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

תוכנית המחקר שלנו הכוללת את ההשפעות הביולוגיות של ALAN על ציפורים קיבלה מימון מ- FWO פלנדריה (ל- M.E. ו- R.P., מזהה פרויקט: G.0A36.15N), אוניברסיטת אנטוורפן והנציבות האירופית (ל- M.L.G, מארי סקלודובסקה-קירי מזהה מלגת מזהה: 799667). אנו מכירים בתמיכה האינטלקטואלית והטכנית של חברי קבוצת המחקר לאקולוגיה התנהגותית ואקופיזיולוגיה באוניברסיטת אנטוורפן, במיוחד פיטר שייס ותומס ראפ.

כל הבקשות של מערכת זו לניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת אנטוורפן ונעשו בהתאם לחוקים הבלגיים והפלמיים. המתודולוגיה דבקה בהנחיות ASAB/ABS לשימוש בבעלי חיים במחקר התנהגותי. המכון המלכותי הבלגי למדעי הטבע (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) סיפק רישיונות לכל החוקרים ואנש...

מערכת מבוססת תיבת קן זו של נורות LED ומצלמת IR זוגית אפשרה לחוקרים להעריך מגוון שאלות מסקרנות בנוגע להשפעות הביולוגיות של ALAN. יתר על כן, ישנם כיווני מחקר רבים נוספים שניתן להמשיך בהם עם המערכת. בנוסף, הרחבת השימוש במערכת למינים אחרים עשויה לסייע בטיפוח הבנה של הבדלים בין-ספציפיים ברגישות ל-ALAN...

בעלי חיים התפתחו עם הדפוסים הטבעיים של אור וחושך המגדירים יום ולילה. לפיכך, מקצבים צירקדיים במערכות הורמונליות מתזמרים דפוסי מנוחה ופעילות ומאפשרים לבעלי חיים למקסם את הכושר 1,2,3. לדוגמה, השעון הביולוגי בהורמונים גלוקוקורטיקואידים, עם שיא עם תחילת הפעילות היומיומית, גורם לבעלי חוליות להתנהג כראוי לאורך התקופה של 24 שעות באמצעות השפעות על חילוף החומרים של הגלוקוז וההיענות לגורמי עקה סביבתיים4. באופן דומה, הורמון האצטרובל מלטונין, המשתחרר בתגובה לחושך, מעורב באופן אינטגרלי בדפוסים השולטים בתבניות של ריתמיות צירקדיאנית ויש לו גם תכונות נוגדות חמצון 5,6. הטמעה של היבטים רבים של השעון הביולוגי, כגון שחרור מלטונין, מושפעת מתפיסה פוטוטוגרפית של רמות האור בסביבה. לפיכך, להכנסת אור מלאכותי לסביבה כדי לתמוך בפעילות אנושית, בפנאי ובתשתיות יש פוטנציאל להיות בעל פוטנציאל להשפעות נרחבות על ההתנהגות, הפיזיולוגיה והכושר של בעלי חיים חופשיים 7,8. ואכן, השפעות מגוונות של חשיפה לאור מלאכותי בלילה (ALAN) תועדו 9,10, ו-ALAN הודגשה כעדיפות למחקר שינויגלובלי במאה ה-2110.
מדידת ההשפעות של ALAN על בעלי חיים חופשיים מציבה אתגרים לא טריוויאליים מכמה סיבות. ראשית, בעלי חיים ניידים הנעים בסביבה חווים כל הזמן רמות שונות של אור. אם כן, כיצד ניתן לכמת את רמת האור שבעלי חיים בודדים נחשפים אליה? גם אם ניתן לכמת את רמות האור בשטח החיה, בעל החיים עשוי להשתמש באסטרטגיות הימנעות המשפיעות על דפוסי החשיפה, ובכך לדרוש מעקב סימולטני אחר מיקום בעלי החיים ורמות האור. ואכן, ברוב מחקרי השדה, הממוצע והשונות ברמות החשיפה לאור אינן ידועות11. שנית, חשיפה ל-ALAN מתואמת לעתים קרובות עם חשיפה לגורמי הפרעה אנתרופוגניים אחרים, כגון זיהום רעש, חשיפה כימית ופגיעה בבתי גידול. לדוגמה, בעלי חיים התופסים בתי גידול בשולי הכבישים ייחשפו לאור מפנסי רחוב, לרעש מתנועת כלי רכב ולזיהום אוויר מפליטת כלי רכב. כיצד אם כן מבודדים ביעילות את ההשפעות של ALAN מההשפעות של משתנים מבלבלים? ניסויי שדה קפדניים המאפשרים מדידות טובות הן של רמות החשיפה לאור והן של משתני התגובה חיוניים להערכת חומרת ההשפעות הביולוגיות של ALAN, ולפיתוח אסטרטגיות הפחתה יעילות11.
מאמר זה מתאר גישה ניסיונית, שלמרות שאינה נטולת מגבלותיה (ראה סעיף דיון), מסייעת להרגיע, אם לא לבטל את הקשיים שצוינו לעיל. הגישה כוללת מניפולציה ניסיונית של רמות ALAN בתוך תיבות הקן של מין ציפורים יומיות שחי חופשיות, הציצי הגדול (Parus major), באמצעות מערכת של נורות דיודה פולטות אור (LED) ומצלמת אינפרא אדום (IR) המותקנת בתוך תיבות קן. ההתקנה מאפשרת רכישה סימולטנית של הקלטות וידאו, כולל אודיו, המאפשרת לחוקרים להעריך את ההשפעות על התנהגויות וקולות. ציצים גדולים משתמשים בתיבות קן לרבייה, וישנים בתיבות הקן בין נובמבר למרץ. הנקבות גם ישנות בתוך תיבות הקן בעונת הרבייהה-12. המערכת שימשה גם במידה פחותה כדי לחקור את ההשפעות של ALAN על ציצים כחולים (Cyanistes caeruleus). הקושי הראשון, הכרוך בידיעת רמות האור בהן נתקלת החיה, מתמתן בכך שבהינתן שאדם מוכן להיכנס לתיבת הקן (או שהוא כבר נמצא בתיבת הקן במקרה של תקיעות חסרות תנועה), רמות האור יכולות להיקבע במדויק על ידי החוקר. ניתן לשלוט בקושי השני, הכרוך בקורלציות למשתנים מבלבלים, על ידי שימוש בתיבות קן בסביבות דומות, ו/או מדידת רמות המשתנים המבלבלים ליד תיבות הקן. בנוסף, אצל ציפורים המקננות בחלל, אימוץ גישה ניסיונית הוא רב עוצמה מכיוון שתיבות קינון או חללים טבעיים יכולים להגן על יצורים ובוגרים מפני ALAN13, מה שעשוי להסביר מדוע מחקרים מתאמים מסוימים מוצאים השפעה מועטה של ALAN (או רעש אנתרופוגני)14, בעוד שמחקרים ניסיוניים מוצאים לעתים קרובות יותר השפעות ברורות (ראו להלן). יתר על כן, ניתן לאמץ תכנון ניסויי חוזר ונשנה שבו אנשים משמשים כשליטה משלהם, מה שמגדיל עוד יותר את העוצמה הסטטיסטית, ואת ההסתברות לגילוי השפעות ביולוגיות משמעותיות. הסעיפים שלהלן: (1) מסבירים את פרטי התכנון והיישום של המערכת, (2) מסכמים את התוצאות החשובות שנגזרו עד כה באמצעות המערכת, ו-(3) מציעים כיווני מחקר עתידיים שניתן יהיה להמשיך בהם, הן בציצים והן בבעלי חיים אחרים.

<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

בעלי חיים התפתחו עם דפוסים טבעיים של אור וחושך. עם זאת, אור מלאכותי מוחדר יותר ויותר לסביבה מתשתיות אנושיות ומפעילות פנאי. לאור מלאכותי בלילה (ALAN) יש פוטנציאל להיות בעל פוטנציאל להשפעות נרחבות על התנהגות בעלי חיים, פיזיולוגיה וכושר, מה שיכול להיות מתורגם להשפעות בקנה מידה רחב יותר על אוכלוסיות וקהילות. הבנת ההשפעות של ALAN על בעלי חיים חופשיים אינה טריוויאלית בשל אתגרים כגון מדידת רמות האור שבהן נתקלים אורגניזמים ניידים והפרדת ההשפעות של ALAN מאלו של גורמי הפרעה אנתרופוגניים אחרים. כאן אנו מתארים גישה המאפשרת לנו לבודד את ההשפעות של חשיפה לאור מלאכותי על בעלי חיים בודדים על ידי מניפולציה ניסיונית של רמות האור בתוך תיבות הקן. לשם כך, ניתן להשתמש במערכת המורכבת מנורות דיודה פולטות אור (LED) המודבקות לצלחת ומחוברות לסוללה ולמערכת טיימר. ההתקנה מאפשרת חשיפה של פרטים בתוך תיבות קן לעוצמות ומשכי זמן שונים של ALAN ובמקביל להשיג הקלטות וידאו, הכוללות גם שמע. המערכת שימשה במחקרים על ציצים גדולים חופשיים (Parus major) וציצים כחולים (Cyanistes caeruleus) כדי לקבל תובנה כיצד ALAN משפיע על דפוסי שינה ופעילות במבוגרים ופיזיולוגיה ודינמיקה של טלומרים בפיתוח נסטלטורים. המערכת, או ההסתגלות שלה, יכולה לשמש כדי לענות על שאלות מחקר מסקרנות רבות אחרות, כגון כיצד ALAN מתקשר עם גורמי הפרעה אחרים ומשפיע על האיזון הביו-אנרגטי. יתר על כן, מערכות דומות יכולות להיות מותקנות בתיבות הקן, הקנים או המחילות של מגוון מינים או בקרבתן כדי לתפעל רמות של ALAN, להעריך תגובות ביולוגיות ולפעול לבניית נקודת מבט בין-ספציפית. במיוחד בשילוב עם גישות מתקדמות אחרות לניטור ההתנהגות והתנועה של בעלי חיים חופשיים, גישה זו מבטיחה להניב תרומות מתמשכות להבנתנו את ההשלכות הביולוגיות של ALAN.

מאמרי המחקר שעברו ביקורת עמיתים שפורסמו באמצעות מערכת זו מסוכמים בטבלה 2. מספר כתבי יד נוספים נמצאים בתהליך. מחקרים אלה עוסקים בשלוש חבילות עיקריות של שאלות מחקר. ראשית, המערכת שימשה לחקר ההשפעות של חשיפה לאור על התנהגות השינה ורמות הפעילות במבוגרים. לשם כך נעשה שימוש בתכנון ניסי?...

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

לאור מלאכותי בלילה (ALAN) יש השפעות ביולוגיות רחבות היקף. מאמר זה מתאר מערכת למניפולציה של ALAN בתוך תיבות קן תוך ניטור התנהגות, המורכבת מנורות LED המוצמדות לסוללה, טיימר ומצלמת וידאו אינפרא אדום התומכת בשמע. חוקרים יכולים להשתמש במערכת זו כדי לחקור שאלות בולטות רבות בנוגע להשפעות של ALAN על אורגניזמים.

גישה ניסיונית לחקר ההשפעות של אור מלאכותי בלילה על בעלי חיים חופשיים: יישום, תוצאות וכיוונים למחקר עתידי

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

השיטה שלנו למניפולציה של אור מלאכותי בלילה, או ALAN, בתוך תיבות קינון, היא רבת עוצמה לקביעת ההשפעות של ALAN על ההתנהגות, הפיזיולוגיה והכושר של בעלי חיים. טכניקה זו מסייעת להתגבר על האתגרים הטמונים בחקר האופן שבו ALAN משפיע על בעלי חיים חופשיים, מכיוון שחוקרים יכולים לחשוף בעלי חיים לאור בלילה באופן מבוקר. ניתן להשתמש במערכת זו בכל מיני עופות או יונקים המשתמשים בחללים לרבייה או למנוחה, ויש לה גם פוטנציאל לשינוי לשימוש בהקשרים אחרים.התחילו בהרגלת בעלי החיים למערך הניסוי על ידי הנחת תיבת דמה על החלק העליון של תיבת הקן לפחות יום אחד לפני הניסוי, כדי למזער את ההשפעות של סלידה מחידושים. כדי לסקור את הפרטים המוקדיים, התאימו את בעלי החיים באוכלוסיית המחקר עם משדר אינטגרטיבי פסיבי או תג PIT, כדי לאפשר זיהוי בתוך תיבת הקן, מבלי להפריע לציפורים. בניסויים המערבים את ההשפעה של אור מלאכותי בלילה או ALAN על התנהגות השינה, בקר בתיבות הקן בלילה שלפני הניסוי, וסרוק את התיבות עם חיווי תדר רדיו או קורא RFID, כדי לקבוע אילו ציפורים מסתובבות בפנים.כדי להקליט שינה ללא הפרעה בהיעדר ALAN, יישם תכנון אמצעים חוזרים ונשנים על ידי הקלטת שינה בתנאי חושך ללילה אחד, ולאחר מכן בנוכחות ALAN, ללילה אחד. במשך שני הלילות, לפני שאתם לוקחים את מצלמת האינפרא-אדום או ה-IR לשטח, סנכרנו את הזמן עם השעה המקומית. לאחר מכן, הכנס כרטיס MDSD לחריץ ה- SD למקליט ה- DVR המיני הצמוד לסוללה.לפחות שעתיים לפני תחילת החושך, הסירו את תיבת הדמה מהחלק העליון של תיבת הקן ופתחו את מכסה תיבת הקן כדי למקם את הצלחת המכילה את מצלמת ה-IR בתוכה, כאשר מטרת המצלמה מכוונת כלפי מטה. לאחר מכן הרחיבו את המחברים האלקטרוניים אל מחוץ לחריץ בתיבת הקן. לאחר סגירת מכסה תיבת הקן, הניחו את המארז המכיל את הסוללה, המקליט והטיימר, על גבי תיבת הקן.לאחר מכן חבר את המחבר האדום מהמקליט למחבר הלבן מהמצלמה, את המחבר הצהוב מהמקליט למחבר הצהוב מהמצלמה, ואת המחבר השחור מהסוללה למחבר האדום מהמצלמה. ולליל ALAN, נוריות ה- LED לטיימר, והטיימר למקור הכוח. לאחר החיבור, לשים את החוטים בתוך המארזים המאכלסים את המערכת.כאשר ההקלטה מתחילה, בדוק עם מסך TFT קטן כדי לוודא את התמונה הנכונה ולאחר מכן לחץ על הקלט. שעה לאחר רדת החשיכה, חזור לתיבת הקן כדי לבדוק את זהות הציפורים שישנות בתוכה, על-ידי הזזת קורא משדר RFID סביב החלק התחתון והצידיים של תיבת הקן, ורישום מספר הזיהוי הייחודי המועבר מתג PIT. בבוקר שלאחר הקלטת הבקרה, שעתיים לאחר הזריחה, אספו את מערכת הסוללות מתיבת הקן לפני שתחזירו את תיבת הדמה על גבי תיבת הקן.במעבדה, טען את הסוללה והסר והורד את כרטיס ה- SD מהמקליט כדי לאסוף את הנתונים ההתנהגותיים. לאחר הורדה מוצלחת של הנתונים, מחק את הנתונים מכרטיס ה- SD, ולאחר מכן הוספת הכרטיס למקליט ה- DVR המיני. בלילה שלאחר מכן, יישם את הטיפול בחשיפה לאור על ידי הגדרת מערכת הטיימר לזמן החשיפה הרצוי לאור, ובקרת הקלטה כמתואר קודם לכן, כאשר הטיימר מחובר לחשמל ונורות ה- LED מחוברות לטיימר.לניסויים הכוללים מספר לילות של חשיפה לאור והקלטת וידאו, אספו את המערכות בכל בוקר כדי לטעון את הסוללות במהלך היום, ולאחר מכן החליפו את המערכת בערב. מאוחר יותר, לאסוף נתונים על משתני התגובה של עניין. המחקר תיעד את ההשפעות הדרמטיות של חשיפה ל-ALAN על התנהגות השינה.הציפורים שנחשפו ל-ALAN בעוצמה נמוכה יחסית של 1.6 לוקס, התעוררו חצי שעה מוקדם יותר, עזבו את תיבת הקן 20 דקות קודם לכן, וישנו 40 דקות פחות מציפורי הבקרה. כאן אנו מתמקדים בשימוש במערכת כדי להעריך את ההשפעות על השינה, אך ניתן להשתמש במערכת גם כדי לבחון את ההשפעות על התפתחות השכינה בעונת הרבייה. כדי להעריך את ההשפעות הפיזיולוגיות של חשיפה ל-ALAN, ניתן ללכוד בעלי חיים, לקבל דגימות דם ומדידות מורפומטריות גם כן בשלב זה.מערכת מבוססת תיבת קן זו אפשרה לחוקרים להעריך מגוון של שאלות מסקרנות לגבי השפעות ביולוגיות של ALAN, שלא ניתן היה להעריך בעבר, כגון השפעות על השינה.

Research

JoVE Journal

Biology

Testing Nicotine Tolerance in Aphids Using an Artificial Diet Experiment

בדיקת סובלנות ניקוטין ב כנימות באמצעות ניסוי דיאט מלאכותית

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

שיטה להערכת ההשפעות של טווח של אורכי גל ועוצמות של אדום / טיפול באור האינפרה-אדום קרוב בסטרס חמצוני<em&gt; במבחנה</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

מדידה וניתוח של תאי ייצור חומצה לקביעת glycolytic דרג

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

גישה חלופית עבור הכנת דוגמאות עם מספר סלולרי נמוך עבור ניתוח TEM

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

באמצעות מכשירים microfluidic למדוד פנוטיפים תוחלת החיים סלולר בתאי שמרים ניצני יחיד

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

הליך ואסטרטגיות אופטימיזציה מפתח שיטה אוטומטית נימי מתכלה מבוסס על Electrophoretic

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

חוקרים את מזיקה אפקטים של נמוך לחץ פלזמה עיקור על ההישרדות של Bacillus subtilis הנבגים באמצעות Live התא מיקרוסקופ

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

גישה ניסויית לבדיקת איתות לפטין בגוף העורק והשפעותיו על השליטה בנשימה

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

פיתוח מודל תוספת קבועה של אזור בזלית של עץ יחיד באמצעות גישה ליניארית של אפקטים מעורבים

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

צינור באמצעות אלקטרופורציה דו-צדדית ברחם כדי לחקור השפעות גנטיות על התנהגות מכרסמים

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