מחקר זה מומן בחלקו על ידי אוניברסיטת קונטיקט מחקר המועצה המייעצת פקולטה מענק גדול M. Rubega. ק. בורג'יו נתמך על מענק NRT- IGE של הקרן הלאומית למדע #1545458 למ. רובגה. כתב היד שופר באופן משמעותי על ידי משוב מתחשב של שני סוקרים אנונימיים.

עבודה זו לא כללה כל עבודה עם בעלי חיים, ולכן הייתה פטורה מביקורת על טיפול בבעלי חיים.
1. הקמה וחומרים (איור 1)
<ol><li>אם עורות שטוחים של מינים מעניינים אינם זמינים, השתמש בפרוטוקול29 של Spaw כדי ליצור עורות מדגימות טריות או קפואות. יש להקדים את הנוצות למצב מסודר וטבעי ויבש כדי לקבל משקל קבוע לפני שתמשיכו במדידות.</li>
	<li>הגדר אמבט מים חמים בטמפרטורה קבועה. הערה: הגדרת זה הוא די גבוה, ולכן קל להניח את אמבט מים חמים על הרצפה.</li>
	<li>מניחים גיליון זכוכית אקרילית שקופה(שולחן חומרים)על פני השטח של אמבט המים החמים בטמפרטורה קבועה. הזכוכית מאפשרת העברת החום לחלק התחתון של העור מבלי להרטיב את הדגימה. הערה: מחקר פיילוט זה השתמש גיליון זכוכית אקרילית (0.125 בעובי). עובי הזכוכית לא ישפיע על emissivity30 של החומר (זה תמיד יהיה 0.86), אבל זה ישפיע על הטמפרטורה המוחלטת על פני השטח של הזכוכית(כלומר. לכן, כל המדידות יש לקחת באמצעות גיליון זכוכית אקרילי באותו עובי.</li>
	<li>מניחים חתיכת לוח ליבת קצף (1 בעובי) עם חור עגול (קוטר 0.5) מעל זכוכית האקריליק. הערה: גודל הציפור צריך להנחות את גודל החור ובכך את גודל הנוצות ללא הפרעה המקבלת חום מהמקור. כאן, חור בקוטר 0.5 משמש, כי גודל זה גדול מספיק כדי להשיג העברת חום מספקת לדגימה תוך עדיין להיות קטן מספיק כדי למרכז את החום מתחת לדרכי נוצות השד (של כל הציפורים למעט הקטנות ביותר). ללא קשר לגודל הפתח התרמי, כדי לקבל ערך דומה וניתן לשכפול עבור כל ציפור, הקפד לבצע מדידות עם חורים באותו גודל.</li>
	<li>חבר מצלמה תרמית לחצובה ישירות מעל ההצבה במרחק המיקוד המינימלי של המצלמה. הערה: כאן, מצלמה תרמית FLIR SC655 משמש (680 px x 480 px רזולוציה, ±2 °C (55°F) או ±2% דיוק של קריאה, מרחק מיקוד מינימלי של 40 ס"מ). מצלמות אחרות עשויות להיות שונות ברזולוציית דרגה.</li>
	<li>כייל את המצלמה על-ידי הזנת הפעולות הבאות בתוכנת המצלמה התרמית:<ol>
<li>מצא את הטמפרטורה המוחצת על ידי הצבת רדיד אלומיניום (צד מבריק הפונה כלפי מעלה) מעל הקצף עם ערך emissivity מוגדר 1.0 בתוכנת כיול המצלמה. קח תמונה תרמית. הטמפרטורה על פני השטח של רדיד האלומיניום היא הטמפרטורה המוחצת, אשר צריך להיות דומה לטמפרטורת הסביבה של החדר.</li>
		<li>הגדר את ערך ההסתה31 עד 0.95. הערה: 1) Emissivity היא כמות החום היחסית שאובייקט פולט32 ונערכת בין 0 ל- 1. עצם בעל ערך emissivity גבוה פולט כמות גדולה של חום, בעוד אובייקט עם ערך emissivity נמוך מקרין חום קטן32. ערך זה מייצג את ההסתבכות של נוצות. 2) ערך זה (0.95) שנוי במחלוקת. קוזינס ובולר טענו כי לנוצות יש ערך ערך בין 0.90-0.95, אך לא כללוראיות 31. האמל דיווח על ערך של 0.98, אך הוא השיג ערך זה מדגם קפוא, כך שזה לא יכול להיות מדויק33. למרות חוסר ראיות, 0.95 emissivity הוא הערך המשמש ביותר בספרות המצלמה התרמית (כפי שמעידים קוזינס ובולר31).</li>
		<li>ודא שטמפרטורת הסביבה והלחות בחדר קבועות. יש למדוד ערכים אלה לפני כל מדידה ומעודכנת בתוכנת כיול המצלמה. הטמפרטורה והלחות של כל החדרים המקורים ישתנו במקצת, כך שהקלטת ערכים אלה ועדכוןם בתוכנה מפחיתה את שגיאת המדידה. הערה: כאן, FLIR ResearchIR מקס תוכנה משמשת. תוכנה זו אינה שומרת נתונים עבור כל התמונות, ולכן חיוני לתעד את כל הערכים האלה עבור כל תמונה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. ביצוע מדידות
<ol><li>הגדר את הטמפרטורה הקבועה אמבט מים חמים לטמפרטורת היעד (40 °C (40 °C) הוא פרוקסי לטמפרטורת הליבה הפנימית הממוצעת של רוב הציפורים passerine)34. הערה: אם עובדים עם מין שטמפרטורת הליבה שלו גבוהה יותר (למשל, יונקי דבש34)או נמוך יותר (למשל, פינגווינים34 או עכברים34,35), ייתכן שיהיה מתאים להתאים את אמבט המים החמים בהתאם. איור 3 מראה את הקשר בין טמפרטורת אמבט המים החמים לבין הטמפרטורה על פני הזכוכית האקרילית (למשל, הטמפרטורה בפועל של מקור החום שהעור השטוח נחשף אליו).<ol>
<li>תוצאות שהתקבלו מפרוטוקול זה (ראו איור 5) מצביעות על כך שהשגת מדידות בטווח טמפרטורות היא גם אינפורמטיבית להבדלים בביצועים תרמיים. כדי להשיג זאת, בצע את הפרוטוקול באמצעות תוספת קבועה של 5 °C מ 30-55 °C (55 °F).</li>
	</ol></li>
	<li>בתוכנת המצלמה התרמית, צייר עיגול / אליפסה מעל החור בקצף שבו החום בורח. זה מאפשר לדמיין אזור זה בעת הנחת העור על הקצף כדי להבטיח כי האזור הנכון על העור השטוח נמדד.</li>
	<li>מניחים את דגימת העור השטוחה על הקצף עם אזור העניין מעל החור. הערה: כאן, אזור הבטן של כל ציפור נמדד, כי זה לא נחסם על ידי חלקים אחרים של הגוף כגון הכנף והוא ממוקם במיקום מרכזי מספיק כדי לא להיות נתון אפקטים קצה. מיקום העור מעל חור החום ישתנה בהתאם לשאלה הניסיונית. באופן כללי, מיקום ישירות מעל דרכי נוצה, ורחוק ככל האפשר מקצה העור, מומלץ. הקפד לא לשטח או הפרעה הנוצות בעת הצבת העור. במידת הצורך, יש להקדים אותם למצב טבעי לאחר הצבת העור.</li>
	<li>המתן 15 דקות כדי לאפשר לעור להתאקלם למקור החום. אם המדידות נעשות מוקדם מדי, ערך הטמפרטורה על פני השטח של מעיל הנוצה יהיה נמוך מדי. כאן, העברת הטמפרטורה דרך העור והנוצות התייצבה ב 15 דקות, כך מחכה יותר מ 15 דקות לא יניב תוצאה גבוהה באופן מלאכותי.</li>
	<li>צילום תמונה תרמית של העור השטוח.<ol>
<li>הגדר את ערך emissivity31 עד 0.95 לפני צילום התמונה התרמית.</li>
	</ol></li>
	<li>הסר את העור מן הקצף ומיד לקחת תמונה תרמית של להגדיר ללא העור השטוח על הקצף. זה מכמת את הטמפרטורה על פני השטח של זכוכית אקריליק וכייל את האזור של מקור החום עם אזור המדידה על העור השטוח.<ol>
<li>כאן, emissivity של זכוכית אקריליק בשימוש30 הוא 0.86. הקפד להקליט זאת בתוכנת המצלמה התרמית לפני שתצלם את התמונה ללא העור. הערה: הטמפרטורה המוצגת על ידי אמבט המים החמים אינה בהכרח הטמפרטורה על פני זכוכית האקריליק (איור 3),שכן המוליכות התרמית שלה אינה מושלמת. שימוש בטמפרטורת הזכוכית מפחית טעויות בהערכת מידת החמם של החלק התחתון של העור, ולכן הוא הערכה משולבת של כמה חום הולך לאיבוד דרך העור והנוצות.</li>
	</ol></li>
	<li>מניחים את העור בחזרה על הקצף באותה תנוחה. חזור על שלבים 2.5-2.6 עבור סך של חמישה ניסויים.<ol>
<li>כדי למקם את הדגימה נכונה, יש לגעת בעדינות בנוצות באזור מדידת המטרה בקצות אצבע אחת, ולאחר מכן להסיר את האצבע ולהציג את התמונה התרמית. שאריות החום מהאצבע יישארו גלויות בתמונה התרמית בקצרה. בדוק כדי לוודא שאזור הדגימה נמצא בתוך העיגול הנראה המצויר בתוכנה, המייצג את אזור החום המקרין דרך העור מאמבט המים החמים. אם זה לא, להזיז את העור עד שהוא. תהליך זה מומחש באיור 2. הערה: בעוד עורות טריים (כאשר זמין) עשויים לייצג את הביצועים התרמיים הטבעיים של העור בציפור חיה מקרוב יותר, שימוש בעורות יבשים למדידות אלה מאפשר תוצאות דומות, חוזרות על עצמן על מאגר דגימות גדול בהרבה. לכן, כל המדידות יש לקחת באמצעות עורות מיובשים למשקל קבוע, או על העור הטרי והמיובש של דגימות.</li>
	</ol></li>
</ol>3. איסוף נתונים מתמונות תרמיות
<ol><li>כל מדידה מורכבת משתי תמונות תרמיות: אחת מהעור השטוח ואחת מזכוכית האקריליק. ראשית, פתח את התמונה של זכוכית אקריליק. יישר את העיגול שצויר בתוכנה עם החור בקצף הנראה בתמונה. תיעדו את ערך הטמפרטורה במרכז המעגל. הערה: לקבלת פרטים נוספים על חילוץ נתונים מתמונות תרמיות, ראה בכיר ואח '36.<ol>
<li>הקפד לכייל את המצלמה עם הערכים המתאימים. הגדר את emissivity30 עד 0.86 והגדר את טמפרטורת הסביבה והלחות כך שיתאימו לתנאים הנוכחיים במעבדה, לפני רישום ערך הטמפרטורה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>פתח את התמונה התרמית של העור השטוח. מבלי להזיז את המעגל, תיעדו את ערך הטמפרטורה במרכז המעגל. הערה: מכיוון שהעיגול אינו נרשם בתמונה, חשוב לכייל את מיקום העיגול עם תמונת הזכוכית האקרילית שצולמה בסעיף 2.6.<ol>
<li>הקפד לכייל את המצלמה עם הערכים המתאימים. הגדר את emissivity31 עד 0.95, והקפידו להגדיר את טמפרטורת הסביבה והלחות לתנאים הנוכחיים במעבדה, לפני רישום ערך הטמפרטורה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>חזור על שלבים 3.1-3.2 עבור כל המדידות של כל הדגימות.</li>
</ol>4. חישוב הביצועים התרמיים
<ol><li>הפחיתו את טמפרטורת פני השטח של מעיל הנוצה מטמפרטורת זכוכית האקריליק. ערך זה מייצג את החום שנשמר על ידי מעיל הנוצה.</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>

למחברים אין מה לחשוף.

מאמר זה מספק פרוטוקול למדידות הדמיה תרמית מתוקננת שניתן לחזור עליהן של דגימות עור שטוחות של עופות. שיטה זו מאפשרת להשוות ביצועים תרמיים של מעיל הנוצה בין מינים, בתוך מינים, בין פרטים דומים, ובמיקומים שונים על גופם של יחידים, כל זאת ללא הרס של הדגימה.
הזמינות של חומרים וציוד ה?...

נוצות הן המאפיין המגדיר של ציפורים ומשרתות פונקציות רבות, בין החשובים ביותר להיות בידוד1. לציפורים יש את טמפרטורות הליבה הממוצעות הגבוהות ביותר של כל קבוצת חוליות, ונוצות המבודדות אותן משינויי טמפרטורה סביבתיים הן חלק חיוני מאיזון האנרגיה, במיוחד בסביבות קרות2. למרות חשיבותן של נוצות, רוב הספרות על שינויים במצב התרמי בציפורים התמקדה בתגובות מטבוליות לשינוי בטמפרטורה ולא בתפקוד הנוצות3,4,5,6,7,8,9,10 (לפרטים נוספים, עיין בוורד ואח '. ) 11,12,13. עם זאת, הנוצות עצמן עשויות להשתנות לאורך זמן, יחידים ומינים.
השיטה המוצגת כאן שימושית לכימות הערך התרמי הכולל של מעיל הנוצה בלבד. הוא מסיר גורמים מבלבלים בציפורים חיות, כגון תרמורגציה התנהגותית 1 וכמויות שונות שלשומן מבודד. מדידה נרחבת יותר של הביצועים התרמיים של מעילי נוצות יש צורך לשפר את ההבנה של איך נוצות לתרום בידוד וכיצד זה משתנה בין ובתוך מינים לאורך ההיסטוריה של הציפור ואת המחזור השנתי.
נוצות מבודדות ציפורים על ידי לכידת אוויר הן בין העור לנוצות והן בתוך הנוצות, והן יוצרות מחסום פיזי לאובדן חום14. הנוצות מורכבות מפיר נוצות מרכזי, הנקרא ראכי, עם תחזיות הנקראות עקיצות14. ברבולות הן תחזיות קטנות ומשניות על עקיצות שמשלבות עם עקיצות סמוכות יחד כדי "לרכוס" את הנוצה ולתת לה מבנה. יתר על כן, נוצות למטה חסרות rachis מרכזי ויש להם כמה barbules, ולכן יוצרים מסה רופפת, insulative של עקיצות על העור14. מעילי הנוצות משתנים בין מינים15,16, בתוך מינים17,18, ובתוך פרטים דומים2,19,20,21,22,23,24. עם זאת, יש מעט מידע כמותי על האופן שבו וריאציות במספר הנוצות, השפע היחסי של סוגים שונים של נוצות על ציפור, או שינויים במספר העקיצות / ברבולות משפיעים על הביצועים התרמיים הכוללים של מעיל נוצה. מחקרים קודמים התמקדו בקביעת ערך ממוצע יחיד של בידוד ומוליכות תרמית למין נתון11,12,13.
מעיל הנוצה ידוע להשתנות בין מינים. לדוגמה, לרוב הציפורים יש אזורים נפרדים של עור שממנו נוצות, או לא, לגדול בשם pterylae ו apteria, בהתאמה14. המיקום של pterylae (המכונה לפעמים "דרכי נוצה") משתנה בין מינים ויש לו ערך מסוים כמו תו טקסונומי14. עם זאת, כמה ציפורים (כלומר, ratites ופינגווינים) איבדו את pterylosis זה ויש להם התפלגות אחידה של נוצות על פני הגוף14. בנוסף, מינים שונים, במיוחד אלה המאכלסים סביבות שונות, יש פרופורציות שונות של סוגינוצות 15. לדוגמה, ציפורים המאכלסות אקלים קר יותר יש יותרלמטה נוצות 15 ונוצות קווי המתאר עם חלק שמנמן גדול יותר16 מאשר מינים המאכלסים סביבות חמות יותר.
המיקרו-מבנה של סוגים מסוימים של נוצות עשוי להשפיע גם על בידוד על פני מינים25,26. Lei et al. השווה את המיקרו-מבנה של נוצות קווי מתאר של דרורים פסרינים סיניים רבים ומצא כי מינים המאכלסים סביבות קרות יותר יש שיעור גבוה יותר של עקיצות שמנמנות בכל נוצה קווי מתאר, barbules ארוך יותר, צפיפות צמתים גבוהה יותר, וצמתים גדולים יותר מאשר מינים המאכלסים סביבות חמות25. D'alba et al. השווה את המיקרו-מבנה של נוצות של איידרים נפוצים(Somateria mollissima) ואווזיםאפורים (Anser anser) ותיאר כיצד הבדלים אלה משפיעים הן על היכולת המגובשת של הנוצות והן על היכולת של הנוצות ללכוד אוויר26. נתונים השוואתיים כמותיים על האופן שבו שינויים אלה בנוצות משפיעים על הביצועים התרמיים הכוללים של מעיל הנוצה על פני מינים מוגבלים (לפרטים נוספים, עיין בטיילור ווורד ואח '). 11,13.
בתוך מין, הביצועים התרמיים של מעיל הנוצה עשויים להשתנות. מינים מסוימים, כגון תוכי הנזיר(Myiopsitta monachus)17,מאכלסים טווחים גיאוגרפיים גדולים ומגוונים מאוד. הלחצים התרמיים השונים שמציבות סביבות שונות אלה עשויים להשפיע על מעילי הנוצות של ציפורים בתוך מין באזור, אך כרגע אין נתונים זמינים בנושא זה. בנוסף, Broggi ואח ' השווה שתי אוכלוסיות של ציצים גדולים(פארוס גדול ל ')בחצי הכדור הצפוני. הם הוכיחו כי נוצות קווי המתאר של האוכלוסייה הצפונית יותר היו צפופות יותר אך קצרות יותר ופחות פלוציות יחסית מאלו של האוכלוסייה הדרומית יותר. עם זאת, הבדלים אלה נעלמו כאשר ציפורים משתי האוכלוסיות גדלו באותו מקום18.
יתר על כן, Broggi ואח 'הסביר ממצאים אלה כתגובה פלסטיק לתנאים תרמיים שונים, אבל הם לא למדוד את ערכי הבידוד של מעילי נוצות שונים אלה18. התוצאות גם מצביעות על כך שצפיפות נוצות קווי המתאר חשובה יותר לבידוד מאשר שיעור העקיצות השמנמנות בנוצות קווי המתאר, אך Broggi et al. הציע כי אוכלוסיות הצפון עשויות להיות מסוגלות לייצר נוצות אופטימליות בשל מחסור בחומרים מזינים נאותים18. מדידות כמותיות של הביצועים התרמיים הכוללים של מעילי נוצות אלה יגבירו את ההבנה של המשמעות של הבדלי נוצות.
עם הזמן, מעילי הנוצות של ציפורים בודדות משתנים. לפחות פעם בשנה, כל הציפורים נוצצות (להחליף את כל הנוצות שלהם)19. ככל שהשנה נמשכת, נוצות להיות שחוקות2,20 ופחות רבים18,21,22,23. כמה ציפורים נוצצות יותר מפעם בשנה, נותן להם מעילי נוצות שונים מרובים בכל שנה19. מידלטון הראה כי גולדפינצ'ים אמריקאים(Spinus tristis),אשר molt פעמיים בשנה, יש מספר גבוה יותר של נוצות ושיעור גבוה יותר של נוצות downy בנוצות הבסיסיות שלהם בחודשי החורף ממה שהם עושים בנוצות חלופיות שלהם במהלך חודשי הקיץ24. הבדלים שנתיים אלה במעיל הנוצה עשויים לאפשר לציפורים לחסוך יותר חום בתקופות קרות יותר באופן פסיבי או לשפך יותר חום באופן פסיבי במהלך עונות חמות, אך אף מחקר לא בדק זאת באופן חד משמעי.
למרות ציפורים thermoregulate התנהגותי1,27 והוא יכול להתאקלם מטבולית לתנאים תרמיים שונים3,4,5,6,7,8,9,10,26, נוצות לשחק תפקיד חשוב thermoregulation על ידי מתן שכבה קבועה של בידוד. השיטה המתוארת כאן נועדה לענות על שאלות על מעיל הנוצה בלבד ועל תפקידו בתרמורגציה פסיבית (כלומר, כמה חום ציפור חיה שומרת מבלי לשנות את התנהגותה או חילוף החומרים שלה?) על ידי בידוד הנוצות. בעוד תרמורגציה פעילה ופיזיולוגית הם חשובים מבחינה אקולוגית, חשוב גם להבין כיצד הנוצות לבדן מסייעות בבידוד וכיצד הן משפיעות על הצורך בתרמורגציה התנהגותית ופיזיולוגית פעילה.
מחקרים קודמים קבעו שיטות לכימות מוליכות תרמית ובידוד תרמי של פרוות בעלי חיים11,12,13,28. השיטה המוצגת כאן היא הרחבה של שיטת "צלחת חמה שמורה"11,12,13,28. עם זאת, השיטה המתוארת כאן מודדת את הטמפרטורה בגבול החיצוני של מעיל הנוצה באמצעות מצלמה תרמית, ולא תרמיות. שיטת הצלחת החמה השמורה נותנת הערכות מדויקות מאוד של זרימת אנרגיה דרך פרווה, אך היא דורשת בניית צלחת חמה מרובת חומרים, היכרות מסוימת עם השימוש בתרמי-קופלים ותרמופילים, ושימוש הרסני בפרווה שיש לחתוך לחתיכות קטנות. חלקים אלה משומנים אז כדי לחסל אוויר בין מדגם וצלחת חמה מנגנון. למעט הציפורים המעטות חסרות אפטריה (למשל, פינגווינים), חיתוך ריבועים קטנים מעורות ציפורים הוא בעייתי למטרות השוואתיות, שכן למיקום החתך יש השפעות גדולות על מספר הנוצות המחוברות למעשה (ומעל) לעור. בעיה זו מחמירה על ידי השונות בין מסה בנוכחות, גודל, ומיקום של ptyerlae14.
יתר על כן, בעוד דגימות המוזיאון יכול להיות משאב עשיר פוטנציאלי להערכת השונות בבידוד בקרב ציפורים, באופן כללי, רשות לחתוך ולשמן דגימות עור באוספים מדעיים היא בלתי מושגת. בנוסף, דגימות שנלקחו מהטבע למדידות צלחת חמה שמורות לא יכולות לשמש לאחר מכן כדגימות מוזיאון. השיטה המוצגת כאן שונה משיטת הצלחת החמה השמורה בכך שניתן להשתמש בה עם עורות ציפורים מיובשות שלמות, ללא 1) הדורשת הרס של הדגימה ו -2) שמן את החלק התחתון של העור. הוא משתמש במצלמות תרמיות, שהן זולות יותר ויותר (אם כי עדיין יקרות יחסית), מדויקות ומשמשות למדידות ציפורים חיות של יחסים תרמיים.
שיטה זו אינה מודדת זרימת אנרגיה (ולכן מוליכות תרמית או ערך בידוד) דרך העור והנוצות ישירות כפי שעושה שיטת הצלחת החמה השמורה. במקום זאת, הוא מודד את הטמפרטורה בגבול החיצוני של מעיל נוצה באמצעות מצלמה תרמית. הערכים המתקבלים מייצגים מדד משולב של החום שאבד באופן פסיבי דרך העור, הנוצות והאוויר הלכודים ביניהם (בהשוואה למקור חום מתחת). דגימות שהוכנו כעורות שטוחות ונמדדות בטכניקה המתוארת יכולות להיות מאוחסנות באוספים, ולספק ערך ללא הגבלת זמן למחקר עתידי. שיטה זו מספקת דרך סטנדרטית, דומה ופשוטה יחסית למדוד ביצועים תרמיים של מעיל נוצה בכל דגימה שטוחת עור, שימושית במיוחד בהשוואות בין-ספציפיות.

<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 &amp;deg;C to 100 &amp;deg;C; &amp;plusmn;.01 &amp;deg;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, &amp;plusmn;2 &amp;deg;C or &amp;plusmn;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&quot; 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

נוצות חיוניות לבידוד, ולכן לעלות התרמורגציה, בציפורים. יש ספרות איתנה על העלות האנרגטית של תרמורגציה בציפורים על פני מגוון רחב של נסיבות אקולוגיות. עם זאת, מחקרים מעטים מאפיינים את תרומת הנוצות בלבד לתרמורגציה. מספר מחקרים קודמים קבעו שיטות למדידת ערך הבידוד של פרוות בעלי חיים, אך הם דורשים שיטות דגימה הרסניות בעייתיות לציפורים, שנוצותיהן אינן מופצות באופן שווה על פני העור. דרוש מידע נוסף על 1) כיצד תרומתן של נוצות לתרמורגציה משתנה הן על פני ובתוך מינים ו -2) כיצד מעילי נוצות עשויים להשתנות על פני המרחב והזמן. דיווח כאן היא שיטה למדידת במהירות וישירות את הביצועים התרמיים של מעילי נוצות ואת העור באמצעות דגימות עור שלם מיובש, ללא צורך להרוס את דגימת העור. שיטה זו מבודדת ומודדת את השיפוע התרמי על פני מעיל נוצה באופן שמדידות של אובדן חום ועלות מטבולית בציפורים חיות, המשתמשות באסטרטגיות התנהגותיות ופיזיולוגיות כדי לתרמורמו-gulate, אינן יכולות. השיטה משתמשת במצלמה תרמית, המאפשרת איסוף מהיר של נתונים תרמיים כמותיים כדי למדוד אובדן חום ממקור יציב דרך העור. פרוטוקול זה יכול בקלות להיות מיושם על שאלות מחקר שונות, חל על כל מסה עופות, ואינו דורש הרס של דגימת העור. לבסוף, זה יקדם את ההבנה של החשיבות של thermoregulation פסיבי בציפורים על ידי פישוט והאצה של איסוף נתונים כמותיים.

תוצאות מייצגות מסדרה של אדם אחד מכל אחד מחמישה מינים, הנמדדים בשש טמפרטורות, מוצגות באיור 4 ובאיור 5. אלה מראים כי וריאציות קטנות במיקום העור יכולות לגרום לשינויים בקריאה של עד 1.7 °C. איור 4 מראה כיצד אימון של חוקר מגביר את יכולת החזרה של המדידו...

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

פרוטוקול זה מתאר את הכימות של העברת חום באמצעות דגימת עופות שטוחה באמצעות מצלמה תרמית ואמבט מים חמים. השיטה מאפשרת קבלת נתונים כמותיים והשוואתיים על הביצועים התרמיים של מעילי נוצות על פני מינים באמצעות דגימות עור שטוחות מיובשות.

שימוש במצלמה תרמית למדידת אובדן חום באמצעות מעילי נוצות ציפורים

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 Views.  University of Connecticut. פרוטוקול זה מתאר את הכימות של העברת חום באמצעות דגימת עופות שטוחה באמצעות מצלמה תרמית ואמבט מים חמים. השיטה מאפשרת קבלת נתונים כמותיים והשוואתיים על הביצועים התרמיים של מעילי נוצות על פני מינים באמצעות דגימות עור שטוחות מיובשות.

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

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

מדידת מרחבית ופיזור אור directionally-משתנה מחומר ביולוגי

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Engineering

A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be streamlined by heat treatment (blanching). A blanching apparatus can be designed more precisely if the thermal properties of the leaves are known in detail, i.e., the specific heat capacity and thermal conductivity. The measurement of these properties is time consuming and labor intensive, and usually requires invasive methods that contact the sample directly. This can reduce the product yield and may be incompatible with containment requirements, e.g., in the context of good manufacturing practice. To address these issues, a non-invasive, contact-free method was developed that determines the specific heat capacity and thermal conductivity of an intact plant leaf in about one minute. The method involves the application of a short laser pulse of defined length and intensity to a small area of the leaf sample, causing a temperature increase that is measured using a near infrared sensor. The temperature increase is combined with known leaf properties (thickness and density) to determine the specific heat capacity. The thermal conductivity is then calculated based on the profile of the subsequent temperature decline, taking thermal radiation and convective heat transfer into account. The associated calculations and critical aspects of sample handling are discussed.

A method was developed to determine the specific heat capacity and thermal conductivity of leaf tissue by non-invasive, contact-free near infrared laser probing, which requires less than 1 min per sample.

ליזר מהיר גשוש שיטה מקלה על קביעת פולשני צור-חינם של תכונות תרמיות ליף

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be ...

Biochemistry

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment for melanoma remains surgical excision, therefore, the key to extended survival is early detection 2,3. Considering the large numbers of patients diagnosed every year and the limitations in accessing specialized care quickly, the development of objective in vivo diagnostic instruments to aid the diagnosis is essential. New techniques to detect skin cancer, especially non-invasive diagnostic tools, are being explored in numerous laboratories. Along with the surgical methods, techniques such as digital photography, dermoscopy, multispectral imaging systems (MelaFind), laser-based systems (confocal scanning laser microscopy, laser doppler perfusion imaging, optical coherence tomography), ultrasound, magnetic resonance imaging, are being tested. Each technique offers unique advantages and disadvantages, many of which pose a compromise between effectiveness and accuracy versus ease of use and cost considerations. Details about these techniques and comparisons are available in the literature 4.
Infrared (IR) imaging was shown to be a useful method to diagnose the signs of certain diseases by measuring the local skin temperature. There is a large body of evidence showing that disease or deviation from normal functioning are accompanied by changes of the temperature of the body, which again affect the temperature of the skin 5,6. Accurate data about the temperature of the human body and skin can provide a wealth of information on the processes responsible for heat generation and thermoregulation, in particular the deviation from normal conditions, often caused by disease. However, IR imaging has not been widely recognized in medicine due to the premature use of the technology 7,8 several decades ago, when temperature measurement accuracy and the spatial resolution were inadequate and sophisticated image processing tools were unavailable. This situation changed dramatically in the late 1990s-2000s. Advances in IR instrumentation, implementation of digital image processing algorithms and dynamic IR imaging, which enables scientists to analyze not only the spatial, but also the temporal thermal behavior of the skin 9, allowed breakthroughs in the field.
In our research, we explore the feasibility of IR imaging, combined with theoretical and experimental studies, as a cost effective, non-invasive, in vivo optical measurement technique for tumor detection, with emphasis on the screening and early detection of melanoma 10-13. In this study, we show data obtained in a patient study in which patients that possess a pigmented lesion with a clinical indication for biopsy are selected for imaging. We compared the difference in thermal responses between healthy and malignant tissue and compared our data with biopsy results. We concluded that the increased metabolic activity of the melanoma lesion can be detected by dynamic infrared imaging.

We demonstrated that malignant pigmented lesions with increased metabolic activity generate quantifiable amounts of heat and the measurement of the transient thermal response of the skin to a cooling excitation allows quantitative identification of melanoma and other skin cancers (vs. non-proliferative nevi) at an early stage of the disease.

ויזואליזציה כמותי וזיהוי של סרטן העור באמצעות הדמיה תרמית Dynamic

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

Medicine

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient optical micro-imaging technique which can be used to map and quantify such behavior. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has a 612 nm luminescence line whose activation efficiency drops strongly with increasing temperature, due to T-dependent interactions between the Eu3+ ion and the organic chelating compound. This material may be readily coated on to a sample surface by thermal sublimation in vacuum. When the coating is excited with ultraviolet light (337 nm) an optical micro-image of the 612 nm luminescent response can be converted directly into a map of the sample surface temperature. This technique offers spatial resolution limited only by the microscope optics (about 1 micron) and time resolution limited by the speed of the camera employed. It offers the additional advantages of only requiring comparatively simple and non-specialized equipment, and giving a quantitative probe of sample temperature.

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has an optical luminescence line at 612 nm, whose activation efficiency decreases strongly with temperature. If a sample coated with a thin film of this material is micro-imaged, the 612 nm luminescent response intensity may be converted into a direct map of sample surface temperature.

ציפוי מיקרו-הדמיה תרמית ברזולוציה גבוהה באמצעות אירופיום Chelate פלורסנט

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

מדידות של העברת החום הולכת חום מקומי מיידי בתוך צינור - יחיד, דו-שלבית זרימה

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. Currently, the surface temperature of objects processed in conveyor belt furnaces is typically measured via thermocouples. However, infrared (IR) thermography presents multiple advantages compared to thermocouple measurements, as it is a contactless, real-time, and spatially resolved method. Here, as a representative proof-of-concept example, an inline thermography system is successfully installed into an IR lamp powered solar firing furnace, which is used for the contact firing process of industrial Si solar cells. This protocol describes how to install an IR camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and perform the evaluation of spatial surface temperature distribution on a target object.

This protocol describes how to install an infrared camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and evaluate the spatial surface temperature distribution of an object of interest. The example objects are industrial silicon solar cells.

במדידת טמפרטורת פני השטח של סיטו בכבשן מסוע באמצעות תרמוגרפיה אינפרא-אדום מוטבעת

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

Thermal Imaging to Study Stress Non-invasively in Unrestrained Birds

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood flow that results in a net influx of blood to key organs and an increase in core temperature. This stress-induced hyperthermia is used to assess stress. However, measuring core temperature is invasive. As blood flow is redirected to the core, the periphery of the body can cool. This paper describes a protocol where peripheral body temperature is measured non-invasively in wild blue tits (Cyanistes caeruleus) using infrared thermography. In the field we created a set-up bringing the birds to an ideal position in front of the camera by using a baited box. The camera takes a short thermal video recording of the undisturbed bird before applying a mild stressor (closing the box and therefore capturing the bird), and the bird&#8217;s response to being trapped is recorded. The bare skin of the eye-region is the warmest area in the image. This allows an automated extraction of the maximum eye-region temperature from each image frame, followed by further steps of manual data filtering removing the most common sources of errors (motion blur, blinking). This protocol provides a time series of eye-region temperature with a fine temporal resolution that allows us to study the dynamics of the stress response non-invasively. Further work needs to demonstrate the usefulness of the method to assess stress, for instance to investigate whether eye-region temperature response is proportional to the strength of the stressor. If this can be confirmed, it will provide a valuable alternative method of stress assessment in animals and will be useful to a wide range of researchers from ecologists, conservation biologists, physiologists to animal welfare researchers.

There is a need for a non-invasive assessment of stress. This paper describes a simple protocol using thermal imaging to detect a significant response in eye-region temperature in wild blue tits to a mild acute stressor.

הדמיה תרמית לחקר מתח הלא פולשני בציפור ללא ריסון

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood ...

Neuroscience

Infrared Thermography for the Detection of Changes in Brown Adipose Tissue Activity

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) after a meal or in obese or diabetic patients fails as the method of choice. The main reason is that 18F-FDG competes with the postprandial high glucose plasma concentration for the same glucose transporter on the membrane of BAT cells. In addition, BAT uses fatty acids as a source of energy as well, which is not visible with PET-CT and could be changed along with glucose concentration in obese and diabetic patients. Therefore, to estimate the physiological importance of BAT in animals and humans, a new infrared thermography method used in recent publications is applied.
After overnight fasting, BAT activity was measured by infrared thermography before and after a meal in human volunteers and&#160;female wild-type mice. The camera software calculates the object&#39;s temperature using distance from the object, skin emissivity, reflected room temperature, air temperature, and relative humidity. In mice, the shaved area above the BAT was a region of interest for which average and maximal temperatures were measured. The phase of the estrous cycle in female mice was determined after an experiment by vaginal smears stained with cresyl violet (0.1%) stain solution. In healthy volunteers, two skin areas of the neck were selected: the supraclavicular area (above the collarbone, where BAT cells are present) and the interclavicular area (between the collarbones, where there is no BAT tissue detected). BAT activity is determined by the subtraction of those two values. Also, the average and maximal temperatures of skin areas could be determined in animals and human participants.
Changes in BAT activity after a meal measured by infrared thermography, a non-invasive and more sensitive method, were shown to be sex, age, and phase of the estrous cycle dependent in laboratory animals. As part of diet-induced thermogenesis, BAT activation in humans was also proven to be sex, age, and body mass index dependent. Further determining the pathophysiological changes in BAT activity after a meal will be of great importance for participants with high glucose plasma concentrations (obesity and diabetes mellitus type 2), as well as in different laboratory animals (knock-out mice). This method is also a variable tool for determining possible activating drugs that could rejuvenate BAT activity.

Here, we present a protocol for measuring brown adipose tissue activity after a meal in humans and laboratory animals.

תרמוגרפיה אינפרא אדומה לאיתור שינויים בפעילות רקמת השומן החומה

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose ...

Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied greatly in small animals, it is difficult to measure the activity of BAT in humans. Therefore, little is known about the heat-generating capacity and physiological significance of BAT in humans, including the degree to which components of the diet can activate BAT. This is due to the limitations in the currently most used method to assess the activation of BAT-radiolabeled glucose (fluorodeoxyglucose or 18FDG) measured by positron emission tomography-computerized tomography (PET-CT).
This method is usually performed in fasted subjects, as feeding induces glucose uptake by the muscles, which can mask the glucose uptake into the BAT. This paper describes a detailed protocol for quantifying total-body human energy expenditure and substrate utilization from BAT thermogenesis by combining indirect calorimetry, infrared thermography, and blood glucose monitoring in carbohydrate-loaded adult males. To characterize the physiological significance of BAT, measures of the impact of BAT activity on human health are critical. We demonstrate a protocol to achieve this by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach will help to understand the physiology and pharmacology of BAT thermogenesis in humans.

Here, we present a protocol to quantify the physiological significance of the impact of brown adipose tissue (BAT) activity on human metabolism. This is achieved by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach can help develop a pharmacological target for BAT thermogenesis in humans.

שימוש בשילוב של קלורימטריה עקיפה, תרמוגרפיה אינפרא אדומה ורמות גלוקוז בדם כדי למדוד תרמוגנזה של רקמת שומן חום בבני אדם

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied ...

High-Throughput Assays of Critical Thermal Limits in Insects

Upper and lower thermal limits of plants and animals are important predictors of their performance, survival, and geographic distributions, and are essential for predicting responses to climate change. This work describes two high-throughput protocols for measuring insect thermal limits: one for assessing critical thermal minima (CTmin), and the other for assessing heat knock down time (KDT) in response to a static heat stressor. In the CTmin assay, individuals are placed in an acrylic-jacketed column, subjected to a decreasing temperature ramp, and counted as they fall from their perches using an infrared sensor. In the heat KDT assay, individuals are contained in a 96 well plate, placed in an incubator set to a stressful, hot temperature, and video recorded to determine the time at which they can no longer remain upright and move. These protocols offer advantages over commonly used techniques. Both assays are low cost and can be completed relatively quickly (~2 h). The CTmin assay reduces experimenter error and can measure a large number of individuals at once. The heat KDT protocol generates a video record of each assay and thus removes experimenter bias and the need to continuously monitor individuals in real time.

Thermal limits can predict the environments organisms tolerate, which is valuable information in the face of rapid climate change. Described here are high-throughput protocols to assess critical thermal minima and heat knockdown time in insects. Both protocols maximize the throughput and minimize the cost of the assays.

תפוקה גבוהה של מגבלות תרמיות קריטיות בחרקים

Upper and lower thermal limits of plants and animals are important predictors of their performance, survival, and geographic distributions, and are ...