Kunstigt lys om natten (ALAN) har vidtrækkende biologiske virkninger. Denne artikel beskriver et system til manipulation af ALAN inde i redekasser under overvågning af adfærd, der består af LED-lys koblet til et batteri, timer og lydkompatible infrarødt videokamera. Forskere kunne anvende dette system til at udforske mange udestående spørgsmål vedrørende virkningerne af ALAN på organismer.
Dyr har udviklet sig med naturlige mønstre af lys og mørke. Imidlertid introduceres kunstigt lys i stigende grad i miljøet fra menneskelig infrastruktur og rekreativ aktivitet. Kunstigt lys om natten (ALAN) har potentialet til at have udbredte virkninger på dyreadfærd, fysiologi og fitness, hvilket kan oversættes til bredere virkninger på befolkninger og samfund. At forstå virkningerne af ALAN på fritgående dyr er ikke trivielt på grund af udfordringer såsom måling af lysniveauer, som mobile organismer støder på, og adskillelse af virkningerne af ALAN fra virkningerne af andre menneskeskabte forstyrrelsesfaktorer. Her beskriver vi en tilgang, der giver os mulighed for at isolere virkningerne af kunstig lyseksponering på individuelle dyr ved eksperimentelt at manipulere lysniveauer inde i redekasser. Til dette formål kan et system bruges bestående af lysdiode (LED) lys (er), der klæbes til en plade og tilsluttes et batteri- og timersystem. Opsætningen gør det muligt at eksponere individer inde i redekasser for varierende intensiteter og varigheder af ALAN, samtidig med at der opnås videooptagelser, som også inkluderer lyd. Systemet er blevet brugt i studier af fritgående stormejser (Parus major) og blåmejser (Cyanistes caeruleus) for at få indsigt i, hvordan ALAN påvirker søvn- og aktivitetsmønstre hos voksne og fysiologi og telomerdynamik i udviklingen af nestlings. Systemet, eller en tilpasning heraf, kan bruges til at besvare mange andre spændende forskningsspørgsmål, såsom hvordan ALAN interagerer med andre forstyrrelsesfaktorer og påvirker bioenergetisk balance. Desuden kan lignende systemer installeres i eller i nærheden af redekasser, reder eller huler af en række arter for at manipulere niveauer af ALAN, evaluere biologiske reaktioner og arbejde hen imod at opbygge et interspecifikt perspektiv. Især når den kombineres med andre avancerede tilgange til overvågning af adfærd og bevægelse af fritlevende dyr, lover denne tilgang at give løbende bidrag til vores forståelse af de biologiske konsekvenser af ALAN.
Dyr har udviklet sig med de naturlige mønstre af lys og mørke, der definerer dag og nat. Således orkestrerer døgnrytmer i hormonelle systemer hvile- og aktivitetsmønstre og giver dyrene mulighed for at maksimerekonditionen 1,2,3. For eksempel primer døgnrytmen i glukokortikoidhormoner, med et højdepunkt ved begyndelsen af den daglige aktivitet, hvirveldyr til at opføre sig hensigtsmæssigt i løbet af 24-timers perioden via virkninger på glukosemetabolisme og lydhørhed over for miljømæssige stressfaktorer4. Tilsvarende er pinealhormonet melatonin, som frigives som reaktion på mørke, integreret involveret i styrende mønstre af døgnrytme og har også antioxidantegenskaber 5,6. Indlejring af mange aspekter af døgnrytme, såsom melatoninfrigivelse, påvirkes af fotoreceptionen af lysniveauer i miljøet. Således har indførelsen af kunstigt lys i miljøet for at understøtte menneskelig aktivitet, rekreation og infrastruktur potentialet til at have vidtrækkende virkninger på adfærd, fysiologi og egnethed hos fritgående dyr 7,8. Faktisk er forskellige virkninger af eksponering for kunstigt lys om natten (ALAN) blevet dokumenteret 9,10, og ALAN er blevet fremhævet som en prioritet for forskning i globale forandringeri det 21. århundrede10.
Måling af virkningerne af ALAN på fritgående dyr udgør ikke-trivielle udfordringer af en række årsager. For det første oplever mobile dyr, der bevæger sig gennem miljøet, konstant forskellige niveauer af lys. Hvordan kvantificerer man således det lysniveau, som de enkelte dyr udsættes for? Selv om lysniveauet på dyrets område kan kvantificeres, kan dyret anvende undgåelsesstrategier, der påvirker eksponeringsmønstre, hvilket kræver samtidig sporing af dyrets placering og lysniveauer. I de fleste feltundersøgelser er gennemsnittet og variationen i lyseksponeringsniveauer faktisk ukendt11. For det andet er eksponering for ALAN ofte korreleret med eksponering for andre menneskeskabte forstyrrelsesfaktorer, såsom støjforurening, kemisk eksponering og nedbrydning af levesteder. For eksempel vil dyr, der har levesteder langs vejkanten, blive udsat for lys fra gadelamper, støj fra biltrafik og luftforurening fra køretøjsemissioner. Hvordan isolerer man så effektivt virkningerne af ALAN fra virkningerne af forvirrende variabler? Strenge felteksperimenter, der muliggør gode målinger af både lyseksponeringsniveauer og responsvariabler, er afgørende for at evaluere sværhedsgraden af de biologiske virkninger af ALAN og for at udvikle effektive afbødningsstrategier11.
Denne artikel beskriver en eksperimentel tilgang, der, selvom den ikke er uden sine begrænsninger (se diskussionsafsnittet), hjælper med at dæmpe, hvis ikke eliminere de vanskeligheder, der er identificeret ovenfor. Fremgangsmåden indebærer eksperimentelt manipulation af ALAN-niveauer inde i redekasserne hos en fritlevende, daglig fugleart, musvitten (Parus major), ved hjælp af et system af lysdiode (LED) lys og et infrarødt (IR) kamera installeret i redekasser. Opsætningen muliggør samtidig erhvervelse af videooptagelser, herunder lyd, som gør det muligt for forskere at vurdere effekter på adfærd og vokaliseringer. Stormejser bruger redekasser til avl, og sover i redekasserne mellem november og marts. Hunnerne sover også inde i redekasserne i ynglesæsonen12. Systemet er også blevet brugt i mindre grad til at studere effekter af ALAN på blåmejser (Cyanistes caeruleus). Den første vanskelighed, der involverer at kende lysniveauer, som dyret støder på, mindskes ved, at lysniveauet kan bestemmes præcist af forskeren, da en person er villig til at komme ind i redekassen (eller allerede er i redekassen i tilfælde af immobile nestlings). Den anden vanskelighed, der involverer korrelationer til forvirrende variabler, kan styres ved at bruge redekasser i lignende miljøer og / eller måle niveauerne af forvirrende variabler nær redekasser. Derudover er det i hulrumsrugende fugle stærkt at vedtage en eksperimentel tilgang, fordi redekasser eller naturlige hulrum kan beskytte nestlings og voksne mod ALAN13, hvilket kan forklare, hvorfor nogle korrelative undersøgelser finder ringe effekt af ALAN (eller menneskeskabt støj)14, mens eksperimentelle undersøgelser oftere finder klare effekter (se nedenfor). Desuden kan der vedtages et eksperimentelt design med gentagne foranstaltninger, hvor enkeltpersoner tjener som deres egen kontrol, hvilket yderligere øger statistisk magt og sandsynligheden for at detektere meningsfulde biologiske virkninger. Afsnittene nedenfor: (1) forklare detaljerne i systemets design og implementering, (2) opsummere de vigtige resultater, der hidtil er blevet afledt ved hjælp af systemet, og (3) foreslå fremtidige forskningsretninger, der kan forfølges, både i bryster og andre dyr.
Dette redekassebaserede system af LED-lys og et parret IR-kamera har gjort det muligt for forskere at vurdere en række spændende spørgsmål vedrørende de biologiske virkninger af ALAN. Desuden er der mange flere forskningsretninger, der kan forfølges med systemet. Desuden kan en udvidelse af brugen af systemet til andre arter bidrage til at fremme forståelsen af interspecifikke forskelle i følsomhed over for ALAN. Nedenfor præsenteres nogle ikke-udtømmende muligheder for fremtidig forskning i håb om, at dette p…
The authors have nothing to disclose.
Vores forskningsprogram, der involverer de biologiske virkninger af ALAN på fugle, har modtaget finansiering fra FWO Flandern (til M.E. og R.P., projekt ID: G.0A36.15N), Antwerpen Universitet og Europa-Kommissionen (til M.L.G. Marie Skłodowska-Curie fellowship ID: 799667). Vi anerkender den intellektuelle og tekniske støtte fra medlemmer af Behavioral Ecology and Ecophysiology Research Group ved Universitetet i Antwerpen, især Peter Scheys og Thomas Raap.
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 |