Diese Forschung wurde teilweise durch einen University of Connecticut Research Advisory Council Faculty Large Grant an M. Rubega finanziert. K. Burgio wurde mit einem NrT-IGE-Stipendium der National Science Foundation #1545458 an M. Rubega unterstützt. Das Manuskript wurde durch das durchdachte Feedback von zwei anonymen Gutachtern deutlich verbessert.

Diese Arbeit beinhaltete keine Arbeit mit lebenden Tieren und war daher von der Überprüfung der Tierpflege ausgenommen.
1. Aufbau und Materialien (Abbildung 1)
<ol><li>Wenn keine flachen Häute der interessierenden Art verfügbar sind, verwenden Sie Spaws Protokoll29, um Häute aus frischen oder gefrorenen Exemplaren zu erstellen. Preen Federn in eine ordentliche, natürliche Position und trocken, um ein konstantes Gewicht zu erhalten, bevor Sie mit den Messungen fortfahren.</li>
	<li>Richten Sie ein Warmwasserbad mit konstanter Temperatur ein. HINWEIS: Diese Einrichtung ist ziemlich hoch, so dass es am einfachsten ist, das Heiße-Wasser-Bad auf dem Boden zu platzieren.</li>
	<li>Legen Sie eine Platte aus klarem Acrylglas (Table of Materials) über die Oberfläche des Warmwasserbades mit konstanter Temperatur. Das Glas ermöglicht die Übertragung der Wärme auf die Unterseite der Haut, ohne die Probe zu benetzen. HINWEIS: In dieser Pilotstudie wurde eine Acrylglasscheibe (0,125 zolldick) verwendet. Die Dicke des Glases beeinflusst nicht den Emissionsgrad30 des Materials (es wird immer 0,86 sein), aber es wird die absolute Temperatur an der Oberfläche des Glases beeinflussen(dh dickeres Glas führt zu einer niedrigeren Temperatur). Daher sollten alle Messungen mit einer Acrylglasscheibe gleicher Dicke durchgeführt werden.</li>
	<li>Legen Sie ein Stück Schaumstoffkernplatte (1 Zoll dick) mit einem kreisförmigen Loch (0,5 Durchmesser) über das Acrylglas. HINWEIS: Die Größe des Vogels sollte die Größe des Lochs und damit die Größe der ununterbrochenen Federung bestimmen, die Wärme von der Quelle erhält. Hier wird ein Loch mit einem Durchmesser von 0,5 verwendet, da diese Größe groß genug ist, um eine ausreichende Wärmeübertragung auf die Probe zu erreichen, während sie immer noch klein genug ist, um die Wärme unter den Brustfederbahnen (aller Vögel mit Ausnahme der kleinsten) zu zentrieren. Unabhängig von der Größe der thermischen Öffnung, um einen vergleichbaren und replizierbaren Wert für jeden Vogel zu erhalten, stellen Sie sicher, dass Sie Messungen mit Löchern der gleichen Größe durchführen.</li>
	<li>Befestigen Sie eine Wärmebildkamera an einem Stativ direkt über dem Setup mit dem minimalen Fokusabstand der Kamera. HINWEIS: Hier kommt eine FLIR SC655 Wärmebildkamera zum Einsatz (680 px x 480 px Auflösung, ±2 °C oder ±2% Lesegenauigkeit, 40 cm mindester Fokusabstand). Andere Kameras können sich in der Gradauflösung unterscheiden.</li>
	<li>Kalibrieren Sie die Kamera, indem Sie Folgendes in die Wärmebildkamera-Software eingeben:<ol>
<li>Ermitteln Sie die reflektierte Temperatur, indem Sie Aluminiumfolie (glänzende Seite nach oben) über den Schaum legen, wobei der Emissionsgrad in der Kamerakalibrierungssoftware auf 1,0 eingestellt ist. Machen Sie ein Wärmebild. Die Temperatur an der Oberfläche der Aluminiumfolie ist die reflektierte Temperatur, die der Umgebungstemperatur des Raumes ähnlich sein sollte.</li>
		<li>Legen Sie den Emissionsgradwert31 auf 0,95 fest. HINWEIS: 1) Der Emissionsgrad ist die relative Wärmemenge, die ein Objekt32 emittiert und von 0 bis 1 reicht. Ein Objekt mit einem hohen Emissionsgrad gibt eine große Menge an Wärme ab, während ein Objekt mit einem niedrigen Emissionsgrad wenig Wärmeabstrahlt 32. Dieser Wert stellt den Emissionsgrad von Federn dar. 2) Dieser Wert (0,95) ist umstritten. Cossins und Bowler behaupteten, dass Federn einen Emissionsgrad zwischen 0,90 und 0,95 haben, enthielten aber keine Beweise31. Hammel meldete einen Wert von 0,98, aber er erhielt diesen Wert von einer gefrorenen Probe, so dass es möglicherweise nicht genauist 33. Trotz des Mangels an Beweisen ist 0,95 Emissionsgrad der Wert, der am häufigsten in der Wärmebildkameraliteratur verwendet wird (wie Cossins und Bowler31 belegen).</li>
		<li>Stellen Sie sicher, dass die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit im Raum konstant sind. Diese Werte sollten vor jeder Messung gemessen und in der Kamerakalibrierungssoftware aktualisiert werden. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit aller Innenräume schwankt etwas, so dass die Aufzeichnung dieser Werte und deren Aktualisierung in der Software Messfehler reduziert. HINWEIS: Hier wird die FLIR ResearchIR Max-Software verwendet. Diese Software speichert nicht Daten für alle Bilder, daher ist es wichtig, alle diese Werte für jedes Bild aufzuzeichnen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Durchführung von Messungen
<ol><li>Stellen Sie das Warmwasserbad mit konstanter Temperatur auf eine Zieltemperatur ein (40 °C ist ein Proxy für die mittlere innere Kerntemperatur der meisten Singvögel)34. HINWEIS: Bei der Arbeit mit einer Art, deren Ruhekerntemperatur höher (z. B. Kolibris34)oder niedriger ist (z. B. Pinguine34 oder Laufvögel34,35),kann es angebracht sein, das Warmwasserbad entsprechend anzupassen. Abbildung 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Temperatur des Warmwasserbades und der Temperatur an der Oberfläche des Acrylglases (z. B. die tatsächliche Temperatur der Wärmequelle, der die flache Haut ausgesetzt ist).<ol>
<li>Die Ergebnisse dieses Protokolls (siehe Abbildung 5)deuten darauf hin, dass die Gewinnung von Messungen über einen Temperaturbereich hinweg auch Auffluss über thermische Leistungsunterschiede gibt. Um dies zu erreichen, folgen Sie dem Protokoll mit 5 °C-Schritten von 30-55 °C.</li>
	</ol></li>
	<li>Zeichnen Sie in der Wärmebildkamera-Software einen Kreis / eine Ellipse über das Loch im Schaum, aus dem die Wärme entweicht. Dadurch ist es möglich, diesen Bereich beim Auflegen der Haut auf den Schaum zu visualisieren, um sicherzustellen, dass der richtige Bereich auf der flachen Haut gemessen wird.</li>
	<li>Legen Sie die flache Hautprobe auf den Schaum mit dem interessierende Bereich über dem Loch. HINWEIS: Hier wird die Bauchregion jedes Vogels gemessen, da er nicht durch andere Körperteile wie den Flügel behindert wird und zentral genug ist, um nicht den Randeffekten ausgesetzt zu sein. Die Platzierung der Haut über dem Wärmeloch variiert je nach experimenteller Fragestellung. Im Allgemeinen wird empfohlen, direkt über einen Federtrakt und so weit wie möglich vom Hautrand entfernt zu platzieren. Stellen Sie sicher, dass Sie die Federn beim Platzieren der Haut nicht abflachen oder unordenten. Wenn nötig, bringen Sie sie in eine natürliche Position, sobald die Haut platziert ist.</li>
	<li>Warten Sie 15 Minuten, damit sich die Haut an die Wärmequelle gewöhnen kann. Werden zu früh Messungen durchgeführt, ist der Temperaturwert an der Oberfläche des Federfells zu niedrig. Hier stabilisiert sich die Temperaturübertragung durch Haut und Federn bei 15 min, so dass ein Warten von mehr als 15 min kein künstlich hohes Ergebnis liefert.</li>
	<li>Aufnahme eines Wärmebildes der flachen Haut.<ol>
<li>Stellen Sie den Emissionsgrad31 bis 0,95 ein, bevor Sie das Wärmebild aufnehmen.</li>
	</ol></li>
	<li>Entfernen Sie die Haut vom Schaum und machen Sie sofort ein Wärmebild des Setups ohne die flache Haut auf dem Schaum. Dieser quantifiziert die Temperatur an der Oberfläche des Acrylglases und kalibriert den Bereich der Wärmequelle mit dem Messbereich auf der flachen Haut.<ol>
<li>Hier beträgt der Emissionsgrad des verwendeten Acrylglases30 0,86. Stellen Sie sicher, dass Sie dies in der Wärmebildkamera-Software aufzeichnen, bevor Sie das Bild ohne Haut aufnehmen. HINWEIS: Die vom Warmwasserbad angezeigte Temperatur ist nicht unbedingt die Temperatur an der Oberfläche des Acrylglases (Abbildung 3), da seine Wärmeleitfähigkeit nicht perfekt ist. Die Verwendung der Temperatur des Glases reduziert Fehler bei der Schätzung, wie warm die Unterseite der Haut ist, und ist daher eine kombinierte Schätzung, wie viel Wärme durch die Haut und federn verloren geht.</li>
	</ol></li>
	<li>Legen Sie die Haut in der gleichen Position wieder auf den Schaum. Wiederholen Sie die Schritte 2.5 bis 2.6 für insgesamt fünf Versuche.<ol>
<li>Um die Probenhaut richtig zu platzieren, berühren Sie die Federn im Zielmessbereich vorsichtig mit einer Fingerspitze, entfernen Sie dann den Finger und betrachten Sie das Wärmebild. Die Restwärme des Fingers bleibt auf dem Wärmebild kurz sichtbar. Stellen Sie sicher, dass sich der Probenahmebereich innerhalb des in der Software gezeichneten sichtbaren Kreises befindet, der den Wärmebereich darstellt, der vom Warmwasserbad durch die Haut abstrahlt. Wenn dies nicht der Fall ist, bewegen Sie die Haut, bis sie es ist. Dieser Prozess ist in Abbildung 2dargestellt. HINWEIS: Während frische Häute (sofern verfügbar) die natürliche thermische Leistung der Haut bei einem lebenden Vogel besser darstellen können, ermöglicht die Verwendung trockener Haut für diese Messungen vergleichbare, wiederholbare Ergebnisse an einem viel größeren Pool von Proben. Daher sollten alle Messungen entweder mit auf konstantes Gewicht getrockneten Häuten oder sowohl auf der frischen als auch auf der getrockneten Haut von Proben durchgeführt werden.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Datenerfassung aus Wärmebildern
<ol><li>Jede Messung besteht aus zwei Wärmebildern: einem der flachen Haut und einem des Acrylglases. Öffnen Sie zunächst das Bild des Acrylglases. Richten Sie den in der Software gezeichneten Kreis mit dem im Bild sichtbaren Loch im Schaum aus. Notieren Sie den Temperaturwert in der Mitte des Kreises. HINWEIS: Weitere Informationen zum Extrahieren von Daten aus Wärmebildern finden Sie unter Senior et al.36.<ol>
<li>Stellen Sie sicher, dass Sie die Kamera mit den richtigen Werten kalibrieren. Stellen Sie den Emissionsgradvon 30 bis 0,86 ein und stellen Sie die Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit an die aktuellen Bedingungen im Labor ein, bevor Sie den Temperaturwert aufzeichnen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Öffnen Sie das Wärmebild der flachen Haut. Ohne den Kreis zu bewegen, notieren Sie den Temperaturwert in der Mitte des Kreises. HINWEIS: Da der Kreis nicht im Bild aufgezeichnet wird, ist es wichtig, die Platzierung des Kreises mit dem Bild des Acrylglases in Abschnitt 2.6 zu kalibrieren.<ol>
<li>Stellen Sie sicher, dass Sie die Kamera mit den richtigen Werten kalibrieren. Stellen Sie den Emissionsgrad31 auf 0,95 ein und stellen Sie sicher, dass die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit auf die aktuellen Bedingungen im Labor eingestellt sind, bevor Sie den Temperaturwert aufzeichnen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.2 für alle Messungen aller Proben.</li>
</ol>4. Berechnung der thermischen Leistung
<ol><li>Subtrahieren Sie die Temperatur der Oberfläche der Federschicht von der Temperatur des Acrylglases. Dieser Wert stellt die wärmeabgespeicherte Wärme dar, die vom Federmantel zurückgehalten wird.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Morris, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Feather+Postures+of+Birds+and+the+Problem+of+the+Origin+of+Social+Signals.">The Feather Postures of Birds and the Problem of the Origin of Social Signals.</a> Behaviour. 9, 75-111 (1956).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Study of the Body Temperature of Birds. Smithsonian Miscellaneous Collections. 72 (12), (1921).</li><li>Hart, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+in+Four+Species+of+Small+Wild+Birds.">Seasonal Acclimatization in Four Species of Small Wild Birds.</a> Physiological Zoology. 35 (3), 224-236 (1962).</li><li>Veghte, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+and+Metabolic+Responses+of+the+Gray+Jay+to+Cold+Stress.">Thermal and Metabolic Responses of the Gray Jay to Cold Stress.</a> Physiological Zoology. 37 (3), 316-328 (1964).</li><li>Brush, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetics,+Temperature+Regulation+and+Circulation+in+Resting,+Active+and+Defeathered+California+Quail,+Lophortyx+californicus.">Energetics, Temperature Regulation and Circulation in Resting, Active and Defeathered California Quail, Lophortyx californicus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 15, 399-421 (1965).</li><li>Dawson, W. R., Carey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+to+Temperature+in+Cardueline+Finches.">Seasonal Acclimatization to Temperature in Cardueline Finches.</a> Journal of Comparative Physiology. 112, 317-333 (1976).</li><li>Cooper, S. J., Swanson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+of+Thermoregulation+in+The+Black-Capped+Chickadee.">Seasonal Acclimatization of Thermoregulation in The Black-Capped Chickadee.</a> The Condor. 96, 638-646 (1994).</li><li>Bush, N. G., Brown, M., Downs, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Effects+on+Thermoregulatory+Responses+of+the+Rock+Kestrel,+Falco+rupicolis.">Seasonal Effects on Thermoregulatory Responses of the Rock Kestrel, Falco rupicolis.</a> Journal of Thermal Biology. 33, 404-412 (2008).</li><li>Nzama, S. N., Downs, C. T., Brown, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Variation+in+the+Metabolism-Temperature+Relation+of+House+Sparrows+(Passer+domesticus)+in+KwaZulu-Natal,+South+Africa.">Seasonal Variation in the Metabolism-Temperature Relation of House Sparrows (Passer domesticus) in KwaZulu-Natal, South Africa.</a> Journal of Thermal Biology. 35, 100-104 (2010).</li><li>Noakes, M. J., Wolf, B. O., McKechnie, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Metabolic+Acclimatization+Varies+in+Direction+and+Magnitude+among+Populations+of+an+Afrotropical+Passerine+Bird.">Seasonal Metabolic Acclimatization Varies in Direction and Magnitude among Populations of an Afrotropical Passerine Bird.</a> Physiological and Biochemical Zoology. 90 (2), 178-189 (2016).</li><li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+insulation+of+the+down+and+feathers+of+pygoscelid+penguin+chicks+and+the+unique+properties+of+penguin+feathers.">Thermal insulation of the down and feathers of pygoscelid penguin chicks and the unique properties of penguin feathers.</a> The Auk. 103 (1), 160-168 (1986).</li><li>Ward, J. M., Houston, D. C., Ruxton, G. D., McCafferty, D. J., Cook, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+resistance+of+chicken+(Gallus+domesticus)+plumage:+a+comparison+between+broiler+and+free-range+birds.">Thermal resistance of chicken (Gallus domesticus) plumage: a comparison between broiler and free-range birds.</a> British poultry science. 42 (5), 558-563 (2001).</li><li>Ward, J. M., Ruxton, G. D., Houston, D. C., McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+consequences+of+turning+white+in+winter:+a+comparative+study+of+red+grouse+Lagopus+lagopus+scoticus+and+Scandinavian+willow+grouse+L.+l.+lagopus.">Thermal consequences of turning white in winter: a comparative study of red grouse Lagopus lagopus scoticus and Scandinavian willow grouse L. l. lagopus.</a> Wildlife Biology. 13 (2), 120-130 (2007).</li><li>Lucas, A. M., Stettenheim, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Avian Anatomy: Integument. , (1972).</li><li>Osv&#225;th, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+feathered+are+birds?+Environment+predicts+both+mass+and+density+of+body+feathers.">How feathered are birds? Environment predicts both mass and density of body feathers.</a> Functional Ecology. 32, 701-712 (2018).</li><li>Pap, P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+phylogenetic+comparative+analysis+reveals+correlations+between+body+feather+structure+and+habitat.">A phylogenetic comparative analysis reveals correlations between body feather structure and habitat.</a> Functional Ecology. 31 (6), 1241-1251 (2017).</li><li>Caccamise, D. F., Weathers, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Winter+Nest+Microclimate+of+Monk+Parakeets.">Winter Nest Microclimate of Monk Parakeets.</a> The Wilson Bulletin. 89 (2), 346-349 (1977).</li><li>Broggi, J., Gamero, A., Hohtola, E., Orell, M., Nilsson, J. &. #. 1. 9. 7. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpopulation+variation+in+contour+feather+structure+is+environmentally+determined+in+great+tits.">Interpopulation variation in contour feather structure is environmentally determined in great tits.</a> PLoS ONE. 6 (9), 24942 (2011).</li><li>Howell, S. N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molt in North American Birds. , (2010).</li><li>Willoughby, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Unusual+Sequence+of+Molts+and+Plumages+in+Cassin's+and+Bachman's+Sparrows.">An Unusual Sequence of Molts and Plumages in Cassin's and Bachman's Sparrows.</a> The Condor. 88 (4), 461-472 (1986).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Number+of+Contour+Feathers+in+Passeriform+and+Related+Birds.">The Number of Contour Feathers in Passeriform and Related Birds.</a> Auk. 53, 159-169 (1936).</li><li>Staebler, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Number+of+Contour+Feathers+in+the+English+Sparrow.">Number of Contour Feathers in the English Sparrow.</a> The Wilson Bulletin. 53 (2), 126-127 (1941).</li><li>Barnett, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Temperature+Acclimatization+of+the+House+Sparrow,+Passer+domesticus.">Seasonal Changes in Temperature Acclimatization of the House Sparrow, Passer domesticus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 33, 559-578 (1970).</li><li>Middleton, A. L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Plumage+Structure+and+Body+Composition+of+the+American+Goldfinch,+Carduelis+tristis.">Seasonal Changes in Plumage Structure and Body Composition of the American Goldfinch, Carduelis tristis.</a> The Canadian Field-Naturalist. 100 (4), 545-549 (1986).</li><li>Lei, F. M., Qu, Y. H., Gan, Y. L., Gebauer, A., Kaiser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+feather+microstructure+of+Passerine+sparrows+in+China.">The feather microstructure of Passerine sparrows in China.</a> Journal f&#252;r Ornithologie. 143 (2), 205-213 (2002).</li><li>D'alba, L., Carlsen, T. H., &#193;sgeirsson, &. #. 1. 9. 3. ;., Shawkey, M. D., J&#243;nsson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contributions+of+feather+microstructure+to+eider+down+insulation+properties.">Contributions of feather microstructure to eider down insulation properties.</a> Journal of Avian Biology. 48 (8), 1150-1157 (2017).</li><li>Gilbert, C., Robertson, G., Le Maho, Y., Naito, Y., Ancel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Huddling+behavior+in+emperor+penguins:+dynamics+of+huddling.">Huddling behavior in emperor penguins: dynamics of huddling.</a> Physiology &amp; Behavior. 88, 479-488 (2006).</li><li>Kvadsheim, P. H., Folkow, L. P., Blix, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+device+for+measurement+of+the+thermal+conductivity+of+fur+and+blubber.">A new device for measurement of the thermal conductivity of fur and blubber.</a> Journal of thermal Biology. 19 (6), 431-435 (1994).</li><li>Spaw, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Combination Specimens a la Burke Museum. , 21-28 (1989).</li><li>Infrared Emissivity Table. ThermoWorks Available from: <a target="_blank" href="https://www.thermoworks.com/emissivity_table">https://www.thermoworks.com/emissivity_table</a> (2019)</li><li>Cossins, A. R., Bowler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Temperature Biology of Animals. , (1987).</li><li>Hammel, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+Emissivities+of+Some+Arctic+Fauna.">Infrared Emissivities of Some Arctic Fauna.</a> Journal of Mammalogy. 37 (3), 375-378 (1956).</li><li>McNab, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Analysis+of+the+Body+Temperatures+of+Birds.">An Analysis of the Body Temperatures of Birds.</a> The Condor. 68 (1), 47-55 (1966).</li><li>Crawford, E. C., Lasiewski, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+Consumption+and+Respiratory+Evaporation+of+the+Emu+and+Rhea.">Oxygen Consumption and Respiratory Evaporation of the Emu and Rhea.</a> The Condor. 70, 333-339 (1968).</li><li>Senior, R. A., Hill, J. K., Edwards, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ThermStats:+An+R+Package+for+Quantifying+Surface+Thermal+Heterogeneity+in+Assessments+of+Microclimates.">ThermStats: An R Package for Quantifying Surface Thermal Heterogeneity in Assessments of Microclimates.</a> Methods in Ecology and Evolution. 10, 1606-1614 (2019).</li><li>. FLIR Systems, Inc Available from: <a target="_blank" href="https://www.flir.com">https://www.flir.com</a> (2019)</li><li>McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+thermal+imaging+in+avian+science.">Applications of thermal imaging in avian science.</a> Ibis. 155 (1), 4-15 (2013).</li><li>Boonstra, R., Eadie, J. M., Krebs, C. J., Boutin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitations+of+Far+Infrared+Thermal+Imaging+in+Locating+Birds.">Limitations of Far Infrared Thermal Imaging in Locating Birds.</a> Journal of Field Ornithology. 66 (2), 192-198 (1955).</li><li>Rodbard, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weight+and+Body+Temperature.">Weight and Body Temperature.</a> Science. 111 (2887), 465-466 (1950).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preiszugeben.

Dieses Papier bietet ein Protokoll für wiederholbare, standardisierte Wärmebildmessungen von Vogel-Flachhautproben. Diese Methode ermöglicht es, die thermische Leistung des Federmantels zwischen Arten, innerhalb von Arten, zwischen vergleichbaren Individuen und an verschiedenen Stellen auf den Körpern von Individuen zu vergleichen, ohne das Exemplar zu zerstören.
Die Verfügbarkeit der notwendigen Materialien und Ausrüstungen kann eine Einschränkung dieser Methode sein. Obwohl Wärmebil...

Federn sind das bestimmende Merkmal von Vögeln und erfüllen viele Funktionen, darunter die Isolierung1. Vögel haben die höchsten durchschnittlichen Kerntemperaturen aller Wirbeltiergruppen, und Federn, die sie vor Umwelttemperaturänderungen isolieren, sind ein wichtiger Bestandteil der Energiebilanz, insbesondere in kalten Umgebungen2. Trotz der Bedeutung von Federn hat sich der Großteil der Literatur über Veränderungen des thermischen Zustands bei Vögeln auf metabolische Reaktionen auf Temperaturschwankungen konzentriert und nicht auf die Funktion von Federn als Isolierung3,4,5,6,7,8,9,10 (für weitere Details siehe Ward et al.) 11,12,13. Federn selbst können jedoch je nach Zeit, Individuen und Arten variieren.
Die hier vorgestellte Methode ist nützlich, um den gesamtthermischen Wert des Federfells allein zu quantifizieren. Es entfernt Störfaktoren bei lebenden Vögeln, wie z.B. Verhaltensthermoregulation1 und unterschiedliche Mengen an Isolierfett. Eine umfassendere Messung der thermischen Leistung von Federmänteln ist notwendig, um besser zu verstehen, wie Federn zur Isolierung beitragen und wie diese zwischen und innerhalb der Arten während der Lebensgeschichte und des Jahreszyklus eines Vogels variiert.
Federn isolieren Vögel, indem sie Luft sowohl zwischen haut und federn als auch in den Federn einfangen, und sie schaffen eine physische Barriere gegen Wärmeverlust14. Federn bestehen aus einem zentralen Federschaft, genannt Rachis, mit Vorsprüngen, die Barben14genannt werden. Barbules sind kleine, sekundäre Projektionen auf Widerhaken, die mit benachbarten Widerhaken ineinandergreifen, um die Feder zu "reißt" und ihr Struktur verleiht. Darüber hinaus fehlt Daunenfedern eine zentrale Rachis und haben wenige Barbulen, wodurch sie eine lose, isolierende Masse von Widerhaken über der Haut bilden14. Federmäntel variieren zwischen Den Arten15,16, innerhalb der Arten17,18und innerhalb vergleichbarer Individuen2,19,20,21,22,23,24. Es gibt jedoch wenig quantitative Informationen darüber, wie sich Variationen in der Anzahl der Federn, die relative Häufigkeit verschiedener Arten von Federn auf einem Vogel oder Änderungen in der Anzahl der Widerhaken / Barben auf die gesamte thermische Leistung eines Federfells auswirken. Frühere Studien konzentrierten sich auf die Bestimmung eines einzigen Mittelwerts der Isolierung und Wärmeleitfähigkeit für eine bestimmte Spezies11,12,13.
Es ist bekannt, dass das Federfell von Art zu Art variiert. Zum Beispiel haben die meisten Vögel unterschiedliche Hautbereiche, aus denen Federn wachsen oder nicht, die Pterylen und Apteria genannt werden, bzw.14. Die Platzierung der Pterylen (manchmal auch "Federtrakte" genannt) variiert je nach Art und hat einen gewissen Wert als taxonomisches Zeichen14. Einige Vögel (z. B. Laufvögel und Pinguine) haben diese Pterylose jedoch verloren und haben eine gleichmäßige Verteilung der Federn über den Körper14. Darüber hinaus haben verschiedene Arten, insbesondere solche, die verschiedene Umgebungen bewohnen, unterschiedliche Anteile an Federtypen15. Zum Beispiel haben Vögel, die kältere Klimazonen bewohnen, mehr Daunenfedern15 und Konturfedern mit einem größeren kleulaceösen Anteil16 als Arten, die wärmere Umgebungen bewohnen.
Die Mikrostruktur bestimmter Arten von Federn kann sich auch auf die Isolierung der Arten25,26auswirken. Lei et al. verglichen die Mikrostruktur der Konturfedern vieler chinesischer Passerine-Spatzen und fanden heraus, dass Arten, die kältere Umgebungen bewohnen, einen höheren Anteil an klempnösen Widerhaken in jeder Konturfeder, längere Barbules, höhere Knotendichte und größere Knoten aufweisen als Arten, die wärmere Umgebungen bewohnen25. D'alba et al. verglichen die Mikrostruktur von Daunenfedern von Eideten (Somateria mollissima) und Graugänsen (Anser anser) und beschrieben, wie sich diese Unterschiede sowohl auf die Kohäsivitätsfähigkeit der Federn als auch auf die Fähigkeit der Federn, Luft einzufangen, auswirken26. Quantitative Vergleichsdaten darüber, wie sich diese Variationen der Federung auf die gesamte thermische Leistung des Federfells über Arten hinweg auswirken, sind begrenzt (weitere Details finden Sie unter Taylor und Ward et al.). 11,13.
Innerhalb einer Art kann die thermische Leistung des Federmantels variieren. Einige Arten, wie der Mönchssittich (Myiopsitta monachus)17, bewohnen sehr große und vielfältige geografische Verbreitungsgebiete. Die unterschiedlichen thermischen Belastungen, die durch diese verschiedenen Umgebungen entstehen, können die Federmäntel von Vögeln innerhalb einer Art regional beeinflussen, aber es gibt derzeit keine Daten zu diesem Thema. Zusätzlich verglichen Broggi et al. zwei Populationen von Kohlmeisen (Parus major L.) auf der Nordhalbkugel. Sie zeigten, dass konturfedern der nördlicheren Population dichter, aber kürzer und weniger proportional klemulaceous waren als die der südlicheren Population. Diese Unterschiede verschwanden jedoch, als Vögel aus beiden Populationen am selben Ort aufgezogen wurden18.
Darüber hinaus erklärten Broggi et al. diese Ergebnisse als plastische Reaktion auf unterschiedliche thermische Bedingungen, aber sie maßen nicht die Isolationswerte dieser verschiedenen Federmäntel18. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die Konturfederdichte für die Isolierung wichtiger ist als der Anteil der plumulaceösen Widerhaken in Konturfedern, aber Broggi et al. schlugen vor, dass nördliche Populationen aufgrund eines Mangels an ausreichenden Nährstoffen möglicherweise nicht in der Lage sind, optimale Federn zu produzieren18. Quantitative Messungen der thermischen Gesamtleistung dieser Federmäntel würden das Verständnis der Bedeutung von Gefiederunterschieden fördern.
Im Laufe der Zeit variieren die Federmäntel der einzelnen Vögel. Mindestens einmal im Jahr häuten sich alle Vögel (ersetzen alle ihre Federn)19. Im Jahresende werden Federngetragen 2,20 und weniger zahlreich18,21,22,23. Einige Vögel häuten sich mehr als einmal im Jahr und geben ihnen jedes Jahr mehrere verschiedene Federmäntel19. Middleton zeigte, dass amerikanische Stieglitze(Spinus tristis),die sich zweimal im Jahr häuten, in den Wintermonaten eine höhere Anzahl von Federn und einen höheren Anteil an Daunenfedern in ihrem Grundgefieder haben als in ihrem alternativen Gefieder in den Sommermonaten24. Diese jährlichen Unterschiede im Federfell können es Vögeln ermöglichen, in kälteren Perioden passiv mehr Wärme zu sparen oder in warmen Jahreszeiten passiv mehr Wärme abzugeben, aber keine Studien haben dies schlüssig getestet.
Obwohl Vögel verhaltensmäßig1,27 thermoregulieren und sich metabolisch an verschiedene thermischeBedingungen 3,4,5,6,7,8,9,10,26akklimatisieren können , spielen Federn eine wichtige Rolle bei der Thermoregulation, indem sie eine konstante Isolationsschicht bereitstellen. Die hier beschriebene Methode soll Fragen über das Federfell allein und seine Rolle bei der passiven Thermoregulation (d.h. wie viel Wärme behält ein lebender Vogel, ohne sein Verhalten oder seinen Stoffwechsel zu verändern?) beantworten, indem die Federn isoliert werden. Während aktive und physiologische Thermoregulation ökologisch wichtig ist, ist es auch wichtig zu verstehen, wie die Federn allein bei der Isolierung helfen und wie sie die Notwendigkeit einer aktiven Verhaltens- und physiologischen Thermoregulation beeinflussen.
Frühere Studien haben Methoden zur Quantifizierung der Wärmeleitfähigkeit und Wärmeisolierung von Tierfellen11,12,13,28etabliert. Das hier vorgestellte Verfahren ist eine Erweiterung der Methode "bewachte Heizplatte"11,12,13,28. Das hier beschriebene Verfahren misst jedoch die Temperatur an der äußeren Grenze des Federmantels mit einer Wärmebildkamera anstelle von Thermoelementen. Die guarded hot plate Methode gibt sehr genaue Schätzungen des Energieflusses durch ein Fell, aber es erfordert den Bau einer Multi-Material-Heizplatte, eine gewisse Vertrautheit mit der Verwendung von Thermoelementen und Thermopiles und die zerstörerische Verwendung eines Fells, das in kleine Stücke geschnitten werden muss. Diese Stücke werden dann gefettet, um Luft zwischen der Probe und dem Heizplattenapparat zu entfernen. Mit Ausnahme der wenigen Vögel, denen Apteria fehlt (z. B. Pinguine), ist das Schneiden kleiner Quadrate aus Vogelhäuten für Vergleichszwecke problematisch, da die Lage des Schnitts große Auswirkungen auf die Anzahl der Federn hat, die tatsächlich an der Haut befestigt sind (und darüber liegt). Dieses Problem wird durch die Variation zwischen taxa in Der Anwesenheit, Größe und Platzierung von Ptyerlae14verschärft.
Während Museumsexemplare eine potenziell reiche Ressource für die Beurteilung der Unterschiede in der Isolierung zwischen Vögeln sein können, ist die Erlaubnis, Hautproben in wissenschaftlichen Sammlungen zu schneiden und zu fetten, im Allgemeinen unerreichbar. Darüber hinaus können Proben, die aus der Wildnis für bewachte Heizplattenmessungen entnommen wurden, nicht nachträglich als Museumsproben verwendet werden. Die hier vorgestellte Methode unterscheidet sich von der methode der bewachten Heizplatte dadurch, dass sie mit ganzen getrockneten Vogelhäuten verwendet werden kann, ohne dass 1) die Zerstörung der Probe erforderlich ist und 2) die Unterseite der Haut eingefettet wird. Es verwendet Wärmebildkameras, die zunehmend erschwinglich (wenn auch immer noch relativ teuer), präzise und für Live-Vogelmessungen von thermischen Beziehungen verwendet werden.
Diese Methode misst den Energiefluss (und damit die Wärmeleitfähigkeit oder den Isolationswert) durch die Haut und die Federn nicht direkt wie die methode der geschützten Heizplatte. Stattdessen misst es die Temperatur an der äußeren Grenze eines Federmantels mit einer Wärmebildkamera. Die resultierenden Werte stellen ein integriertes Maß für die Wärme dar, die passiv durch die Haut, Federn und dazwischen eingeschlossene Luft verloren geht (im Vergleich zu einer Wärmequelle darunter). Proben, die als flache Häute vorbereitet und mit der beschriebenen Technik gemessen wurden, können in Sammlungen aufbewahrt werden und bieten einen wertschöpfenden Wert für die zukünftige Forschung. Diese Methode bietet eine standardisierte, vergleichbare und relativ einfache Möglichkeit, die thermische Leistung des Federfells in jeder flachhäutigen Probe zu messen, was besonders bei inter- und intraspezifischen Vergleichen nützlich ist.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminum Foil</td>
			<td>Reynolds Wrap</td>
			<td>109000831</td>
			<td>30 square ft.; this exact model need not be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Foam Core Board</td>
			<td>Foamular</td>
			<td>20WE</td>
			<td>1 in. x 4 ft. x 8 ft; this exact model need no be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>General Purpose Water Bath</td>
			<td>PolyScience</td>
			<td>WB02</td>
			<td>Ambiet +5 &#176;C to 100 &#176;C; &#177;.01 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDF Data logger</td>
			<td>Elitech</td>
			<td>RC-51H</td>
			<td>Built in temperature and humidity sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plexiglass</td>
			<td>AdirOffice</td>
			<td>1212-3-C</td>
			<td>Acrylic glass; 12 in. x 12 in. x 1/8 in.; this exact model need not be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal Image Analysis Software</td>
			<td>FLIR</td>
			<td>ResearchIR Max v4.40.7.26 (64-bit)</td>
			<td>Allows collection of precise, quantitative thermal data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal Imaging Camera</td>
			<td>FLIR</td>
			<td>SC655</td>
			<td>680x480-pixel resolution, &#177;2 &#176;C or &#177;2% accuracy, 40 cm minimum focusing distance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tripod</td>
			<td>The Audubon Shop</td>
			<td>The Birder Tripod with Manfrotto 700RC2 Rapid Release Head</td>
			<td>65&#34; maximum height; this exact model need not be used.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using a thermal camera to measure heat loss through bird feather coats

Federn sind für die Isolierung und damit für die Kosten der Thermoregulation bei Vögeln unerlässlich. Es gibt robuste Literatur über die energetischen Kosten der Thermoregulation bei Vögeln unter verschiedenen ökologischen Umständen. Nur wenige Studien charakterisieren jedoch den Beitrag der Federn allein zur Thermoregulation. Mehrere frühere Studien haben Methoden zur Messung des Isolationswertes von Tierfellen etabliert, erfordern jedoch zerstörerische Probenahmemethoden, die für Vögel problematisch sind, deren Federn nicht gleichmäßig über die Haut verteilt sind. Weitere Informationen werden benötigt über 1) wie der Beitrag von Federn zur Thermoregulation sowohl innerhalb als auch innerhalb der Arten variiert und 2) wie sich Federmäntel im Laufe von Raum und Zeit verändern können. Hier wird eine Methode zur schnellen und direkten Messung der thermischen Leistung von Federmänteln und der Haut mit getrockneten Ganzhautproben berichtet, ohne dass die Hautprobe zerstört werden muss. Diese Methode isoliert und misst den thermischen Gradienten über ein Federfell in einer Weise, die Messungen des Wärmeverlusts und der Stoffwechselkosten bei lebenden Vögeln, die Verhaltens- und physiologische Strategien zur Thermoregulation verwenden, nicht möglich sind. Die Methode verwendet eine Wärmebildkamera, die die schnelle Erfassung quantitativer Wärmedaten ermöglicht, um den Wärmeverlust von einer stabilen Quelle durch die Haut zu messen. Dieses Protokoll kann leicht auf verschiedene Forschungsfragen angewendet werden, ist auf alle Vogeltaxa anwendbar und erfordert keine Zerstörung der Hautprobe. Schließlich wird es das Verständnis der Bedeutung der passiven Thermoregulation bei Vögeln fördern, indem die Erhebung quantitativer Daten vereinfacht und beschleunigt wird.

Repräsentative Ergebnisse einer Serie von einem Individuum jeder von fünf Arten, gemessen bei sechs Temperaturen, sind in Abbildung 4 und Abbildung 5dargestellt. Diese zeigen, dass kleine Variationen in der Platzierung der Haut zu Schwankungen der Messwerte von bis zu 1,7 °C führen können.Abbildung 4 zeigt, wie das Training eines Prüfers die Wiederholbarkeit der Messungen erhöht. So wurde beispielsweise derselbe einzelne Haus...

Watch this Scientific Journal Video about Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats at JoVE.com

Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

Dieses Protokoll beschreibt die Quantifizierung der Wärmeübertragung durch eine flachhäutige Vogelprobe mit einer Wärmebildkamera und einem Warmwasserbad. Die Methode ermöglicht die Gewinnung quantitativer, vergleichender Daten über die thermische Leistung von Federmänteln über Arten hinweg unter Verwendung von getrockneten Flachhautproben.

Verwenden einer Wärmebildkamera zur Messung des Wärmeverlusts durch Vogelfedermäntel

Feathers are essential to insulation, and therefore to the cost of thermoregulation,&#160;in birds. There is robust literature on the energetic cost of ...

using-a-thermal-camera-to-measure-heat-loss-through-bird-feather-coats

Research

JoVE Journal

Biology

3.4K Aufrufe.  University of Connecticut. Dieses Protokoll beschreibt die Quantifizierung der Wärmeübertragung durch eine flachhäutige Vogelprobe mit einer Wärmebildkamera und einem Warmwasserbad. Die Methode ermöglicht die Gewinnung quantitativer, vergleichender Daten über die thermische Leistung von Federmänteln über Arten hinweg unter Verwendung von getrockneten Flachhautproben.

Serie: Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

Transformation of Plasmid DNA into E. coli Using the Heat Shock Method

Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method is a basic technique of molecular biology. It consists of inserting a foreign plasmid or ligation product into bacteria. This video protocol describes the traditional method of transformation using commercially available chemically competent bacteria from Genlantis. After a short incubation in ice, a mixture of chemically competent bacteria and DNA is placed at 42&deg;C for 45 seconds (heat shock) and then placed back in ice. SOC media is added and the transformed cells are incubated at 37&deg;C for 30 min with agitation. To be assured of isolating colonies irrespective of transformation efficiency, two quantities of transformed bacteria are plated. This traditional protocol can be used successfully to transform most commercially available competent bacteria. The turbocells from Genlantis can also be used in a novel 3-minute transformation protocol, described in the instruction manual.

Transformation von Plasmid-DNA in E. coli mit dem Hitzeschock-Methode

Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method is a basic technique of molecular biology. It consists of inserting a foreign ...

Forschung

Biologie

A Behavioral Assay to Measure Responsiveness of Zebrafish to Changes in Light Intensities 

The optokinetic reflex (OKR) is a basic visual reflex exhibited by most vertebrates and plays an important role in stabilizing the eye relative to the visual scene. However, the OKR requires that an animal detect moving stripes and it is possible that fish that fail to exhibit an OKR may not be completely blind. One zebrafish mutant, the no optokinetic response c (nrc) has no OKR under any light conditions tested and was reported to be completely blind. Previously, we have shown that OFF-ganglion cell activity can be recorded in these mutants. To determine whether mutant fish with no OKR such as the nrc mutant can detect simple light increments and decrements we developed the visual motor behavioral assay (VMR). In this assay, single zebrafish larvae are placed in each well of a 96-well plate allowing the simultaneous monitoring of larvae using an automated video-tracking system. The locomotor responses of each larva to 30 minutes light ON and 30 minutes light OFF were recorded and quantified. WT fish have a brief spike of motor activity upon lights ON, known as the startle response, followed by return to lower-than baseline activity, called a freeze. WT fish also sharply increase their locomotor activity immediately following lights OFF and only gradually (over several minutes) return to baseline locomotor activity. The nrc mutants respond similarly to light OFF as WT fish, but exhibit a slight reduction in their average activity as compared to WT fish. Motor activity in response to light ON in nrc mutants is delayed and sluggish. There is a slow rise time of the nrc mutant response to light ON as compared to WT light ON response. The results indicate that nrc fish are not completely blind. Because teleosts can detect light through non-retinal tissues, we confirmed that the immediate behavioral responses to light-intensity changes require intact eyes by using the chokh (chk) mutants, which completely lack eyes from the earliest stages of development. In our VMR assay, the chk mutants exhibit no startle response to either light ON or OFF, showing that the lateral eyes mediate this behavior. The VMR assay described here complements the well-established OKR assay, which does not test the ability of zebrafish larvae to respond to changes in light intensities. Additionally, the automation of the VMR assay lends itself to high-throughput screening for defects in light-intensity driven visual responses.

A Behavioral Assay to Measure Responsiveness of Zebrafish to Changes in Light Intensities

We developed the Visual-Motor Response to quantitate the motor output of larval zebrafish in response to light increments and decrements. We also examined zebrafish vision mutants, including the no optokinetic response (nrc) mutants, which were thought to be completely blind when tested by another vision assay, the optokinetic reflex.

A Behavioral Assay, um die Reaktionsfähigkeit der Zebrafisch zu Änderungen in Lichtintensitäten messen

The optokinetic reflex (OKR) is a basic visual reflex exhibited by most vertebrates and plays an important role in stabilizing the eye relative to the ...

Rapid PCR Thermocycling using Microscale Thermal Convection

Many molecular biology assays depend in some way on the polymerase chain reaction (PCR) to amplify an initially dilute target DNA sample to a detectable concentration level. But the design of conventional PCR thermocycling hardware, predominantly based on massive metal heating blocks whose temperature is regulated by thermoelectric heaters, severely limits the achievable reaction speed1. Considerable electrical power is also required to repeatedly heat and cool the reagent mixture, limiting the ability to deploy these instruments in a portable format.
Thermal convection has emerged as a promising alternative thermocycling approach that has the potential to overcome these limitations2-9. Convective flows are an everyday occurrence in a diverse array of settings ranging from the Earth's atmosphere, oceans, and interior, to decorative and colorful lava lamps. Fluid motion is initiated in the same way in each case: a buoyancy driven instability arises when a confined volume of fluid is subjected to a spatial temperature gradient. These same phenomena offer an attractive way to perform PCR thermocycling. By applying a static temperature gradient across an appropriately designed reactor geometry, a continuous circulatory flow can be established that will repeatedly transport PCR reagents through temperature zones associated with the denaturing, annealing, and extension stages of the reaction (Figure 1). Thermocycling can therefore be actuated in a pseudo-isothermal manner by simply holding two opposing surfaces at fixed temperatures, completely eliminating the need to repeatedly heat and cool the instrument.
One of the main challenges facing design of convective thermocyclers is the need to precisely control the spatial velocity and temperature distributions within the reactor to ensure that the reagents sequentially occupy the correct temperature zones for a sufficient period of time10,11. Here we describe results of our efforts to probe the full 3-D velocity and temperature distributions in microscale convective thermocyclers12. Unexpectedly, we have discovered a subset of complex flow trajectories that are highly favorable for PCR due to a synergistic combination of (1) continuous exchange among flow paths that provides an enhanced opportunity for reagents to sample the full range of optimal temperature profiles, and (2) increased time spent within the extension temperature zone the rate limiting step of PCR. Extremely rapid DNA amplification times (under 10 min) are achievable in reactors designed to generate these flows.

We describe a novel method to perform DNA replication via the polymerase chain reaction (PCR). Thermal convection is harnessed to continuously shuttle reagents between denaturing, annealing, and extension conditions by maintaining opposing surfaces of the reactor at constant temperature. This inherently simple design promises to make rapid PCR more accessible.

Rapid PCR Thermocycling mit Microscale thermische Konvektion

Many molecular biology assays depend in some way on the polymerase chain reaction (PCR) to amplify an initially dilute target DNA sample to a detectable ...

Preparation of Quality Inositol Pyrophosphates

Myo-inositol is present in nature either unmodified or in more complex phosphorylated derivates. Of the latest, the two most abundant in eukaryotic cells are inositol pentakisphosphate (IP5) and inositol hexakisphosphate (phytic acid or IP6). IP5 and IP6 are the precursors of inositol pyrophosphate molecules that contain one or more pyrophosphate bonds1. Phosphorylation of IP6 generates diphoshoinositolpentakisphosphate (IP7 or PP-IP5) and bisdiphoshoinositoltetrakisphosphate (IP8 or (PP)2-IP4). Inositol pyrophosphates have been isolated from all eukaryotic organisms so far studied. In addition, the two distinct classes of enzymes responsible for inositol pyrophosphate synthesis are highly conserved throughout evolution2-4.
The IP6 kinases (IP6Ks) posses an enormous catalytic flexibility, converting IP5 and IP6 to PP-IP4 and IP7 respectively and subsequently, by using these products as substrates, promote the generation of more complex molecules5,6. Recently, a second class of pyrophosphate generating enzymes was identified in the form of the yeast protein VIP1 (also referred as PP-IP5K), which is able to convert IP6 to IP7 and IP87,8.
Inositol pyrophosphates regulate many disparate cellular processes such as insulin secretion9, telomere length10,11, chemotaxis12, vesicular trafficking13, phosphate homeostasis14 and HIV-1 gag release15. Two mechanisms of actions have been proposed for this class of molecules. They can affect cellular function by allosterically interacting with specific proteins like AKT16. Alternatively, the pyrophosphate group can donate a phosphate to pre-phosphorylated proteins17. The enormous potential of this research field is hampered by the absence of a commercial source of inositol pyrophosphates, which is preventing many scientists from studying these molecules and this new post-translational modification. The methods currently available to isolate inositol pyrophosphates require sophisticated chromatographic apparatus18,19. These procedures use acidic conditions that might lead to inositol pyrophosphate degradation20 and thus to poor recovery. Furthermore, the cumbersome post-column desalting procedures restrict their use to specialized laboratories.
In this study we describe an undemanding method for the generation, isolation and purification of the products of the IP6-kinase and PP-IP5-kinases reactions. This method was possible by the ability of polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) to resolve highly phosphorylated inositol polyphosphates20. Following IP6K1 and PP-IP5K enzymatic reactions using IP6 as the substrate, PAGE was used to separate the generated inositol pyrophosphates that were subsequently eluted in water.

Inositol pyrophosphates play an important role in human pathologies such cancer, diabetes and obesity; however, the exact mechanism of action is a matter of dispute. The lack of commercially available inositol pyrophosphates renders detailed studies problematic. Here we describe a simple protocol to produce and isolate milligrams of inositol pyrophosphates.

Erstellung von Qualitäts-Inositol Pyrophosphate

Myo-inositol is present in nature either unmodified or in more complex phosphorylated derivates. Of the latest, the two most abundant in eukaryotic cells ...

Large-scale Gene Knockdown in C. elegans Using dsRNA Feeding Libraries to Generate Robust Loss-of-function Phenotypes

RNA interference by feeding worms bacteria expressing dsRNAs has been a useful tool to assess gene function in C. elegans. While this strategy works well when a small number of genes are targeted for knockdown, large scale feeding screens show variable knockdown efficiencies, which limits their utility. We have deconstructed previously published RNAi knockdown protocols and found that the primary source of the reduced knockdown can be attributed to the loss of dsRNA-encoding plasmids from the bacteria fed to the animals. Based on these observations, we have developed a dsRNA feeding protocol that greatly reduces or eliminates plasmid loss to achieve efficient, high throughput knockdown. We demonstrate that this protocol will produce robust, reproducible knock down of C. elegans genes in multiple tissue types, including neurons, and will permit efficient knockdown in large scale screens. This protocol uses a commercially available dsRNA feeding library and describes all steps needed to duplicate the library and perform dsRNA screens. The protocol does not require the use of any sophisticated equipment, and can therefore be performed by any C. elegans lab.

Large-scale Gene Knockdown in C. elegans Using dsRNA Feeding Libraries to Generate Robust Loss-of-function Phenotypes

While dsRNA feeding in C. elegans is a powerful tool to assess gene function, current protocols for large scale feeding screens result in variable knockdown efficiencies. We describe an improved protocol for performing large scale RNAi feeding screens that results in highly efficacious and reproducible knockdown of gene expression.

Groß Gene Knockdown in<em&gt; C. elegans</em&gt; Verwenden dsRNA Fütterung Bibliotheken zu Robust Loss-of-function Phänotypen generieren

RNA interference by feeding worms bacteria expressing dsRNAs has been a useful tool to assess gene function in C. elegans. While this strategy works well ...

Quantitative Immunofluorescence Assay to Measure the Variation in Protein Levels at Centrosomes

Centrosomes are small but important organelles that serve as the poles of mitotic spindle to maintain genomic integrity or assemble primary cilia to facilitate sensory functions in cells. The level of a protein may be regulated differently at centrosomes than at other .cellular locations, and the variation in the centrosomal level of several proteins at different points of the cell cycle appears to be crucial for the proper regulation of centriole assembly. We developed a quantitative fluorescence microscopy assay that measures relative changes in the level of a protein at centrosomes in fixed cells from different samples, such as at different phases of the cell cycle or after treatment with various reagents. The principle of this assay lies in measuring the background corrected fluorescent intensity corresponding to a protein at a small region, and normalize that measurement against the same for another protein that does not vary under the chosen experimental condition. Utilizing this assay in combination with BrdU pulse and chase strategy to study unperturbed cell cycles, we have quantitatively validated our recent observation that the centrosomal pool of VDAC3 is regulated at centrosomes during the cell cycle, likely by proteasome-mediated degradation specifically at centrosomes.

Here, a novel quantitative fluorescence assay is developed to measure changes in the level of a protein specifically at centrosomes by normalizing that protein&#8217;s fluorescence intensity to that of an appropriate internal standard.

Quantitative Immunfluoreszenz-Assay, um die Variation der Protein-Ebene an Zentrosomen Messen

Centrosomes are small but important organelles that serve as the poles of mitotic spindle to maintain genomic integrity or assemble primary cilia to ...

Using plusTipTracker Software to Measure Microtubule Dynamics in Xenopus laevis Growth Cones

Microtubule (MT) plus-end-tracking proteins (+TIPs) localize to the growing plus-ends of MTs and regulate MT dynamics1,2. One of the most well-known and widely-utilized +TIPs for analyzing MT dynamics is the End-Binding protein, EB1, which binds all growing MT plus-ends, and thus, is a marker for MT polymerization1. Many studies of EB1 behavior within growth cones have used time-consuming and biased computer-assisted, hand-tracking methods to analyze individual MTs1-3. Our approach is to quantify global parameters of MT dynamics using the software package, plusTipTracker4, following the acquisition of high-resolution, live images of tagged EB1 in cultured embryonic growth cones5. This software is a MATLAB-based, open-source, user-friendly package that combines automated detection, tracking, visualization, and analysis for movies of fluorescently-labeled +TIPs. Here, we present the protocol for using plusTipTracker for the analysis of fluorescently-labeled +TIP comets in cultured Xenopus laevis growth cones. However, this software can also be used to characterize MT dynamics in various cell types6-8.

Using plusTipTracker Software to Measure Microtubule Dynamics in Xenopus laevis Growth Cones

The MATLAB-based, open source software package, plusTipTracker, can be used to analyze image series of fluorescently-labeled +TIPs to quantify microtubule dynamics.

Verwendung plusTipTracker Software zum Messen in die Dynamik der Mikrotubuli<em&gt; Xenopus laevis</em&gt; Wachstumskegel

Microtubule (MT) plus-end-tracking proteins (+TIPs) localize to the growing plus-ends of MTs and regulate MT dynamics1,2. One of the most well-known and ...

A New Technique for Quantitative Analysis of Hair Loss in Mice Using Grayscale Analysis

Alopecia is a common form of hair loss which can occur in many different conditions, including male-pattern hair loss, polycystic ovarian syndrome, and alopecia areata. Alopecia can also occur as a side effect of chemotherapy in cancer patients. In this study, our goal was to develop a consistent and reliable method to quantify hair loss in mice, which will allow investigators to accurately assess and compare new therapeutic approaches for these various forms of alopecia. The method utilizes a standard gel imager to obtain and process images of mice, measuring the light absorption, which occurs in rough proportion to the amount of black (or gray) hair on the mouse. Data that has been quantified in this fashion can then be analyzed using standard statistical techniques (i.e., ANOVA, T-test). This methodology was tested in mouse models of chemotherapy-induced alopecia, alopecia areata and alopecia from waxing. In this report, the detailed protocol is presented for performing these measurements, including validation data from C57BL/6 and C3H/HeJ strains of mice. This new technique offers a number of advantages, including relative simplicity of application, reliance on equipment which is readily available in most research laboratories, and applying an objective, quantitative assessment which is more robust than subjective evaluations. Improvements in quantification of hair growth in mice will improve study of alopecia models and facilitate evaluation of promising new therapies in preclinical studies.

Alopecia is a common form of hair loss which can occur in many different conditions, including as a side-effect of chemotherapy. We have developed a method to quantify hair loss in mice, utilizing a standard gel imager to perform a grayscale analysis, to facilitate study of promising new alopecia therapies.

Eine neue Technik zur quantitativen Analyse von Haarausfall in Mäuse mit Graustufen-Analyse

Alopecia is a common form of hair loss which can occur in many different conditions, including male-pattern hair loss, polycystic ovarian syndrome, and ...

Using Microfluidic Devices to Measure Lifespan and Cellular Phenotypes in Single Budding Yeast Cells

Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is an important model organism in aging research. Genetic studies have revealed many genes with conserved effects on the lifespan across species. However, the molecular causes of aging and death remain elusive. To gain a systematic understanding of the molecular mechanisms underlying yeast aging, we need high-throughput methods to measure lifespan and to quantify various cellular and molecular phenotypes in single cells. Previously, we developed microfluidic devices to track budding yeast mother cells throughout their lifespan while flushing away newborn daughter cells. This article presents a method for preparing microfluidic chips and for setting up microfluidic experiments. Multiple channels can be used to simultaneously track cells under different conditions or from different yeast strains. A typical setup can track hundreds of cells per channel and allow for high-resolution microscope imaging throughout the lifespan of the cells. Our method also allows detailed characterization of the lifespan, molecular markers, cell morphology, and the cell cycle dynamics of single cells. In addition, our microfluidic device is able to trap a significant amount of fresh mother cells that can be identified by downstream image analysis, making it possible to measure the lifespan with higher accuracy.

This article presents a protocol optimized for the production of microfluidic chips and the setup of microfluidic experiments to measure the lifespan and cellular phenotypes of single yeast cells.

Mikrofluidik-Geräte mit Measure Lebensdauer und Cellular Phänotypen in Einzel Budding Hefezellen

Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is an important model organism in aging research. Genetic studies have revealed many genes with conserved effects ...

Tethered Bilayer Lipid Membranes to Monitor Heat Transfer between Gold Nanoparticles and Lipid Membranes

Here we report a protocol to investigate the heat transfer between irradiated gold nanoparticles (GNPs) and bilayer lipid membranes by electrochemistry using tethered bilayer lipid membranes (tBLMs) assembled on gold electrodes. Irradiated modified GNPs, such as streptavidin-conjugated GNPs, are embedded in tBLMs containing target molecules, such as biotin. By using this approach, the heat transfer processes between irradiated GNPs and model bilayer lipid membrane with entities of interest are mediated by a horizontally focused laser beam. The thermal predictive computational model is used to confirm the electrochemically induced conductance changes in the tBLMs. Under the specific conditions used, detecting heat pulses required specific attachment of the gold nanoparticles to the membrane surface, while unbound gold nanoparticles failed to elicit a measurable response. This technique serves as a powerful detection biosensor which can be directly utilized for the design and development of strategies for thermal therapies that permits optimization of the laser parameters, particle size, particle coatings and composition.

This work outlines a protocol to achieve dynamic, non-invasive monitoring of heat transfer from laser-irradiated gold nanoparticles to tBLMs. The system combines impedance spectroscopy for the real-time measurement of conductance changes across the tBLMs, with a horizontally focused laser beam that drives gold nanoparticle illumination, for heat production.

Angebundene Doppelschicht-Lipidmembranen zur Überwachung der Wärmeübertragung zwischen Goldnanopartikeln und Lipidmembranen

Here we report a protocol to investigate the heat transfer between irradiated gold nanoparticles (GNPs) and bilayer lipid membranes by electrochemistry ...