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
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Notre programme de recherche portant sur les effets biologiques de l’ALAN sur les oiseaux a reçu un financement de la FWO Flanders (à M.E. et R.P., ID de projet: G.0A36.15N), de l’Université d’Anvers et de la Commission européenne (à M.L.G, Marie Skłodowska-Curie fellowship ID: 799667). Nous reconnaissons le soutien intellectuel et technique des membres du groupe de recherche en écologie comportementale et écophysiologie de l’Université d’Anvers, en particulier Peter Scheys et Thomas Raap.

Toutes les applications de ce système à l’expérimentation animale ont été approuvées par le comité d’éthique de l’Université d’Anvers et menées conformément aux lois belges et flamandes. La méthodologie a respecté les directives ASAB / ABS pour l’utilisation des animaux dans la recherche comportementale. L’Institut royal des sciences naturelles de Belgique (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) a fourni des licences à tous les chercheurs et au personnel.
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Ce système de nichoirs à LED et une caméra infrarouge jumelée a permis aux chercheurs d’évaluer une série de questions intrigantes concernant les effets biologiques de l’ALAN. De plus, il y a beaucoup plus d’orientations de recherche qui peuvent être poursuivies avec le système. De plus, l’élargissement de l’utilisation du système à d’autres espèces pourrait aider à mieux comprendre les différences interspécifiques de sensibilité à l’ALAN. Ci-dessous, quelques possibilités non exhaustives ...

Les animaux ont évolué avec les motifs naturels de lumière et d’obscurité qui définissent le jour et la nuit. Ainsi, les rythmes circadiens dans les systèmes hormonaux orchestrent les schémas de repos et d’activité et permettent aux animaux de maximiser leur condition physique 1,2,3. Par exemple, le rythme circadien dans les hormones glucocorticoïdes, avec un pic au début de l’activité quotidienne, incite les vertébrés à se comporter de manière appropriée tout au long de la période de 24 heures via des effets sur le métabolisme du glucose et la réactivité aux facteurs de stressenvironnementaux 4. De même, l’hormone pinéale mélatonine, qui est libérée en réponse à l’obscurité, est intégralement impliquée dans la gouvernance des modèles de rythmicité circadienne et a également des propriétés antioxydantes 5,6. L’entraînement de nombreux aspects de la rythmicité circadienne, tels que la libération de mélatonine, est affecté par la photoréception des niveaux de lumière dans l’environnement. Ainsi, l’introduction de lumière artificielle dans l’environnement pour soutenir l’activité humaine, les loisirs et les infrastructures a le potentiel d’avoir des effets de grande portée sur le comportement, la physiologie et la condition physique des animaux en liberté 7,8. En effet, divers effets de l’exposition à la lumière artificielle la nuit (ALAN) ont été documentés 9,10, et ALAN a été mis en évidence comme une priorité pour la recherche sur le changement global au21ème siècle10.
Mesurer les effets de l’ALAN sur les animaux en liberté pose des défis non triviaux pour un certain nombre de raisons. Tout d’abord, les animaux mobiles se déplaçant dans l’environnement subissent constamment différents niveaux de lumière. Ainsi, comment quantifier le niveau de lumière auquel les animaux individuels sont exposés? Même si les niveaux de lumière sur le territoire de l’animal peuvent être quantifiés, l’animal peut employer des stratégies d’évitement qui affectent les modèles d’exposition, exigeant ainsi un suivi simultané de l’emplacement de l’animal et des niveaux de lumière. En effet, dans la plupart des études sur le terrain, la moyenne et la variation des niveaux d’exposition à la lumière sont inconnues11. Deuxièmement, l’exposition à l’ALAN est souvent corrélée à l’exposition à d’autres facteurs de perturbation anthropique, tels que la pollution sonore, l’exposition chimique et la dégradation de l’habitat. Par exemple, les animaux occupant des habitats le long des bords des routes seront exposés à la lumière des lampadaires, au bruit de la circulation automobile et à la pollution atmosphérique due aux émissions des véhicules. Comment alors isoler efficacement les effets de l’ALAN des effets des variables confondantes ? Des expériences rigoureuses sur le terrain qui permettent de bien mesurer les niveaux d’exposition à la lumière et les variables de réponse sont essentielles pour évaluer la gravité des effets biologiques de l’ALAN et pour élaborer des stratégies d’atténuation efficaces11.
Cet article décrit une approche expérimentale qui, bien que non sans limites (voir la section de discussion), aide à apaiser, sinon à éliminer les difficultés identifiées ci-dessus. L’approche consiste à manipuler expérimentalement les niveaux d’ALAN à l’intérieur des nichoirs d’une espèce d’oiseau diurne vivant librement, la mésange charbonnière (Parus major), à l’aide d’un système de lumières à diodes électroluminescentes (LED) et d’une caméra infrarouge (IR) installée dans les nichoirs. La configuration permet l’acquisition simultanée d’enregistrements vidéo, y compris audio, ce qui permet aux chercheurs d’évaluer les effets sur les comportements et les vocalisations. Les mésanges utilisent des nichoirs pour la reproduction et dorment dans les nichoirs entre novembre et mars. Les femelles dorment également à l’intérieur des nichoirs pendant la saisonde reproduction 12. Le système a également été utilisé dans une moindre mesure pour étudier les effets de l’ALAN sur les mésanges bleues (Cyanistes caeruleus). La première difficulté, consistant à connaître les niveaux de lumière rencontrés par l’animal, est atténuée en ce que, étant donné qu’un individu est prêt à entrer dans le nichoir (ou se trouve déjà dans le nichoir dans le cas d’oisillons immobiles), les niveaux de lumière peuvent être déterminés avec précision par le chercheur. La deuxième difficulté, impliquant des corrélations avec des variables confondantes, peut être contrôlée en utilisant des nichoirs dans des environnements similaires et/ou en mesurant les niveaux de variables confondantes près des nichoirs. De plus, chez les oiseaux nichant dans des cavités, l’adoption d’une approche expérimentale est puissante parce que les nichoirs ou les cavités naturelles peuvent protéger les oisillons et les adultes de l’ALAN13, ce qui peut expliquer pourquoi certaines études corrélatives trouvent peu d’effet de l’ALAN (ou du bruit anthropique)14, alors que les études expérimentales trouvent plus souvent des effets clairs (voir ci-dessous). En outre, un plan expérimental de mesures répétées peut être adopté dans lequel les individus servent de leur propre contrôle, ce qui augmente encore la puissance statistique et la probabilité de détecter des effets biologiques significatifs. Les sections ci-dessous : (1) expliquer les détails de la conception et de la mise en œuvre du système, (2) résumer les résultats importants qui ont été obtenus jusqu’à présent à l’aide du système, et (3) proposer des orientations de recherche futures qui pourraient être poursuivies, tant chez les mésanges que chez d’autres animaux.

<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

Les animaux ont évolué avec des motifs naturels de lumière et d’obscurité. Cependant, la lumière artificielle est de plus en plus introduite dans l’environnement à partir des infrastructures humaines et des activités récréatives. La lumière artificielle la nuit (ALAN) a le potentiel d’avoir des effets généralisés sur le comportement, la physiologie et la forme physique des animaux, ce qui peut se traduire par des effets à plus grande échelle sur les populations et les communautés. Comprendre les effets de l’ALAN sur les animaux en liberté n’est pas trivial en raison de défis tels que la mesure des niveaux de lumière rencontrés par les organismes mobiles et la séparation des effets de l’ALAN de ceux d’autres facteurs de perturbation anthropique. Nous décrivons ici une approche qui nous permet d’isoler les effets de l’exposition à la lumière artificielle sur des animaux individuels en manipulant expérimentalement les niveaux de lumière à l’intérieur des nichoirs. À cette fin, un système peut être utilisé composé de diodes électroluminescentes (LED) collées à une plaque et connectées à un système de batterie et de minuterie. La configuration permet d’exposer les individus à l’intérieur des nichoirs à des intensités et des durées variables d’ALAN tout en obtenant simultanément des enregistrements vidéo, qui incluent également l’audio. Le système a été utilisé dans des études sur les mésanges en liberté (Parus major) et les mésanges bleues (Cyanistes caeruleus) pour mieux comprendre comment ALAN affecte les habitudes de sommeil et d’activité chez les adultes et la physiologie et la dynamique des télomères dans le développement des oisillons. Le système, ou une adaptation de celui-ci, pourrait être utilisé pour répondre à de nombreuses autres questions de recherche intrigantes, telles que la façon dont ALAN interagit avec d’autres facteurs de perturbation et affecte l’équilibre bioénergétique. En outre, des systèmes similaires pourraient être installés dans ou près des nichoirs, des nids ou des terriers d’une variété d’espèces pour manipuler les niveaux d’ALAN, évaluer les réponses biologiques et travailler à la construction d’une perspective interspécifique. Surtout lorsqu’elle est combinée à d’autres approches avancées pour surveiller le comportement et le mouvement des animaux en liberté, cette approche promet d’apporter des contributions continues à notre compréhension des implications biologiques de l’ALAN.

Les articles de recherche évalués par des pairs publiés à l’aide de ce système sont résumés dans le tableau 2. Plusieurs autres manuscrits sont en cours. Ces études portent sur trois grandes séries de questions de recherche. Tout d’abord, le système a été utilisé pour étudier les effets de l’exposition à la lumière sur le comportement de sommeil et les niveaux d’activité chez les adultes. À cette fin, un plan expérimental de mesures répétées a été utilisé, dans lequel le ...

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

La lumière artificielle la nuit (ALAN) a des effets biologiques de grande portée. Cet article décrit un système de manipulation d’ALAN à l’intérieur des nichoirs tout en surveillant le comportement, composé de lumières LED couplées à une batterie, une minuterie et une caméra vidéo infrarouge compatible audio. Les chercheurs pourraient utiliser ce système pour explorer de nombreuses questions en suspens concernant les effets de l’ALAN sur les organismes.

Une approche expérimentale pour étudier les effets de la lumière artificielle la nuit sur les animaux en liberté: mise en œuvre, résultats et orientations pour la recherche future

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

Notre méthode de manipulation de la lumière artificielle la nuit, ou ALAN, à l’intérieur des nichoirs, est puissante pour déterminer les effets de l’ALAN sur le comportement, la physiologie et la forme physique des animaux. Cette technique aide à surmonter les défis inhérents à l’étude de la façon dont ALAN affecte les animaux en liberté, car les chercheurs peuvent exposer les animaux à la lumière la nuit de manière contrôlée. Ce système peut être utilisé chez toute espèce aviaire ou mammifère qui utilise des cavités pour la reproduction ou le repos, et a également le potentiel d’être modifié pour une utilisation dans d’autres contextes.Commencez par habituer les animaux à la configuration expérimentale en plaçant un nichoir factice sur le dessus du nichoir au moins un jour avant l’expérience, afin de minimiser les effets de l’aversion à la nouveauté. Pour étudier les individus focaux, équipez les animaux de la population étudiée d’un transpondeur intégratif passif ou d’une étiquette PIT, afin de permettre l’identification dans le nichoir, sans déranger les oiseaux. Dans les expériences impliquant l’effet de la lumière artificielle la nuit ou de l’ALAN sur le comportement de sommeil, visitez les nichoirs la nuit précédant l’expérience et scannez les boîtes avec une indication de radiofréquence ou un lecteur RFID, pour déterminer quels oiseaux se reposent à l’intérieur.Pour enregistrer un sommeil non perturbé en l’absence d’ALAN, mettez en œuvre une conception de mesures répétées en enregistrant le sommeil dans des conditions d’obscurité pendant une nuit, puis en présence d’ALAN, pendant une nuit. Pour les deux nuits, avant d’emmener la caméra infrarouge ou infrarouge sur le terrain, synchronisez l’heure avec l’heure locale. Ensuite, insérez une carte MDSD dans l’emplacement SD dans le mini enregistreur DVR adjacent à la batterie.Au moins deux heures avant le début de l’obscurité, retirez le nichoir factice du haut du nichoir et ouvrez le couvercle du nichoir pour placer la plaque contenant la caméra infrarouge à l’intérieur, avec l’objectif de la caméra orienté vers le bas. Étendez ensuite les connecteurs électroniques hors de la rainure dans le nichoir. Après avoir fermé le couvercle du nichoir, placez le boîtier contenant la batterie, l’enregistreur et la minuterie sur le dessus du nichoir.Connectez ensuite le connecteur rouge de l’enregistreur au connecteur blanc de l’appareil photo, le connecteur jaune de l’enregistreur au connecteur jaune de l’appareil photo et le connecteur noir de la batterie au connecteur rouge de l’appareil photo. Et pour la nuit ALAN, les LED à la minuterie et la minuterie à la source d’alimentation. Une fois connecté, placez les fils à l’intérieur des boîtiers qui abritent le système.Lorsque l’enregistrement démarre, vérifiez à l’aide d’un petit écran TFT pour vous assurer que l’image est correcte, puis appuyez sur Enregistrer. Une heure après la tombée de la nuit, retournez au nichoir pour vérifier l’identité des oiseaux qui dorment à l’intérieur, en déplaçant un lecteur de transpondeur RFID autour du fond et des côtés du nichoir et en enregistrant le numéro d’identification unique communiqué par l’étiquette PIT. Le matin suivant l’enregistrement de contrôle, deux heures après le lever du soleil, récupérez le système de batterie du nichoir avant de retourner le nichoir factice sur le dessus du nichoir.En laboratoire, chargez la batterie et retirez et téléchargez la carte SD de l’enregistreur pour collecter les données comportementales. Après avoir téléchargé les données avec succès, effacez les données de la carte SD, puis insérez la carte dans le mini enregistreur DVR. La nuit suivante, mettez en œuvre le traitement d’exposition à la lumière en configurant le système de minuterie pour le temps d’exposition à la lumière souhaité et contrôlez l’enregistrement comme décrit précédemment, avec la minuterie connectée à l’alimentation et les LED connectées à la minuterie.Pour les expériences impliquant plusieurs nuits d’exposition à la lumière et d’enregistrement vidéo, collectez les systèmes chaque matin pour recharger les batteries pendant la journée, puis remplacez le système le soir. Plus tard, recueillez des données sur les variables de réponse d’intérêt. L’étude a documenté les effets dramatiques de l’exposition à l’ALAN sur le comportement de sommeil.Les oiseaux exposés à ALAN à une intensité relativement faible de 1,6 lux, se sont réveillés une demi-heure plus tôt, ont quitté le nichoir 20 minutes plus tôt et ont dormi 40 minutes de moins que les oiseaux témoins. Ici, nous nous concentrons sur l’utilisation du système pour évaluer les effets sur le sommeil, mais le système peut également être utilisé pour tester les effets sur le développement des oisillons pendant la saison de reproduction. Pour évaluer les effets physiologiques de l’exposition à l’ALAN, des animaux peuvent être capturés, des échantillons de sang peuvent être prélevés et des mesures morphométriques peuvent également être prises à ce moment-là.Ce système basé sur un nichoir a permis aux chercheurs d’évaluer une série de questions intrigantes concernant les effets biologiques de l’ALAN, qui ne pouvaient pas être évaluées auparavant, telles que les effets sur le sommeil.

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