Name: an experimental approach to investigating effects of artificial light at night on free-ranging animals: implementation, results, and directions for future research
Uploaded: 2022-02-02T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Experimental Approach to Investigating Effects of Artificial Light at Night on Free-Ranging Animals: Implementation, Results, and Directions for Future Res

Vores forskningsprogram, der involverer de biologiske virkninger af ALAN på fugle, har modtaget finansiering fra FWO Flandern (til M.E. og R.P., projekt ID: G.0A36.15N), Antwerpen Universitet og Europa-Kommissionen (til M.L.G. Marie Skłodowska-Curie fellowship ID: 799667). Vi anerkender den intellektuelle og tekniske støtte fra medlemmer af Behavioral Ecology and Ecophysiology Research Group ved Universitetet i Antwerpen, især Peter Scheys og Thomas Raap.

Alle anvendelser af dette system til dyreforsøg blev godkendt af Antwerpen Universitets etiske udvalg og udført i overensstemmelse med belgiske og flamske love. Metodologi overholdt ASAB / ABS-retningslinjerne for brug af dyr i adfærdsforskning. Det belgiske kongelige institut for naturvidenskab (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) leverede licenser til alle forskere og personale.
1. Oprettelse af det eksperimentelle system
<ol><li>Få bredspektr...

Dette redekassebaserede system af LED-lys og et parret IR-kamera har gjort det muligt for forskere at vurdere en række spændende spørgsmål vedrørende de biologiske virkninger af ALAN. Desuden er der mange flere forskningsretninger, der kan forfølges med systemet. Desuden kan en udvidelse af brugen af systemet til andre arter bidrage til at fremme forståelsen af interspecifikke forskelle i følsomhed over for ALAN. Nedenfor præsenteres nogle ikke-udtømmende muligheder for fremtidig forskning i håb om, at dette p...

Dyr har udviklet sig med de naturlige mønstre af lys og mørke, der definerer dag og nat. Således orkestrerer døgnrytmer i hormonelle systemer hvile- og aktivitetsmønstre og giver dyrene mulighed for at maksimerekonditionen 1,2,3. For eksempel primer døgnrytmen i glukokortikoidhormoner, med et højdepunkt ved begyndelsen af den daglige aktivitet, hvirveldyr til at opføre sig hensigtsmæssigt i løbet af 24-timers perioden via virkninger på glukosemetabolisme og lydhørhed over for miljømæssige stressfaktorer4. Tilsvarende er pinealhormonet melatonin, som frigives som reaktion på mørke, integreret involveret i styrende mønstre af døgnrytme og har også antioxidantegenskaber 5,6. Indlejring af mange aspekter af døgnrytme, såsom melatoninfrigivelse, påvirkes af fotoreceptionen af lysniveauer i miljøet. Således har indførelsen af kunstigt lys i miljøet for at understøtte menneskelig aktivitet, rekreation og infrastruktur potentialet til at have vidtrækkende virkninger på adfærd, fysiologi og egnethed hos fritgående dyr 7,8. Faktisk er forskellige virkninger af eksponering for kunstigt lys om natten (ALAN) blevet dokumenteret 9,10, og ALAN er blevet fremhævet som en prioritet for forskning i globale forandringeri det 21. århundrede10.
Måling af virkningerne af ALAN på fritgående dyr udgør ikke-trivielle udfordringer af en række årsager. For det første oplever mobile dyr, der bevæger sig gennem miljøet, konstant forskellige niveauer af lys. Hvordan kvantificerer man således det lysniveau, som de enkelte dyr udsættes for? Selv om lysniveauet på dyrets område kan kvantificeres, kan dyret anvende undgåelsesstrategier, der påvirker eksponeringsmønstre, hvilket kræver samtidig sporing af dyrets placering og lysniveauer. I de fleste feltundersøgelser er gennemsnittet og variationen i lyseksponeringsniveauer faktisk ukendt11. For det andet er eksponering for ALAN ofte korreleret med eksponering for andre menneskeskabte forstyrrelsesfaktorer, såsom støjforurening, kemisk eksponering og nedbrydning af levesteder. For eksempel vil dyr, der har levesteder langs vejkanten, blive udsat for lys fra gadelamper, støj fra biltrafik og luftforurening fra køretøjsemissioner. Hvordan isolerer man så effektivt virkningerne af ALAN fra virkningerne af forvirrende variabler? Strenge felteksperimenter, der muliggør gode målinger af både lyseksponeringsniveauer og responsvariabler, er afgørende for at evaluere sværhedsgraden af de biologiske virkninger af ALAN og for at udvikle effektive afbødningsstrategier11.
Denne artikel beskriver en eksperimentel tilgang, der, selvom den ikke er uden sine begrænsninger (se diskussionsafsnittet), hjælper med at dæmpe, hvis ikke eliminere de vanskeligheder, der er identificeret ovenfor. Fremgangsmåden indebærer eksperimentelt manipulation af ALAN-niveauer inde i redekasserne hos en fritlevende, daglig fugleart, musvitten (Parus major), ved hjælp af et system af lysdiode (LED) lys og et infrarødt (IR) kamera installeret i redekasser. Opsætningen muliggør samtidig erhvervelse af videooptagelser, herunder lyd, som gør det muligt for forskere at vurdere effekter på adfærd og vokaliseringer. Stormejser bruger redekasser til avl, og sover i redekasserne mellem november og marts. Hunnerne sover også inde i redekasserne i ynglesæsonen12. Systemet er også blevet brugt i mindre grad til at studere effekter af ALAN på blåmejser (Cyanistes caeruleus). Den første vanskelighed, der involverer at kende lysniveauer, som dyret støder på, mindskes ved, at lysniveauet kan bestemmes præcist af forskeren, da en person er villig til at komme ind i redekassen (eller allerede er i redekassen i tilfælde af immobile nestlings). Den anden vanskelighed, der involverer korrelationer til forvirrende variabler, kan styres ved at bruge redekasser i lignende miljøer og / eller måle niveauerne af forvirrende variabler nær redekasser. Derudover er det i hulrumsrugende fugle stærkt at vedtage en eksperimentel tilgang, fordi redekasser eller naturlige hulrum kan beskytte nestlings og voksne mod ALAN13, hvilket kan forklare, hvorfor nogle korrelative undersøgelser finder ringe effekt af ALAN (eller menneskeskabt støj)14, mens eksperimentelle undersøgelser oftere finder klare effekter (se nedenfor). Desuden kan der vedtages et eksperimentelt design med gentagne foranstaltninger, hvor enkeltpersoner tjener som deres egen kontrol, hvilket yderligere øger statistisk magt og sandsynligheden for at detektere meningsfulde biologiske virkninger. Afsnittene nedenfor: (1) forklare detaljerne i systemets design og implementering, (2) opsummere de vigtige resultater, der hidtil er blevet afledt ved hjælp af systemet, og (3) foreslå fremtidige forskningsretninger, der kan forfølges, både i bryster og andre dyr.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Broad spectrum; 15 mm x 5 mm; LED headlight</td>
			<td>RANEX; Gilze; Nederlands</td>
			<td>6000.217</td>
			<td>A similar model could also be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery</td>
			<td>BYD</td>
			<td>R1210A-C</td>
			<td>Fe-battery 12 V 120 Wh ( lithium iron phosphate battery)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dark green paint</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Optional. To color nest boxes/electronic enclosures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For electronics</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homemade timer system</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>YP109A 12V</td>
			<td>A similar model could also be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared camera</td>
			<td>Koberts-Goods, Melsungen, DE</td>
			<td>205-IR-L</td>
			<td>Mini camera; a similar model could also be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light level meter</td>
			<td>ISO-Tech ILM; Corby; UK</td>
			<td>1335</td>
			<td>To calibrate light intensity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini DVR video recorder</td>
			<td>Pakatak, Essex, UK</td>
			<td>MD-101</td>
			<td>Surveillance DVR Recorder Mini SD Car DVR with 32 GB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Passive integrated transponder (PIT) tags</td>
			<td>Eccel Technology Ltd, Aylesbury, UK</td>
			<td>EM4102</td>
			<td>125 Kh; Provides unique electronic ID</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Radio frequency identification (RFID) Reader</td>
			<td>Trovan, Aalten, Netherlands</td>
			<td>GR-250</td>
			<td>To scan PIT tags and determine bird identity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resistor</td>
			<td>RS Components</td>
			<td></td>
			<td>Value depending on voltage battery and illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SD card</td>
			<td>SanDisk</td>
			<td></td>
			<td>64 GB or larger</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SongMeter</td>
			<td>Wildlife Acoustics; Maynard, MA</td>
			<td></td>
			<td>Optional. Provides a means of monitoring vocalizations outside of nest boxes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TFT Color LED Portable Test Monitor</td>
			<td>Walmart</td>
			<td></td>
			<td>Allows verification that the camera is on and recording the image correctly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wood</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To construct nest boxes/electronic encolsures</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an experimental approach to investigating effects of artificial light at night on free-ranging animals: implementation, results, and directions for future research

Dyr har udviklet sig med naturlige mønstre af lys og mørke. Imidlertid introduceres kunstigt lys i stigende grad i miljøet fra menneskelig infrastruktur og rekreativ aktivitet. Kunstigt lys om natten (ALAN) har potentialet til at have udbredte virkninger på dyreadfærd, fysiologi og fitness, hvilket kan oversættes til bredere virkninger på befolkninger og samfund. At forstå virkningerne af ALAN på fritgående dyr er ikke trivielt på grund af udfordringer såsom måling af lysniveauer, som mobile organismer støder på, og adskillelse af virkningerne af ALAN fra virkningerne af andre menneskeskabte forstyrrelsesfaktorer. Her beskriver vi en tilgang, der giver os mulighed for at isolere virkningerne af kunstig lyseksponering på individuelle dyr ved eksperimentelt at manipulere lysniveauer inde i redekasser. Til dette formål kan et system bruges bestående af lysdiode (LED) lys (er), der klæbes til en plade og tilsluttes et batteri- og timersystem. Opsætningen gør det muligt at eksponere individer inde i redekasser for varierende intensiteter og varigheder af ALAN, samtidig med at der opnås videooptagelser, som også inkluderer lyd. Systemet er blevet brugt i studier af fritgående stormejser (Parus major) og blåmejser (Cyanistes caeruleus) for at få indsigt i, hvordan ALAN påvirker søvn- og aktivitetsmønstre hos voksne og fysiologi og telomerdynamik i udviklingen af nestlings. Systemet, eller en tilpasning heraf, kan bruges til at besvare mange andre spændende forskningsspørgsmål, såsom hvordan ALAN interagerer med andre forstyrrelsesfaktorer og påvirker bioenergetisk balance. Desuden kan lignende systemer installeres i eller i nærheden af redekasser, reder eller huler af en række arter for at manipulere niveauer af ALAN, evaluere biologiske reaktioner og arbejde hen imod at opbygge et interspecifikt perspektiv. Især når den kombineres med andre avancerede tilgange til overvågning af adfærd og bevægelse af fritlevende dyr, lover denne tilgang at give løbende bidrag til vores forståelse af de biologiske konsekvenser af ALAN.

De peer-reviewed forskningsartikler, der offentliggøres ved hjælp af dette system, er opsummeret i tabel 2. Flere andre manuskripter er i gang. Disse undersøgelser omhandler tre store suiter af forskningsspørgsmål. For det første er systemet blevet brugt til at studere virkningerne af lyseksponering på søvnadfærd og aktivitetsniveauer hos voksne. Til dette formål blev der anvendt et eksperimentelt design med gentagne foranstaltninger, hvor det samme individ først blev registreret sovende under...

Watch this Scientific Journal Video about An Experimental Approach to Investigating Effects of Artificial Light at Night on Free-Ranging Animals: Implementation, Results, and Directions for Future Res

An Experimental Approach to Investigating Effects of Artificial Light at Night on Free-Ranging Animals: Implementation, Results, and Directions for Future Research

Kunstigt lys om natten (ALAN) har vidtrækkende biologiske virkninger. Denne artikel beskriver et system til manipulation af ALAN inde i redekasser under overvågning af adfærd, der består af LED-lys koblet til et batteri, timer og lydkompatible infrarødt videokamera. Forskere kunne anvende dette system til at udforske mange udestående spørgsmål vedrørende virkningerne af ALAN på organismer.

En eksperimentel tilgang til undersøgelse af virkningerne af kunstigt lys om natten på fritgående dyr: implementering, resultater og retninger for fremtidig forskning

Animals have evolved with natural patterns of light and darkness. However, artificial light is being increasingly introduced into the environment from ...

Vores metode til at manipulere kunstigt lys om natten, eller ALAN, inde i redekasser, er kraftfuld til at bestemme virkningerne af ALAN på dyrs adfærd, fysiologi og egnethed. Denne teknik hjælper med at overvinde de udfordringer, der er forbundet med at studere, hvordan ALAN påvirker fritgående dyr, fordi forskere kan udsætte dyr for lys om natten på en kontrolleret måde. Dette system kan bruges i enhver fugle- eller pattedyrart, der bruger hulrum til avl eller hvile, og har også potentiale til at blive ændret til brug i andre sammenhænge.Start med at vænne dyrene til forsøgsopstillingen ved at placere en dummyboks på toppen af redekassen mindst en dag før forsøget for at minimere virkningerne af nyhedsaversion. For at undersøge de fokuserede individer skal dyrene i undersøgelsespopulationen monteres med en passiv integrativ transponder eller PIT-mærke for at muliggøre identifikation i redekassen uden at forstyrre fuglene. I eksperimenter, der involverer effekten af kunstigt lys om natten eller ALAN på søvnadfærd, skal du besøge redekasserne natten før eksperimentet og scanne kasserne med en radiofrekvensindikation eller RFID-læser for at bestemme, hvilke fugle der raser inde.For at registrere uforstyrret søvn i fravær af ALAN skal du implementere et gentagent måledesign ved at registrere sovende under mørke forhold i en nat og derefter i nærværelse af ALAN i en nat. For begge nætter, før du tager det infrarøde eller IR-kamera i marken, skal du synkronisere tiden med den lokale tid. Indsæt derefter et MDSD-kort i SD-stikket i mini DVR-optageren ved siden af batteriet.Mindst to timer før mørkets begyndelse skal du fjerne dummyboksen fra toppen af redekassen og åbne redekassens låg for at placere pladen, der indeholder IR-kameraet, indeni med kameraets målretning nedad. Forlæng derefter de elektroniske stik ud af rillen i redekassen. Når du har lukket låget til redekassen, skal du placere kabinettet, der indeholder batteriet, optageren og timeren, oven på redekassen.Tilslut derefter det røde stik fra optageren til det hvide stik fra kameraet, det gule stik fra optageren til det gule stik fra kameraet og det sorte stik fra batteriet til det røde stik fra kameraet. Og for ALAN-natten, lysdioderne til timeren og timeren til strømkilden. Når du er tilsluttet, skal du sætte ledningerne inde i de kabinetter, der huser systemet.Når optagelsen starter, skal du kontrollere med en lille TFT-skærm for at sikre det korrekte billede og derefter trykke på optag. En time efter mørkets frembrud skal du vende tilbage til redekassen for at kontrollere identiteten af de fugle, der sover indeni, ved at flytte en RFID-transponderlæser rundt i bunden og siderne af redekassen og registrere det unikke identifikationsnummer, der er kommunikeret fra PIT-mærket. Om morgenen efter kontroloptagelsen, to timer efter solopgang, skal du samle batterisystemet fra redekassen, inden du returnerer dummyboksen oven på redekassen.I laboratoriet skal du oplade batteriet og fjerne og downloade SD-kortet fra optageren for at indsamle adfærdsdataene. Når du har downloadet dataene, skal du slette dataene fra SD-kortet efterfulgt af at indsætte kortet i mini DVR-optageren. På en efterfølgende nat skal du implementere lyseksponeringsbehandlingen ved at konfigurere timersystemet til det ønskede tidspunkt for lyseksponering og styre optagelsen som beskrevet før med timeren tilsluttet strømmen og lysdioderne tilsluttet timeren.Til eksperimenter, der involverer flere nætter med lyseksponering og videooptagelse, skal du indsamle systemerne hver morgen for at genoplade batterierne i løbet af dagen og derefter udskifte systemet om aftenen. Senere indsamle data om svarvariablerne af interesse. Undersøgelsen dokumenterede de dramatiske virkninger af ALAN eksponering på søvnadfærd.Fuglene udsat for ALAN med en relativt lav intensitet på 1,6 lux, vågnede en halv time tidligere, forlod redekassen 20 minutter tidligere og sov 40 minutter mindre end kontrolfuglene. Her fokuserer vi på at bruge systemet til at vurdere effekter på søvn, men systemet kan også bruges til at teste effekter på udviklingen af ynglepladser i ynglesæsonen. For at vurdere de fysiologiske virkninger af ALAN-eksponering kan dyr fanges, blodprøver opnås, og morfometriske målinger kan også tages på dette tidspunkt.Dette redekassebaserede system har gjort det muligt for forskere at vurdere en række spændende spørgsmål vedrørende biologiske virkninger af ALAN, som ikke tidligere kunne vurderes, såsom effekter på søvn.

Research

JoVE Journal

Biology

Testing Nicotine Tolerance in Aphids Using an Artificial Diet Experiment

Plants may upregulate the production of many different seconday metabolites in response to insect feeding. One of these metabolites, nicotine, is well ...

Method for the Assessment of Effects of a Range of Wavelengths and Intensities of Red/near-infrared Light Therapy on Oxidative Stress In Vitro

Method for the Assessment of Effects of a Range of Wavelengths and Intensities of Red/near-infrared Light Therapy on Oxidative Stress In Vitro

Metode til vurdering af effekter af en række bølgelængder og intensiteter af Rød / nær-infrarødt lys terapi på oxidativt stress<em&gt; In vitro</em

Red/near-infrared light therapy (R/NIR-LT), delivered by laser or light emitting diode (LED), improves functional and morphological outcomes in a range of ...

Measurement and Analysis of Extracellular Acid Production to Determine Glycolytic Rate

Måling og analyse af Ekstracellulær syre produktion til Bestem glycolytisk Rate

Extracellular measurement of oxygen consumption and acid production is a simple and powerful way to monitor rates of respiration and glycolysis1. Both ...

An Alternative Approach for Sample Preparation with Low Cell Number for TEM Analysis

En alternativ metode til Sample Preparation med lav Cell Antal for TEM Analyse

Transmission electron microscopy (TEM) provides details of the cellular organization and ultrastructure. However, TEM analysis of rare cell populations, ...

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

Brug mikrofluidenheder til måling Levetid og cellefænotyper i Single Spirende gærceller

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

Procedure and Key Optimization Strategies for an Automated Capillary Electrophoretic-based Immunoassay Method

Procedure og centrale optimeringsstrategier for en automatiseret kapillær elektroforese-baseret immunassay metode

New technologies that utilize capillary-based immunoassays promise faster and more quantitative protein assessment compared to traditional immunoassays. ...

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

Investigating the Detrimental Effects of Low Pressure Plasma Sterilization on the Survival of Bacillus subtilis Spores Using Live Cell Microscopy

Undersøge de skadelige effekter af lav pres Plasma sterilisation på overlevelse af Bacillus subtilis sporer ved hjælp af Live celle mikroskopi

Plasma sterilization is a promising alternative to conventional sterilization methods for industrial, clinical, and spaceflight purposes. Low pressure ...

Experimental Approach to Examine Leptin Signaling in the Carotid Bodies and its Effects on Control of Breathing

Eksperimentel tilgang til at undersøge Leptin signalering i carotis organer og dens virkninger på kontrol af vejrtrækning

An adipocyte-produced hormone leptin is a potent respiratory stimulant, which may play an important role in defending respiratory function in obesity. The ...

Development of an Individual-Tree Basal Area Increment Model using a Linear Mixed-Effects Approach

Udvikling af en individuel-Tree Basal Area Increment Model ved hjælp af en lineær mixed-effects tilgang

Here, we developed an individual-tree model of 5-year basal area increments based on a dataset including 21898 Picea asperata trees from 779 sample plots ...

A Pipeline using Bilateral In Utero Electroporation to Interrogate Genetic Influences on Rodent Behavior

En rørledning, der bruger bilateral in Utero Electroporation til at afhøre genetiske påvirkninger af gnaveradfærd

As genome-wide association studies shed light on the heterogeneous genetic underpinnings of many neurological diseases, the need to study the contribution ...