이트 방법은 펠트를 통해 에너지 흐름의 매우 정확한 추정을 제공하지만, 그것은 멀티 재료 핫 플레이트의 건설, 열전대와 열더미의 사용에 대한 몇 가지 친숙, 작은 조각으로 절단해야 펠트의 파괴적인 사용이 필요합니다. 이 조각들은 시료와 핫 플레이트 장치 사이의 공기를 제거하기 위해 기름을 바른다. 무테리아 (예를 들어, 펭귄)가 부족한 몇 마리의 새를 제외하고, 컷의 위치는 실제로 피부에 부착 된 깃털의 수에 큰 영향을 가하기 때문에 새 가죽에서 작은 사각형을 절단하는 것은 비교 목적으로 문제가됩니다. 이 문제는 ptyerlae^14의존재, 크기 및 배치에서 택시 간의 변화에 의해 악화된다.

또한 박물관 표본은 조류 간의 절연 변동을 평가하기위한 잠재적으로 풍부한 자원이 될 수 있지만 일반적으로 과학 컬렉션에서 피부 표본을 자르고 기름칠 할 수있는 권한은 달성 할 수 없습니다. 또한 보호된 핫 플레이트 측정을 위해 야생에서 가져온 표본은 이후에 박물관 표본으로 사용할 수 없습니다. 여기에 제시된 방법은 1) 시편의 파괴를 필요로 하지 않고, 전체 건조 조류 스킨과 함께 사용할 수 있다는 점에서 보호된 핫 플레이트 방법과 다르며, 2) 피부의 밑면을 기름칠한다. 그것은 열 관계의 라이브 조류 측정에 사용되는 (여전히 상대적으로 비싸지만) 점점 저렴해지는 열 카메라를 사용합니다.

이 방법은 보호된 핫 플레이트 방법처럼 피부와 깃털을 직접 통해 에너지 흐름(열 전도도 또는 단열값)을 측정하지 않습니다. 대신 열카메라를 사용하여 깃털 코트의 바깥 쪽 경계의 온도를 측정합니다. 결과 값은 피부, 깃털 및 그 사이에 갇힌 공기를 통해 수동적으로 손실된 열을 통합한 측정값입니다(아래 열원에 비해). 평평한 스킨으로 제조되고 기술된 기술을 사용하여 측정된 표본은 수집에 저장될 수 있으며 향후 연구를 위한 가치를 무기한 으로 제공할 수 있습니다. 이 방법은 모든 평평한 스킨 시편에서 깃털 코트 열 성능을 측정하는 표준화되고 비교적이며 비교적 간단한 방법을 제공하며, 이는 상호 및 내별 비교에 특히 유용합니다.

Protocol

이 작품은 살아있는 동물과 어떤 작업을 포함하지 않았고, 따라서 동물 관리 검토에서 면제되었다. 1. 셋업 및 재료(그림 1) 관심 있는 종의 평평한 스킨을 사용할 수 없는 경우, Spaw의프로토콜(29)을 사용하여 신선하거나 냉동된 시편에서 스킨을 만듭니다. 깃털을 깔끔하고 자연스러운 위치로 선불로 넣고 건조하여 측정을 진행하기 전에 일정한 무게를…

Representative Results

6종으로 측정된 5종 각각 의 한 개인의 한 개 개인의 대표적인 결과는 도 4및 도 5로제시된다. 이들은 피부의 배치에 있는 작은 변이가 최대 1.7°C의 판독값에 있는 변이를 초래할 수 있다는 것을 보여줍니다. 그림 4는 조사자의 훈련이 측정의 반복성을 증가하는 방법을 보여줍니다. 예를 들어, 동일한 개별 집참새(Passer domesticus)?…

Discussion

이 백서는 조류 평평한 피부 표본의 반복 가능하고 표준화된 열 화상 진찰 측정을 위한 프로토콜을 제공합니다. 이 방법을 사용하면 종, 종 내, 비교 가능한 개인 들 사이, 그리고 개인의 시체에 다른 위치에서, 모든 표본의 파괴없이 깃털 코트의 열 성능을 비교할 수 있습니다.

필요한 재료 및 장비의 가용성은 이 방법의 제한일 수 있습니다. 열화상 카메라는 빠르게 접근성과 …

Materials

Aluminum Foil	Reynolds Wrap	109000831	30 square ft.; this exact model need not be used.
Foam Core Board	Foamular	20WE	1 in. x 4 ft. x 8 ft; this exact model need no be used.
General Purpose Water Bath	PolyScience	WB02	Ambiet +5 °C to 100 °C; ±.01 °C
PDF Data logger	Elitech	RC-51H	Built in temperature and humidity sensor
Plexiglass	AdirOffice	1212-3-C	Acrylic glass; 12 in. x 12 in. x 1/8 in.; this exact model need not be used.
Thermal Image Analysis Software	FLIR	ResearchIR Max v4.40.7.26 (64-bit)	Allows collection of precise, quantitative thermal data
Thermal Imaging Camera	FLIR	SC655	680×480-pixel resolution, ±2 °C or ±2% accuracy, 40 cm minimum focusing distance
Tripod	The Audubon Shop	The Birder Tripod with Manfrotto 700RC2 Rapid Release Head	65" maximum height; this exact model need not be used.