야간에 인공 조명이 자유 범위 동물에 미치는 영향을 조사하는 실험적 접근 방식 : 향후 연구를위한 구현, 결과 및 방향
Summary
야간 인공 조명 (ALAN)은 광범위한 생물학적 영향을 미칩니다. 이 문서에서는 배터리, 타이머 및 오디오 가능 적외선 비디오 카메라에 연결된 LED 조명으로 구성된 동작을 모니터링하면서 네스트 박스 내부의 ALAN을 조작하는 시스템에 대해 설명합니다. 연구원은이 시스템을 사용하여 ALAN이 유기체에 미치는 영향에 관한 많은 뛰어난 질문을 탐구 할 수 있습니다.
Abstract
동물들은 빛과 어둠의 자연스러운 패턴으로 진화했습니다. 그러나 인공 조명은 인간 기반 시설과 레크리에이션 활동으로부터 환경으로 점점 더 많이 도입되고 있습니다. 야간 인공 조명 (ALAN)은 동물의 행동, 생리학 및 피트니스에 광범위한 영향을 미칠 가능성이 있으며, 이는 인구와 지역 사회에 더 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 자유 범위 동물에 대한 ALAN의 효과를 이해하는 것은 이동 생물이 직면 한 빛의 수준을 측정하고 ALAN의 효과를 다른 인위적 교란 요인의 영향과 분리하는 것과 같은 과제로 인해 사소한 일이 아닙니다. 여기서 우리는 둥지 상자 내부의 빛 수준을 실험적으로 조작하여 인공 광 노출이 개별 동물에 미치는 영향을 분리 할 수있는 접근법을 설명합니다. 이를 위해, 플레이트에 부착되고 배터리 및 타이머 시스템에 연결된 발광 다이오드(LED) 광(들)로 구성된 시스템을 사용할 수 있다. 이 설정을 통해 둥지 상자 내부의 개인을 ALAN의 다양한 강도와 지속 시간에 노출시키는 동시에 오디오가 포함 된 비디오 녹화를 얻을 수 있습니다. 이 시스템은 ALAN이 성인의 수면 및 활동 패턴에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 통찰력을 얻기 위해 자유 범위의 큰 가슴 (Parus major)과 파란색 가슴 (Cyanistes caeruleus)에 대한 연구에 사용되어 왔으며 둥지를 개발할 때 생리학 및 텔로미어 역학에 영향을 미칩니다. 이 시스템 또는 이의 적응은 ALAN이 다른 교란 요인과 상호 작용하고 생물 에너지 균형에 어떻게 영향을 미치는지와 같은 많은 다른 흥미로운 연구 질문에 대답하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 다양한 종의 둥지 상자, 둥지 또는 굴 근처에 유사한 시스템을 설치하여 ALAN의 수준을 조작하고 생물학적 반응을 평가하며 상호 구체적인 관점을 구축하기 위해 작업 할 수 있습니다. 특히 자유 생활 동물의 행동과 움직임을 모니터링하기위한 다른 고급 접근법과 결합 될 때,이 접근법은 ALAN의 생물학적 의미에 대한 우리의 이해에 지속적으로 기여할 것을 약속합니다.
Introduction
동물들은 낮과 밤을 정의하는 빛과 어둠의 자연스러운 패턴으로 진화했습니다. 따라서 호르몬 시스템의 일주기 리듬은 휴식과 활동 패턴을 조율하고 동물이 체력을 극대화 할 수있게합니다 1,2,3. 예를 들어, 글루코 코르티코이드 호르몬의 일주기 리듬은 일상 활동의 시작시 피크와 함께 포도당 대사에 대한 영향과 환경 스트레스 요인에 대한 반응성을 통해 24-h 기간에 걸쳐 적절하게 행동하는 척추 동물을 양성합니다4. 마찬가지로, 어둠에 반응하여 방출되는 송과체 호르몬 멜라토닌은 일주기 리듬의 지배 패턴에 통합적으로 관여하며 항산화 특성 5,6을 가지고 있습니다. 멜라토닌 방출과 같은 일주기 리듬의 여러 측면의 연행은 환경에서 빛의 수준을 광수신함으로써 영향을받습니다. 따라서, 인간 활동, 레크리에이션 및 인프라를 지원하기 위해 환경으로의 인공 광의 도입은 자유 범위 동물의 행동, 생리학 및 적합성에 광범위한 영향을 미칠 가능성이 있다 7,8. 실제로 야간 인공 조명 (ALAN)에 대한 노출의 다양한 영향은9,10 건으로 문서화되었으며, ALAN은 21세기 10 세기의 글로벌 변화 연구의 우선 순위로 강조되었습니다.
자유 범위 동물에 대한 ALAN의 효과를 측정하는 것은 여러 가지 이유로 사소한 문제가 아닙니다. 첫째, 환경을 통해 이동하는 이동 동물은 끊임없이 다른 수준의 빛을 경험합니다. 따라서 개별 동물이 노출되는 빛의 수준을 어떻게 정량화합니까? 동물의 영토에있는 빛의 수준이 정량화 될 수 있다고하더라도, 동물은 노출 패턴에 영향을 미치는 회피 전략을 채택 할 수 있으므로 동물 위치와 빛 수준의 동시 추적을 요구할 수 있습니다. 실제로, 대부분의 현장 연구에서, 빛 노출 수준의 평균과 변동은 알려지지 않았다11. 둘째, ALAN에 대한 노출은 종종 소음 공해, 화학 물질 노출 및 서식지 파괴와 같은 다른 인위적 교란 요인에 대한 노출과 관련이 있습니다. 예를 들어, 도로의 여백을 따라 서식지를 차지하는 동물은 가로등의 빛, 차량 통행으로 인한 소음 및 차량 배출로 인한 대기 오염에 노출됩니다. 그렇다면 ALAN의 효과를 혼란스러운 변수의 영향으로부터 어떻게 효과적으로 격리 할 수 있습니까? 광 노출 수준과 반응 변수 모두를 잘 측정할 수 있는 엄격한 현장 실험은 ALAN의 생물학적 효과의 심각성을 평가하고 효과적인 완화 전략11을 개발하는 데 필수적입니다.
이 기사에서는 제한 사항이 없지는 않지만 (토론 섹션 참조) 위에서 확인 된 어려움을 제거하지는 않더라도 암살하는 데 도움이되는 실험적 접근 방식을 설명합니다. 이 접근법은 발광 다이오드 (LED) 조명 시스템과 둥지 상자 내에 설치된 적외선 (IR) 카메라를 사용하여 자유 생활, 일주일 조류 종, 큰 가슴 (Parus major)의 둥지 상자 내부의 ALAN 수준을 실험적으로 조작하는 것을 수반합니다. 이 설정을 통해 오디오를 포함한 비디오 녹화물을 동시에 획득 할 수 있으므로 연구자는 행동 및 발성에 미치는 영향을 평가할 수 있습니다. 큰 가슴은 번식을 위해 둥지 상자를 사용하고 11 월과 3 월 사이의 둥지 상자에서 자게됩니다. 암컷은 또한 번식기12 동안 둥지 상자 안에서 자고 있습니다. 이 시스템은 또한 ALAN이 파란색 가슴 (Cyanistes caeruleus)에 미치는 영향을 연구하는 데 덜 사용되었습니다. 동물이 직면 한 빛의 수준을 아는 것과 관련된 첫 번째 어려움은 개인이 둥지 상자에 기꺼이 들어갈 의향이 있다는 것을 감안할 때 (또는 움직이지 않는 둥지의 경우 이미 둥지 상자에 있음) 연구자가 빛의 수준을 정확하게 결정할 수 있다는 점에서 완화됩니다. 교란 변수와의 상관 관계를 포함하는 두 번째 어려움은 유사한 환경에서 둥지 상자를 사용하거나 둥지 상자 근처의 교란 변수의 수준을 측정하여 제어 할 수 있습니다. 또한, 캐비티 중첩 조류에서는 둥지 상자 또는 자연 충치가 ALAN13으로부터 둥지와 성인을 보호 할 수 있기 때문에 실험 접근법을 채택하는 것이 강력하며, 이는 일부 상관 관계 연구가 ALAN (또는 인위적 소음)의 영향을 거의 발견하지 못하는 이유를 설명 할 수 있습니다 14, 실험 연구는 더 자주 명확한 효과를 찾습니다 (아래 참조). 또한, 반복적 인 측정 실험 설계가 채택 될 수 있으며, 이는 개인이 자신의 통제력으로 작용하여 통계적 힘과 의미있는 생물학적 효과를 검출 할 확률을 더욱 증가시킵니다. 아래 섹션에서는 (1) 시스템의 설계 및 구현에 대한 세부 사항을 설명하고, (2) 시스템을 사용하여 지금까지 파생 된 중요한 결과를 요약하고, (3) 가슴과 다른 동물 모두에서 추구 할 수있는 미래의 연구 방향을 제안합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
LED 조명과 페어링 된 IR 카메라의이 둥지 상자 기반 시스템은 연구원들이 ALAN의 생물학적 영향에 관한 다양한 흥미로운 질문을 평가할 수있게 해주었습니다. 또한, 시스템으로 추구 할 수있는 더 많은 연구 방향이 있습니다. 또한이 시스템의 사용을 다른 종으로 확대하면 ALAN에 대한 민감도의 상호 특이적 차이에 대한 이해를 촉진하는 데 도움이 될 수 있습니다. 미래의 연구를위한 몇 가지 비 철저…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
조류에 대한 ALAN의 생물학적 효과와 관련된 우리의 연구 프로그램은 FWO Flanders (M.E. 및 R.P., 프로젝트 ID : G.0A36.15N), 앤트워프 대학 및 유럽위원회 (M.L.G, Marie Skłodowska-Curie fellowship ID : 799667)로부터 자금을 지원받았습니다. 우리는 앤트워프 대학의 행동 생태학 및 생태 생리학 연구 그룹 구성원, 특히 Peter Scheys와 Thomas Raap의 지적 및 기술적 지원을 인정합니다.
Materials
| 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 |
Referências
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