この研究は、コネチカット大学研究諮問委員会M.ルベガに大きな助成金によって部分的に資金提供されました.K.ブルジオは、M.ルベガに#1545458国立科学財団NRT- IGE助成金で支援されました。原稿は、2人の匿名のレビュー担当者の思慮深いフィードバックによって大幅に改善されました。

この研究は生きている動物との仕事を伴わなかったので、動物のケアレビューから免除されました。
1. セットアップと材料(図1)
<ol><li>対象となる種の平らなスキンが使用できない場合は、Spawのプロトコル29 を使用して、新鮮または凍結した標本からスキンを作成します。きちんとした、自然な位置に羽を先取りし、測定を進める前に一定の重量を得るために乾燥する。</li>
	<li>恒温温水浴場を設置する。 注:このセットアップは非常に高いので、床にお湯を置くのが最も簡単です。</li>
	<li>透明なアクリルガラス(材料表)のシートを、恒温湯浴の表面に置きます。ガラスは標本を濡らさずに皮膚の下側に熱の伝達を可能にする。 注:このパイロット研究は、アクリルガラスのシートを使用しました (厚さ 0.125)。ガラスの厚さは、材料の放射率30 に影響を与えない(それは常に0.86になる)が、ガラスの表面の絶対温度に影響を与える(すなわち、 厚いガラスは、より低い温度をもたらす)。したがって、すべての測定は、同じ厚さのアクリルガラスシートを使用して行われるべきです。</li>
	<li>アクリルガラスの上に円形の穴(直径0.5)の泡コアボード(厚さ1インチ)を置きます。 注:鳥の大きさは、穴の大きさ、したがって、ソースから熱を受け取る途切れない羽根のサイズを導く必要があります。ここでは、直径0.5の穴が使用されていますが、この大きさは、乳房の羽根管の下に熱を中心にするのに十分な小ささである一方で、標本への十分な熱伝達を達成するのに十分な大きさであるためです(最小のものを除くすべての鳥の)。熱開口部の大きさにかかわらず、すべての鳥に対して同等かつ複製可能な値を得るために、同じサイズの穴で測定を行うことを確認してください。</li>
	<li>カメラの最小焦点距離で、セットアップの真上にある三脚にサーマルカメラを取り付けます。 注:ここでは、FLIR SC655サーマルカメラが使用されています(680 px x 480 px解像度、±2°Cまたは±2%の読み取り精度、40 cmの最小焦点距離)。他のカメラは、解像度が異なる場合があります。</li>
	<li>サーマルカメラソフトウェアに次の項目を入力して、カメラをキャリブレーションします。<ol>
<li>カメラキャリブレーションソフトウェアで放射率値を1.0に設定したフォームの上にアルミ箔(光沢のある面を上に向けて)を配置して、反射温度を見つけます。熱画像を撮る。アルミニウム箔の表面の温度は、部屋の周囲温度に類似している必要があり、反射温度です。</li>
		<li>放射率の値31 を 0.95 に設定します。 注: 1) 輻率は、オブジェクトが放出する熱量の相対量を32 にし、0 ~ 1 の範囲です。放射率値の高い物体は大量の熱を放出し、放射率値が低い物体は熱32をほとんど放射しません。この値は、羽の放射率を表します。2) この値(0.95)は争われます。コシンとボウラーは、羽は0.90-0.95の間の放射率値を持っていると主張したが、証拠31は含まれなかった。ハメルは0.98の値を報告したが、彼は凍結標本からこの値を得た、とそれは正確ではないかもしれない33.証拠の欠如にもかかわらず、0.95放射率は、サーマルカメラ文献で最も頻繁に使用される値です(コシンとボウラー31によって証明されるように)。</li>
		<li>室内の周囲温度と湿度が一定であることを確認します。これらの値は、すべての測定の前に測定し、カメラのキャリブレーションソフトウェアで更新する必要があります。すべての室内の温度と湿度は多少変動するので、これらの値を記録し、ソフトウェアで更新すると、測定誤差が減少します。 注:ここでは、FLIRリサーチの最大ソフトウェアが使用されています。このソフトウェアは、すべての画像のデータを保存しませんので、各画像のこれらの値のすべてを記録することが重要です。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 測定のパフォーマンス
<ol><li>恒温温水浴を目標温度(40°Cはほとんどの通過鳥の平均内部コア温度のプロキシ)34に設定する。 注:安静時コア温度が高い種(例えば、ハチドリ34)以下(例えば、ペンギン34またはラット34、35)を使用する場合は、適宜温水浴を調整することが適切である場合があります。図3は、アクリルガラスの表面における温水浴の温度と温度との関係(例えば、平らな皮膚が露光される熱源の実際の温度)を示す。<ol>
<li>このプロトコル( 図5を参照)から得られた結果は、温度範囲を超える測定値を得ることは、熱性能の差を示す情報でもあることを示唆している。これを達成するには、30〜55°Cから5°Cの増分を使用してプロトコルに従ってください。</li>
	</ol></li>
	<li>サーマルカメラソフトウェアでは、熱が逃げている泡の穴の上に円/楕円を描きます。これにより、泡の上に皮膚を配置する際にこの領域を可視化し、平らな皮膚上の正しい領域が測定されることを確実にすることができる。</li>
	<li>穴の上に関心のある領域を持つ泡の上に平らな皮膚標本を置きます。 注:ここでは、各鳥の腹領域は、翼などの身体の他の部分によって妨げられないため、中央に位置しているので、エッジ効果を受けないように十分に位置しています。熱孔の上に皮膚の配置は、実験の質問に応じて異なります。一般的には、羽の道の上に直接配置し、できるだけ皮膚の端から離れて、推奨されます。皮膚を配置するときに羽を平らにしたり、障害を起こさないようにしてください。必要に応じて、皮膚が配置されたら、自然な位置にそれらをプリエン。</li>
	<li>15分待って、皮膚が熱源に順応するようにします。測定が早すぎると、フェザーコートの表面の温度値が低くなりすぎます。ここでは、皮膚や羽根を通る温度透過は15分で安定し、15分以上待つことは人工的に高い結果をもたらさない。</li>
	<li>平らな肌の熱画像を撮る。<ol>
<li>熱画像を撮影する前に、放射率の値31 を 0.95 に設定します。</li>
	</ol></li>
	<li>泡から皮膚を取り除き、すぐに泡の平らな皮膚なしでセットアップの熱画像を撮ります。これは、アクリルガラスの表面の温度を定量化し、平らな皮膚上の測定領域と熱源の面積を較正します。<ol>
<li>ここで、30 を用いたアクリルガラスの放射率は0.86である。皮膚なしで写真を撮る前に、サーマルカメラソフトウェアにこれを記録してください。 注:温水浴で表示される温度は、必ずしもアクリルガラスの表面の温度(図3)であり、その熱伝導性は完全ではありません。ガラスの温度を使用すると、皮膚の下側がどれほど暖かいかを推定する際のエラーが減少し、したがって、皮膚と羽根を通して失われる熱の量を組み合わせた推定です。</li>
	</ol></li>
	<li>同じ位置の泡に皮膚を戻します。合計5回の試行について、ステップ2.5~2.6を繰り返します。<ol>
<li>試料の皮膚を正しく配置するには、ターゲットの測定領域にある羽を1本の指先でそっと触れ、指を取り除いて熱画像を見ます。指からの残留熱は、熱画像に短時間表示されたままです。サンプリング領域がソフトウェアで描画された可視円の中にあることを確認します。ない場合は、スキンが動かされるまで動かします。このプロセスを 図 2に示します。 注:新鮮なスキン(利用可能な場合)は、生きている鳥の皮膚の自然な熱性能をより密接に表すことができますが、これらの測定に乾燥したスキンを使用すると、はるかに大きな標本プールで同等の再現可能な結果が得られます。したがって、すべての測定は、一定の重量に乾燥した皮膚を使用して、または標本の新鮮なおよび乾燥した皮膚の両方に取られるべきです。</li>
	</ol></li>
</ol>3. 熱画像からのデータ収集
<ol><li>各測定は、平らな皮膚とアクリルガラスの1つの2つの熱画像で構成されています。まず、アクリルガラスの画像を開きます。ソフトウェアで描画された円を、イメージに表示される泡の穴に合わせます。円の中心に温度値を記録します。 注: 熱画像からのデータ抽出の詳細については、シニアら36を参照してください。<ol>
<li>カメラを適切な値で調整してください。放射率30 を 0.86 に設定し、周囲温度と湿度をラボの現在の条件に合わせて設定してから、温度値を記録します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>平らなスキンの熱画像を開きます。円を動かさずに、円の中心にある温度値を記録します。 注:円は画像に記録されていないため、セクション2.6で撮影したアクリルガラスの画像で円の配置を校正することが重要です。<ol>
<li>カメラを適切な値で調整してください。放射率31 を0.95に設定し、温度値を記録する前に、周囲温度と湿度をラボの現在の状態に設定してください。</li>
	</ol>
</li>
	<li>すべての標本のすべての測定に対して、ステップ 3.1 ~ 3.2 を繰り返します。</li>
</ol>4. 熱性能の計算
<ol><li>アクリルガラスの温度からフェザーコートの表面の温度を差し引きます。この値は、フェザーコートによって保持される熱を表します。</li>
</ol>

<ol><li>Morris, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Feather+Postures+of+Birds+and+the+Problem+of+the+Origin+of+Social+Signals%5BTitle%5D)+AND+%22Behaviour%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWetmore%2C+A+%22A+Study+of+the+Body+Temperature+of+Birds.+Smithsonian+Miscellaneous+Collections%22">A Study of the Body Temperature of Birds. Smithsonian Miscellaneous Collections</a>. 72 (12), Smithsonian Institution. City of Washington. (1921).</li>
<li>Hart, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seasonal+Acclimatization+in+Four+Species+of+Small+Wild+Birds%5BTitle%5D)+AND+%22Physiological+Zoology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermal+and+Metabolic+Responses+of+the+Gray+Jay+to+Cold+Stress%5BTitle%5D)+AND+%22Physiological+Zoology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Energetics%2C+Temperature+Regulation+and+Circulation+in+Resting%2C+Active+and+Defeathered+California+Quail%2C+Lophortyx+californicus%5BTitle%5D)+AND+%22Comparative+Biochemistry+and+Physiology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+Acclimatization+to+Temperature+in+Cardueline+Finches%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Physiology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+Acclimatization+of+Thermoregulation+in+The+Black-Capped+Chickadee%5BTitle%5D)+AND+%22The+Condor%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+Effects+on+Thermoregulatory+Responses+of+the+Rock+Kestrel%2C+Falco+rupicolis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Thermal+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+Variation+in+the+Metabolism-Temperature+Relation+of+House+Sparrows+%28Passer+domesticus%29+in+KwaZulu-Natal%2C+South+Africa%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Thermal+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+Metabolic+Acclimatization+Varies+in+Direction+and+Magnitude+among+Populations+of+an+Afrotropical+Passerine+Bird%5BTitle%5D)+AND+%22Physiological+and+Biochemical+Zoology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermal+insulation+of+the+down+and+feathers+of+pygoscelid+penguin+chicks+and+the+unique+properties+of+penguin+feathers%5BTitle%5D)+AND+%22The+Auk%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermal+resistance+of+chicken+%28Gallus+domesticus%29+plumage%3A+a+comparison+between+broiler+and+free-range+birds%5BTitle%5D)+AND+%22British+poultry+science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermal+consequences+of+turning+white+in+winter%3A+a+comparative+study+of+red+grouse+Lagopus+lagopus+scoticus+and+Scandinavian+willow+grouse+L.+l.+lagopus%5BTitle%5D)+AND+%22Wildlife+Biology%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLucas%2C+AM+%22Avian+Anatomy%3A+Integument%22">Avian Anatomy: Integument</a>. , US Government Printing Office. Washington, D.C. (1972).</li>
<li>Osváth, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+feathered+are+birds%3F+Environment+predicts+both+mass+and+density+of+body+feathers%5BTitle%5D)+AND+%22Functional+Ecology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+phylogenetic+comparative+analysis+reveals+correlations+between+body+feather+structure+and+habitat%5BTitle%5D)+AND+%22Functional+Ecology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Winter+Nest+Microclimate+of+Monk+Parakeets%5BTitle%5D)+AND+%22The+Wilson+Bulletin%22%5BJournal%5D)">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. Å <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpopulation+variation+in+contour+feather+structure+is+environmentally+determined+in+great+tits%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHowell%2C+SNG+%22Molt+in+North+American+Birds%22">Molt in North American Birds</a>. , Houghton Mifflin Harcourt. ISBN 13: 9780547152356 (2010).</li>
<li>Willoughby, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Unusual+Sequence+of+Molts+and+Plumages+in+Cassin%27s+and+Bachman%27s+Sparrows%5BTitle%5D)+AND+%22The+Condor%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+Number+of+Contour+Feathers+in+Passeriform+and+Related+Birds%5BTitle%5D)+AND+%22Auk%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Number+of+Contour+Feathers+in+the+English+Sparrow%5BTitle%5D)+AND+%22The+Wilson+Bulletin%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+Changes+in+Temperature+Acclimatization+of+the+House+Sparrow%2C+Passer+domesticus%5BTitle%5D)+AND+%22Comparative+Biochemistry+and+Physiology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Seasonal+Changes+in+Plumage+Structure+and+Body+Composition+of+the+American+Goldfinch%2C+Carduelis+tristis%5BTitle%5D)+AND+%22The+Canadian+Field-Naturalist%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((The+feather+microstructure+of+Passerine+sparrows+in+China%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+f%C3%BCr+Ornithologie%22%5BJournal%5D)">The feather microstructure of Passerine sparrows in China.</a> Journal für Ornithologie. 143 (2), 205-213 (2002).</li>
<li>D'alba, L., Carlsen, T. H., Ásgeirsson, Á, Shawkey, M. D., Jónsson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contributions+of+feather+microstructure+to+eider+down+insulation+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Avian+Biology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Huddling+behavior+in+emperor+penguins%3A+dynamics+of+huddling%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology+%26+Behavior%22%5BJournal%5D)">Huddling behavior in emperor penguins: dynamics of huddling.</a> Physiology & 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/pubmed?term=((A+new+device+for+measurement+of+the+thermal+conductivity+of+fur+and+blubber%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+thermal+Biology%22%5BJournal%5D)">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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSpaw%2C+C+%22Combination+Specimens+a+la+Burke+Museum%22">Combination Specimens a la Burke Museum</a>. , 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://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCossins%2C+AR+%22Temperature+Biology+of+Animals%22">Temperature Biology of Animals</a>. , Chapman and Hall. London. (1987).</li>
<li>Orlove, G. Emissivity and Reflected Temperature. Infrared Training Center. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://irinformir.blogspot.com/2012/02/thermographic-measurement-techniques.html">http://irinformir.blogspot.com/2012/02/thermographic-measurement-techniques.html</a> (2012).</li>
<li>Hammel, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infrared+Emissivities+of+Some+Arctic+Fauna%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Mammalogy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((An+Analysis+of+the+Body+Temperatures+of+Birds%5BTitle%5D)+AND+%22The+Condor%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Oxygen+Consumption+and+Respiratory+Evaporation+of+the+Emu+and+Rhea%5BTitle%5D)+AND+%22The+Condor%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((ThermStats%3A+An+R+Package+for+Quantifying+Surface+Thermal+Heterogeneity+in+Assessments+of+Microclimates%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Ecology+and+Evolution%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Applications+of+thermal+imaging+in+avian+science%5BTitle%5D)+AND+%22Ibis%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Limitations+of+Far+Infrared+Thermal+Imaging+in+Locating+Birds%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Field+Ornithology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Weight+and+Body+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Weight and Body Temperature.</a> Science. 111 (2887), 465-466 (1950).</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

本論文は、鳥類平らな皮膚標本の反復可能で標準化された熱画像測定のためのプロトコルを提供する。この方法は、種間、種内、匹敵する個体間、および個体上の異なる場所で、すべて標本を破壊することなく、フェザーコートの熱性能を比較することを可能にする。
必要な材料や機器の入手可能性は、この方法の制限である場合があります。サーマルカメラは急速にアクセスしやすく、手頃な価格になっていますが、研究グレードのサーマルカメラは依然として数万ドルの費用がかかります。しかし、サーマルカメラは生物学における多くの実用的なアプリケーションに使用することができます。McCaffery は、サーマル カメラを使用して生態学的な質問28を調査することを提唱しています。サーマルカメラは、長距離および非侵襲的なツールであるため、現場の自由生物に関するデータを収集するのに特に役立ちます。ここで示す方法は、同じ装置によって行われるように、同じ単位の測定とのフィールドと実験室の研究の統合を可能にする。
ここで使用されているサーマルカメラ以外のソフトウェアを使用すると、このプロトコルの変更が必要になる場合がありますが、そのような変更はセットアップ段階(セクション1)にのみ影響します。小鳥の研究や鳥のより大きな種に関する特定の質問は、泡層に異なるサイズの穴を必要とするかもしれません。
同様に、温水浴の温度(ステップ2.1)は、実験問題に直接的な生物学的関連性を持つ温度を測定することである場合、コア温度が高いか低い種に対して修正が必要な場合がある。一般に、水浴温度の標準化は、試験全体で40°Cで、異なる種類の無傷の羽毛と羽の構造の相対的な熱性能の比較分析を容易にします。皮膚および羽毛の間のエネルギーフラックスの正確な測定が必要な場合、ガードホットプレート法11、12、13、28は、熱源と皮膚の間の空気を除去し、2)直接皮膚の内面での温度を測定するので、より良いアプローチである可能性が高い。しかし、この方法は直接エネルギー伝達を測定または計算しませんが、試料全体の迅速かつ再現可能な測定を容易にするように設計されています。最後に、この結果は、羽毛熱性能の変動パターンを検出する際に十分な精度を示しています。
この方法は、現在、ほとんどの博物館のコレクションで広く利用されていないフラットスキンを使用しています。ほとんどの自然史コレクションで豊富に入手可能な丸いスキンは、取り付け解除、軟化、平坦化、再乾燥した場合、この方法で使用することができます。しかし、キュレーターは、ほとんどの場合、このような再マウントを承認する可能性は低いです。鳥羽の熱値の比較研究のためのリソースを増やすため、我々はできるだけ多くの種で平らな皮を広く採用することを提唱する。平らなスキニングの利点は、平らなスキンが丸いスキニングが行う標本の骨格と筋肉の部分的な破壊を必要とせず、より多くの平らなスキンを丸いスキンが必要とする同じ空間に保存できることです。
特定の種のスキンでは、毎回熱穴の上に同じ場所に皮膚を正確に配置する技術を開発することが不可欠です。ここで得られた結果は、この技術(ステップ2.7で説明されているように)が、皮膚配置単独での練習よりも迅速かつ効果的に測定誤差を最小にすることを示唆している。しかし、特に緻密な羽毛(例えば、ペンギン11)は、皮膚を通して熱穴を視覚化し、熱画像上の羽を可視化するために羽を通して十分な熱を失わない可能性がある。
ほとんどの鳥種では翼が存在するため、標本上の皮膚上の羽の配置は、フェザーコート全体の熱伝達パターンに影響を与えます。したがって、羽は生きている鳥の自然な位置にできるだけ近い位置に配置することが重要です。羽をきちんとした自然な位置に先取りすることは、標本29を平らにスキニングするためのプロトコルの最後のステップです。したがって、標本が適切に調製されれば、羽の配置は標本間の種に適しているべきである。羽のティロ勃起の量は、フェザーコートの絶縁空気をトラップすることによってフェザーコートの熱性能にも影響を与えます。対照的に、平らな皮を持つ標本では、羽は皮膚29に平らに横たわっていたので、ptilo勃起は効果的にすべての標本にわたって比較可能であるべきです。
この研究は鳥類に焦点を当てていますが、この方法は哺乳類の皮膚にも同様に有用である可能性があります。Boonstraらは、鳥の羽は哺乳類の毛皮よりも絶縁性であると主張したが、この研究は、同等の身体領域から逃れる熱の定量的尺度ではなく、熱ビデオ39 の視覚的分析に基づく定性的評価であった。ここで説明する方法は、比較熱研究の拡大に寄与し、羽毛40などの体温調節構造の進化と生態に関する大きな洞察をもたらすと考えられている。

羽は鳥の特徴を定義し、断熱材1の最も重要な中で、多くの機能を果たしています。鳥は脊椎動物群の中で最も高い平均コア温度を有し、環境温度変化からそれらを絶縁する羽は、特に寒い環境ではエネルギーバランスの重要な部分である2。羽の重要性にもかかわらず、鳥の熱状態の変化に関する文献の大半は、断熱材3、4、5、6、7、8、9、10として羽の機能ではなく、温度変化に対する代謝反応に焦点を当てています(詳細については、Wardららを参照してください)。11、12、13。しかし、羽自体は時間、個体、種によって異なる可能性があります。
ここで示す方法は、フェザーコートの全体的な熱値を単独で定量するのに役立ちます。これは、行動体温調節1 および様々な量の絶縁脂肪などの生きた鳥の交感因子を取り除く。羽毛コートの熱性能のより広範な測定は、羽が断熱材にどのように寄与し、鳥の生命史と年間サイクルを通じて種間および内でどのように変化するかを理解するために必要である。
羽は、皮膚と羽の間だけでなく、羽の間の空気をトラップすることによって鳥を絶縁し、彼らは熱損失14に物理的な障壁を作成します。羽は、ラチスと呼ばれる中央の羽のシャフトで構成され、バーブ14と呼ばれる投影があります。バーブルは、隣接するバーブと連動して羽根を「ジップ」し、構造を与えるバーブ上の小さな二次投影です。さらに、下の羽は中央のラチスを欠き、そして少ないバーブルを有し、したがって、皮膚14の上にバーブの緩い、絶縁的な塊を形成する。羽毛のコートは、種15、16、種17、18の中で、そして匹敵する個体2、19、20、21、22、23、24の間で変化する。しかし、羽の数の変動、鳥の異なる種類の羽の相対的な豊富さ、またはバーブ/バーブルの数の変化が羽毛コートの全体的な熱性能にどのような影響を与えるかについての定量的な情報はほとんどありません。これまでの研究では、特定の種11、12、13に対する絶縁と熱伝導率の単一の平均値を決定することに焦点を当ててきた。
羽毛のコートは種によって異なることは知られている。例えば、ほとんどの鳥は、羽がそれぞれ14の翼とアプテリアと呼ばれる羽が生育する、または成長しない皮膚の異なる領域を持っています。翼の配置("羽道"とも呼ばれる)は種によって異なり、分類学的文字14としてある程度の価値を有する。しかし、いくつかの鳥(すなわち、ラテットとペンギン)は、この翼竜症を失い、体14を横切って羽の均一な分布を有する。さらに、異なる種、特に異なる環境に生息する種は、羽の種類15の異なる割合を有する。例えば、寒い気候に生息する鳥は、暖かい環境に生息する種よりも大きな羽根部16の羽毛が15羽、羽毛が輪郭を描いている。
羽の特定のタイプの微細構造はまた、種25、26を越えて断熱材に影響を与える可能性があります。Leiららは、多くの中国のパッセリンスズメの輪郭羽の微細構造を比較し、寒い環境に生息する種は、各輪郭羽のプルプラウスバーブの割合が高く、より長いバーブル、高いノード密度、および暖かい環境に生息する種よりも大きなノードを有することを発見した。D'alba et ala. 一般的なアイダーのダウン羽の微細構造を比較した (ソマテリア・モリッシマ) とグレイラグガチョウ(Anser anser) これらの違いが羽の凝集能と羽の凝集性能力と羽根の空気をトラップする能力の両方に影響を与える方法を説明した。フェザリングのこれらの変動が種間の羽毛コートの全体的な熱性能にどのような影響を与えるかについての定量的比較データは限られています(詳細については、テイラーとウォードを参照してください)。11,13.
種の中では、フェザーコートの熱性能は異なる場合があります。僧院のインコ(ミオプシタ・モナチャス)17など、いくつかの種は、非常に大きく多様な地理的範囲に生息しています。これらの異なる環境によってもたらされる異なる熱応力は、地域的に種内の鳥の羽毛コートに影響を与える可能性がありますが、現在このトピックに関するデータはありません。さらに、ブロッジらは、北半球の大きなおっぱい(パルスメジャーL.)の2つの集団を比較した。彼らは、より多くの北部の人口の輪郭の羽は、より南部の人口のそれよりも密度が高いが、より短く、比例的にプルプラセウスが少ないことを実証した。しかし、両集団の鳥が同じ場所18で育った時には、これらの違いは消えた。
さらに、Broggiらは、これらの知見を異なる熱条件に対するプラスチック応答として説明したが、これら異なるフェザーコート18の絶縁値を測定しなかった。この結果はまた、輪郭羽の羽の密度が輪郭の羽のプルラセウスバーブの割合よりも断熱材にとって重要であることを示唆しているが、Broggiらは北部の集団が十分な栄養素の不足のために最適な羽を作り出すことができないかもしれないことを示唆した。これらのフェザーコートの全体的な熱性能の定量的測定は、羽毛の違いの重要性の理解をさらに深めるであろう。
時間が経つにつれて、個々の鳥の羽のコートは異なります。少なくとも年に一度、すべての鳥は(すべての羽を交換)19.年が進むにつれて、羽は2、20、そして少ない数の18、21、22、23を着用します。一部の鳥は年に1回以上脱皮し、毎年複数の異なる羽毛コートを与えます。ミドルトンは、年に2回モルトするアメリカのゴールドフィンチ(スピノス・トリスティス)が、夏の間に代替羽毛よりも冬の間に基本的な羽毛の羽の数が多く、ダウニー羽の割合が高いことを示しました。羽毛コートのこれらの年間の違いは、鳥が寒い時期により多くの熱を受動的に保存したり、暖かい季節に受動的により多くの熱を流すことを可能にするかもしれないが、研究はこれを決定的にテストしていない。
鳥は行動1、27を熱調節し、異なる熱条件3、4、5、6、7、8、9、10、26に代謝的に順応することができますが、羽は断熱の一定の層を提供することによって、体温調節において重要な役割を果たします。ここで説明する方法は、羽毛コート単独とその受動的体温調節におけるその役割に関する質問に答えるように設計されています(すなわち、生きている鳥は、その行動や代謝を変更することなく保持する熱の量?)活性および生理的体温調節は生態学的に重要であるが、羽が単独で絶縁を助ける方法と、それらが活性行動および生理学的体温調節の必要性にどのように影響するかを理解することも重要である。
これまでの研究では、動物のペルト11、12、13、28の熱伝導率と断熱を定量化する方法が確立されています。ここで示す方法は、「ガードホットプレート」法11、12、13、28の拡張です。しかし、ここで説明する方法は、熱電対ではなくサーマルカメラを使用してフェザーコートの外側境界での温度を測定する。ガードホットプレート法は、ペルトを通るエネルギーフローの非常に正確な推定値を与えますが、それは、マルチ材料ホットプレートの構築、熱電対とサーモパイルの使用に精通している、および小片に切断しなければならないペルトの破壊的な使用を必要とします。これらの部分は、次いで、サンプルとホットプレート装置の間の空気を除去するためにグリースを塗る。アプテリアを欠いている少数の鳥(例えば、ペンギン)を除いて、カットの場所は実際に皮膚に付着する(そして上に)羽の数に大きな影響を与えるので、鳥の皮から小さな正方形を切断することは比較目的のために問題です。この問題は、ptyerlae14の存在、サイズ、および配置におけるタキサ間の変動によって悪化する。
さらに、博物館の標本は鳥の間の断熱材の変動を評価するための潜在的に豊富なリソースであり得るが、一般的に、科学的コレクションで皮膚標本を切断し、グリースする許可は達成不可能である。さらに、保護されたホットプレート測定のために野生から採取された標本は、その後博物館の標本として使用することはできません。ここで提示される方法は、1)標本の破壊を必要とせず、2)皮膚の下側をグリースすることなく、全体の乾燥した鳥の皮で使用することができるという点で、ガードホットプレート法とは異なります。それはますます手頃な価格(まだ比較的高価ですが)、正確であり、熱関係の生きた鳥の測定に使用されるサーマルカメラを使用しています。
この方法は、ガードされたホットプレート法のように、皮膚と羽根を通るエネルギーの流れ(したがって熱伝導率または絶縁値)を直接測定しません。代わりに、サーマルカメラを使用してフェザーコートの外側の境界での温度を測定します。結果の値は、皮膚、羽、およびそれらの間に閉じ込められた空気を通して受動的に失われた熱の統合された尺度を表します(下の熱源と比較して)。平らな皮として調製し、記載された技術を使用して測定された標本はコレクションに保存され、将来の研究のための価値を無期限に提供することができる。この方法は、標準的で、比較可能で比較的簡単な方法で、平らな皮を剥れた標本のフェザーコートの熱性能を測定する方法を提供し、特に中間および内特異的な比較に有用である。

<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

羽は断熱に不可欠であり、したがって、鳥類の熱規制のコストに不可欠です。様々な生態学的状況にわたる鳥類の熱調節のエネルギーコストに関する堅牢な文献があります。しかし、羽の単独の熱調節への寄与を特徴付ける研究はほとんどない。いくつかの以前の研究では、動物のペルトの絶縁値を測定する方法が確立されていますが、羽が皮膚全体に均等に分布していない鳥にとって問題のある破壊的なサンプリング方法が必要です。1)フェザーの熱調節への寄与が種の間および種の間でどのように変化するかについて、そして2)羽毛のコートが空間と時間の経過とともにどのように変化するかについて、より多くの情報が必要です。ここで報告されているのは、皮膚標本を破壊する必要なく、乾燥した皮膚標本を用いてフェザーコートと皮膚の熱性能を迅速かつ直接的に測定する方法である。この方法は、行動および生理学的戦略を使用して熱調節する生きた鳥の熱損失と代謝コストの測定では不可能な方法で、羽毛コート全体の熱勾配を分離し、測定する。この方法では、熱カメラを採用しており、定量的熱データを迅速に収集して、皮膚を通して安定したソースからの熱損失を測定することができます。このプロトコルは、さまざまな研究の質問に簡単に適用することができ、任意の鳥の分類に適用され、皮膚標本の破壊を必要としません。最後に、定量的データ収集を簡素化・加速させることで、鳥類における受動熱調節の重要性を理解し、さらに理解を深める。

6つの温度で測定された5種の各々の1個の一連の結果を表す結果を 、図4 および 図5に示す。これらは、皮膚の配置の小さな変化が最大1.7°Cの測定値の変動をもたらすことを示しています図 4 は、研究者のトレーニングが測定の繰り返し性を高める方法を示しています。例えば、同じ個々の家のスズメ(スパッサー家産)は、経験の浅い研究者によって単一の目標温度で5回測定した(図4A)。異種の様々な標本に対する訓練の後、1人の研究者(J.G.)が同じ目標温度で同じ標本を5回測定した(図4B)。アクリルガラスの温度と羽の表面の温度との関係の推定値は、わずか(しかしおそらく重要な)量によって変化した。その結果、測定自体の繰り返し性はほぼ4倍に変化した。したがって、測定が収束し、測定値の変動が安定するまで(分析される測定を行う前に)非サンプルスキン上のオペレータに繰り返し練習を強くお勧めします(すなわち、追加の練習では再現性のさらなる改善は見られない)。これは、各検体の反復測定(または反復措置の平均)に関する分析を行う前に達成することが重要です。
図5に示すデータは小さなパイロットサンプルを表していますが、羽毛コートの熱性能を測定するこの方法は、鳥類の熱生態学に関する重要な洞察を得る可能性が高いことを示唆しています。測定誤差を減らすために、1人の研究者(J.G.)だけが訓練を受け、測定を行いました。これらのデータは、リストされた種のそれぞれの単一の個体(家のスズメ、東フィービー[サオルニスフィービー]、灰色のキャットバード[ドゥメテラ・ロメロエンシス]、東ブルーバード[シアリアシアリス]、およびタフトマウス[Baeolophus bicolor])を表していますが、結果として得られるデータの斜面の変動は、これらの個々の間でコートの熱性能が異なっていることを示しています。さらに、これらの違いの大きさは、種の違いによる可能性があることを示唆しています。
さらに、1人の訓練を受けた研究者が図5のすべての測定を行った場合、R2値の変動を研究者のスキルだけでは制御しません。例えば、試験後も、家のスズメで繰り返し測定を得ることは困難であったが、東部のフィービーと東部ブルーバードと比較した(図4、図5)。後者の2羽の鳥は両方ともハッチ年の個体でした。したがって、彼らの年齢クラスは、彼らの絶縁の均一性に影響を与える可能性がありますが(しかし、それはそれ以上の研究なしの憶測です)が、測定のための彼らのスキンの配置は、家のスズメよりも繰り返し行う方が簡単であることを期待する理由はありません。したがって、家のスズメの羽毛コートの品質を不完全に理解した人も、さらなる調査を必要とするかもしれません。同様に、図5の線の傾きの変動は、温度範囲(例えば、種のサーモニュートラルゾーン)にわたって熱性能を測定することは、単一の参照熱レベルを使用するよりも生物学的に有益であり得る可能性があることを示唆している。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60981/60981fig01.jpg"> 図1:完全なサーマルカメラと温水バスのセットアップの図。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60981/60981fig01large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60981/60981fig02.jpg"> 図 2: 複数の試行で同じ配置を複製する方法を表す熱画像。楕円は、アクリルガラスの加熱領域に既に配置されています。これらの画像は、楕円ではなく皮膚の動きを示しています。フェザーコートのターゲット測定領域に指先を軽く簡単にタッチします。指先は数秒間皮膚に熱印を残します。(A)図示されるヒートマークは楕円の外側であり、目標測定領域が熱にさらされないことを意味する。泡やアクリルガラスを動かさないで注意してください(これは、楕円が熱暴露の領域を不正確に表す原因となる)、平らな皮膚の配置を調整し、再度目標測定領域に触れます。このプロセスを続けて、ヒートマークが楕円内に含まれるまで続けます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60981/60981fig02large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60981/60981fig03.jpg"> 図3:温水浴の温度(表示読み取り)とアクリルガラス表面の温度(例えば、平らな肌が露呈する実際の熱源)との関係。なお、アクリルガラスの表面の温度は、温水浴によって表示される温度よりも一貫してわずかに高い。この図は、この関係を理解するためにのみ使用し、各試験(セクション2.6)のためにアクリルガラスの表面で温度を測定する。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60981/60981fig03large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60981/60981fig04.jpg"> 図4:羽毛コートの表面における温度測定の再現性の向上これらの値は、測定性能のための研究者による反復性トレーニングの後に、個々の家のスズメ(A)前および(B)から得られた。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60981/60981fig04large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60981/60981fig05.jpg"> 図5:アクリルガラス表面の温度と、5種の鳥類の単一標本における羽面の温度との関係1つのグラフ上の点は、6つの異なる目標温度で同じ個体で繰り返される測定値を表します。なお、40°Cの基準加熱点での測定値は類似しているが、これらの線の傾きは変動する。これは、これらの鳥の羽のコートの熱性能が異なっていることを示唆しています(0の傾きは完全な絶縁体であり、傾斜は1の斜面は完全に非絶縁です)。また、測定の繰り返し性が異なるため注意が必要である。調査官の測定訓練の後でさえ、繰り返し測定の分散は家のスズメにとって最も高く、東部のフィービーと東部のブルーバードでは最も低い。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60981/60981fig05large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>

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

このプロトコルは、サーマルカメラと温水浴を使用して、平らな皮膚の鳥類標本を通して熱伝達の定量化を記述する。この方法により、乾燥した平らな皮膚標本を用いて、種全体のフェザーコートの熱性能に関する定量的、比較データを得ることができます。

サーマルカメラを使用して鳥の羽のコートを通して熱損失を測定する

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

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Biology

3.5K ビュー.  University of Connecticut. このプロトコルは、サーマルカメラと温水浴を使用して、平らな皮膚の鳥類標本を通して熱伝達の定量化を記述する。この方法により、乾燥した平らな皮膚標本を用いて、種全体のフェザーコートの熱性能に関する定量的、比較データを得ることができます。

ビデオ: 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.

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

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 ...

工学

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.

定量的な可視化と動的な熱画像を用いた皮膚癌の発見

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 ...

医学

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

一次元固体材料の熱輸送のキャラクタリゼーション

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

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.

管内の単相およびフロー ローカル瞬時対流熱伝達の測定

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.

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

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.

熱画像は、非侵襲的に拘束されていない鳥でストレスを研究します

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

神経科学

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.

褐色脂肪組織活性の変化を検出するための赤外線サーモグラフィ

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.

間接熱量測定、赤外線サーモグラフィ、および血糖値の組み合わせを使用して、ヒトの褐色脂肪組織の熱発生を測定します

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.

昆虫の臨界熱限界のハイスループットアッセイ

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

生物学

Field-Based Thermal Physiology Assay: Cold Shock Recovery under Ambient Conditions

Ecological physiology, particularly of ectotherms, is increasingly important in this changing world as it uses measures of species and environmental traits to explore the interactions between organisms and their surroundings to better understand their survival and fitness. Traditional thermal assays are costly in terms of time, money, and equipment and are therefore often limited to small sample sizes and few species. Presented here is a novel protocol that generates detailed data on individual behavior and physiology of large, volant, terrestrial insects, using the example of butterflies. This paper describes the methods of a cold shock recovery assay that can be performed in the field under ambient environmental conditions and does not require costly laboratory equipment. This method has been used to understand the response and recovery strategy to cold shock of tropical butterflies, generating individual level data across entire butterfly communities. These methods can be employed in both remote field settings and classrooms and can be used to generate ecologically relevant physiological data and as a teaching tool.

Here, a low-cost, accessible protocol is described to evaluate cold shock recovery of butterflies under ambient environmental conditions.

フィールドベースの熱生理学的アッセイ:周囲条件下でのコールドショック回復

Ecological physiology, particularly of ectotherms, is increasingly important in this changing world as it uses measures of species and environmental ...

サーマルカメラを使用して鳥の羽のコートを通して熱損失を測定する

要約

さらに動画を探す

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

定量的な可視化と動的な熱画像を用いた皮膚癌の発見

一次元固体材料の熱輸送のキャラクタリゼーション

管内の単相およびフローローカル瞬時対流熱伝達の測定

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

熱画像は、非侵襲的に拘束されていない鳥でストレスを研究します

褐色脂肪組織活性の変化を検出するための赤外線サーモグラフィ

間接熱量測定、赤外線サーモグラフィ、および血糖値の組み合わせを使用して、ヒトの褐色脂肪組織の熱発生を測定します

昆虫の臨界熱限界のハイスループットアッセイ

フィールドベースの熱生理学的アッセイ:周囲条件下でのコールドショック回復

サーマルカメラを使用して鳥の羽のコートを通して熱損失を測定する

要約

さらに動画を探す

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

定量的な可視化と動的な熱画像を用いた皮膚癌の発見

一次元固体材料の熱輸送のキャラクタリゼーション

管内の単相およびフロー ローカル瞬時対流熱伝達の測定

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

熱画像は、非侵襲的に拘束されていない鳥でストレスを研究します

褐色脂肪組織活性の変化を検出するための赤外線サーモグラフィ

間接熱量測定、赤外線サーモグラフィ、および血糖値の組み合わせを使用して、ヒトの褐色脂肪組織の熱発生を測定します

昆虫の臨界熱限界のハイスループットアッセイ

フィールドベースの熱生理学的アッセイ:周囲条件下でのコールドショック回復

管内の単相およびフローローカル瞬時対流熱伝達の測定