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

Vårt forskningsprogram som involverer de biologiske effektene av ALAN på fugler har fått støtte fra FWO Flandern (til M.E. og R.P., prosjekt-ID: G.0A36.15N), Universitetet i Antwerpen og Europakommisjonen (til M.L.G, Marie Skłodowska-Curie fellowship ID: 799667). Vi anerkjenner den intellektuelle og tekniske støtten til medlemmer av Behavioral Ecology and Ecophysiology Research-gruppen ved Universitetet i Antwerpen, spesielt Peter Scheys og Thomas Raap.

Alle anvendelser av dette systemet til dyreforsøk ble godkjent av Universitetet i Antwerpens etiske komité og utført i samsvar med belgiske og flamske lover. Metodikken fulgte ASAB/ABS retningslinjer for bruk av dyr i atferdsforskning. Det belgiske kongelige institutt for naturvitenskap (Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen; KBIN) ga lisenser for alle forskere og personell.
1. Opprette det eksperimentelle systemet
<ol><li>Få bredspektret LED(er) som ska...

Dette nestboksbaserte systemet med LED-lys og et paret IR-kamera har gjort det mulig for forskere å vurdere en rekke spennende spørsmål angående de biologiske effektene av ALAN. Videre er det mange flere forskningsretninger som kan forfølges med systemet. I tillegg kan utvidelse av bruken av systemet til andre arter bidra til å fremme forståelse av interspesifikke forskjeller i følsomhet overfor ALAN. Under noen ikke-uttømmende muligheter for fremtidig forskning presenteres i håp om at denne artikkelen vil bidr...

Dyr har utviklet seg med de naturlige mønstrene av lys og mørke som definerer dag og natt. Dermed orkestrerer døgnrytmer i hormonelle systemer hvile- og aktivitetsmønstre og lar dyr maksimere kondisjon 1,2,3. For eksempel, døgnrytmen i glukokortikoidhormoner, med en topp ved starten av daglig aktivitet, primer vertebrater for å oppføre seg riktig over 24-timers perioden via effekter på glukosemetabolisme og respons på miljøstressorer4. På samme måte er pinealhormonet melatonin, som frigjøres som svar på mørket, integrert involvert i styrende mønstre av døgnrytmhet og har også antioksidantegenskaper 5,6. Entrainment av mange aspekter av døgnrytme, som melatonin utgivelse, påvirkes av fotoreception av nivåer av lys i miljøet. Dermed har innføringen av kunstig lys i miljøet for å støtte menneskelig aktivitet, rekreasjon og infrastruktur potensial til å ha vidtrekkende effekter på oppførselen, fysiologien og kondisjonen til frittgående dyr 7,8. Faktisk har ulike effekter av eksponering for kunstig lys om natten (ALAN) blitt dokumentert 9,10, og ALAN har blitt fremhevet som en prioritet for global endringsforskning i det21.
Måling av effekten av ALAN på frittgående dyr byr på ikke-trivielle utfordringer av flere grunner. For det første opplever mobile dyr som beveger seg gjennom miljøet stadig forskjellige lysnivåer. Dermed, hvordan kvantifiserer man lysnivået som individuelle dyr blir utsatt for? Selv om lysnivåer på dyrets territorium kan kvantifiseres, kan dyret bruke unngåelsesstrategier som påvirker eksponeringsmønstre, og krever dermed samtidig sporing av dyreplassering og lysnivåer. Faktisk, i de fleste feltstudier, er gjennomsnittet og variasjonen i lyseksponeringsnivåer ukjent11. For det andre er eksponering for ALAN ofte korrelert med eksponering for andre menneskeskapte forstyrrelsesfaktorer, for eksempel støyforurensning, kjemisk eksponering og habitatforringelse. For eksempel vil dyr som opptar habitater langs veimarginene bli utsatt for lys fra gatelamper, støy fra biltrafikk og luftforurensning fra bilutslipp. Hvordan isolerer man effekten av ALAN effektivt fra effektene av forvirrende variabler? Strenge felteksperimenter som muliggjør gode målinger av både lyseksponeringsnivåer og responsvariabler, er avgjørende for å evaluere alvorlighetsgraden av de biologiske effektene av ALAN, og for å utvikle effektive reduksjonsstrategier11.
Denne artikkelen beskriver en eksperimentell tilnærming som, selv om den ikke er uten begrensningene (se diskusjonsdelen), hjelper til med å overtale, om ikke eliminere vanskelighetene som er identifisert ovenfor. Tilnærmingen innebærer eksperimentelt manipulering av ALAN-nivåer inne i reirboksene til en frittlevende, diurnal fugleart, den store tit (Parus major), ved hjelp av et system med lysdiode (LED) lys og et infrarødt (IR) kamera installert i reirbokser. Oppsettet muliggjør samtidig oppkjøp av videoopptak, inkludert lyd, som gjør det mulig for forskere å vurdere effekter på atferd og vokaliseringer. Store pupper bruker reirkasser for avl, og sover i reirboksene mellom november og mars. Hunnene sover også inne i reirboksene i avlssesongen12. Systemet har også i mindre grad blitt brukt til å studere effekter av ALAN på blå pupper (Cyanistes caeruleus). Den første vanskeligheten, som involverer å kjenne lysnivåer som dyret møter, reduseres ved at en person er villig til å gå inn i reirboksen (eller allerede er i reirboksen når det gjelder immobile nestlings), kan lysnivåer bestemmes nøyaktig av forskeren. Den andre vanskeligheten, som involverer korrelasjoner til forvirrende variabler, kan kontrolleres ved å bruke reirbokser i lignende miljøer, og/eller måle nivåene av forvirrende variabler i nærheten av reirbokser. I tillegg, i kavitet-nesting fugler, vedta en eksperimentell tilnærming er kraftig fordi reir bokser eller naturlige hulrom kan skjerme nestlings og voksne fra ALAN13, noe som kan forklare hvorfor noen korrelative studier finner liten effekt av ALAN (eller menneskeskapt støy)14, mens eksperimentelle studier oftere finner klare effekter (se nedenfor). Videre kan det vedtas et gjentatt tiltak eksperimentell design der enkeltpersoner tjener som sin egen kontroll, noe som ytterligere øker statistisk kraft, og sannsynligheten for å oppdage meningsfulle biologiske effekter. Avsnittene nedenfor: (1) forklarer detaljene i utformingen og implementeringen av systemet, (2) oppsummerer de viktige resultatene som hittil er avledet ved hjelp av systemet, og (3) foreslår fremtidige forskningsretninger som kan forfølges, både i pupper 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 utviklet seg med naturlige mønstre av lys og mørke. Kunstig lys blir imidlertid i økende grad introdusert i miljøet fra menneskelig infrastruktur og fritidsaktivitet. Kunstig lys om natten (ALAN) har potensial til å ha utbredte effekter på dyreatferd, fysiologi og kondisjon, noe som kan oversettes til bredere effekter på populasjoner og samfunn. Å forstå effekten av ALAN på frittgående dyr er ikke-trivielt på grunn av utfordringer som målenivåer av lys som mobile organismer møter og skiller effekten av ALAN fra andre menneskeskapte forstyrrelsesfaktorer. Her beskriver vi en tilnærming som gjør at vi kan isolere effekten av kunstig lyseksponering på enkelte dyr ved å eksperimentelt manipulere lysnivåer inne i reirbokser. For dette formål kan et system brukes som består av lysdiode (LED) lys (er) festet til en plate og koblet til et batteri og timersystem. Oppsettet tillater eksponering av individer inne i reirbokser til varierende intensiteter og varigheter av ALAN samtidig som videoopptak, som også inkluderer lyd. Systemet har blitt brukt i studier på frittgående flotte pupper (Parus major) og blå pupper (Cyanistes caeruleus) for å få innsikt i hvordan ALAN påvirker søvn- og aktivitetsmønstre hos voksne og fysiologi og telomerdynamikk i å utvikle nestlings. Systemet, eller en tilpasning derav, kan brukes til å svare på mange andre spennende forskningsspørsmål, for eksempel hvordan ALAN samhandler med andre forstyrrelsesfaktorer og påvirker bioenergetisk balanse. Videre kan lignende systemer installeres i eller i nærheten av reirkasser, reir eller burrows av en rekke arter for å manipulere nivåer av ALAN, evaluere biologiske responser og arbeide for å bygge et interspesifikk perspektiv. Spesielt når den kombineres med andre avanserte tilnærminger for å overvåke oppførselen og bevegelsen til frittlevende dyr, lover denne tilnærmingen å gi løpende bidrag til vår forståelse av de biologiske implikasjonene av ALAN.

De fagfellevurderte forskningsartiklene som publiseres ved hjelp av dette systemet, er oppsummert i tabell 2. Flere andre manuskripter pågår. Disse studiene tar for seg tre store forskningsspørsmål. For det første har systemet blitt brukt til å studere effekten av lyseksponering på søvnatferd og aktivitetsnivå hos voksne. Til dette formål ble det brukt et gjentatt tiltak eksperimentell design, der samme person først ble registrert sovende under naturlige forhold og deretter registrert sovende ...

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

Kunstig lys om natten (ALAN) har vidtrekkende biologiske effekter. Denne artikkelen beskriver et system for manipulering av ALAN inne i nestbokser mens du overvåker atferd, bestående av LED-lys koblet til et batteri, timer og lydkompatibelt infrarødt videokamera. Forskere kan bruke dette systemet til å utforske mange fremragende spørsmål om effekten av ALAN på organismer.

En eksperimentell tilnærming til å undersøke effekter av kunstig lys om natten på frittgående 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 ...

Vår metode for å manipulere kunstig lys om natten, eller ALAN, inne i reirbokser, er kraftig for å bestemme effekten av ALAN på dyrs oppførsel, fysiologi og kondisjon. Denne teknikken bidrar til å overvinne utfordringene som ligger i å studere hvordan ALAN påvirker frittgående dyr, fordi forskere kan utsette dyr for lys om natten på en kontrollert måte. Dette systemet kan brukes i alle fugle- eller pattedyrarter som bruker hulrom til avl eller hvile, og har også potensial til å bli modifisert for bruk i andre sammenhenger.Begynn med å habituating dyrene til det eksperimentelle oppsettet ved å plassere en dummy boks på toppen av reirboksen minst en dag før eksperimentet, for å minimere effekten av nyhet aversjon. For å kartlegge fokalpersonene, passer dyrene i studiepopulasjonen med en passiv integrativ transponder eller PIT-tag, for å tillate identifikasjon i reirboksen uten å forstyrre fuglene. I eksperimenter som involverer effekten av kunstig lys om natten eller ALAN på søvnatferd, kan du besøke reirboksene natten før eksperimentet, og skanne boksene med en radiofrekvensindikasjon eller RFID-leser, for å finne ut hvilke fugler som roosting inne.For å registrere uforstyrret søvn i fravær av ALAN, implementere en gjentatt tiltak design ved å registrere sove under mørkets forhold for en natt, og deretter i nærvær av ALAN, for en natt. For begge nettene, før du tar det infrarøde kameraet eller IR-kameraet inn i feltet, synkroniserer du tiden med lokal tid. Deretter setter du inn et MDSD-kort i SD-sporet i mini DVR-opptakeren ved siden av batteriet.Minst to timer før mørkets begynnelse, fjern dummyboksen fra toppen av nestboksen og åpne nestbokslokket for å plassere platen som inneholder IR-kameraet inni, med kameraet objektiv orientert nedover. Utvid deretter de elektroniske kontaktene ut av sporet i nestboksen. Etter å ha lukket nestbokslokket, plasser kabinettet som inneholder batteriet, opptakeren og timeren, på toppen av nesteboksen.Koble deretter den røde kontakten fra opptakeren til den hvite kontakten fra kameraet, den gule kontakten fra opptakeren til den gule kontakten fra kameraet og den svarte kontakten fra batteriet til den røde kontakten fra kameraet. Og for ALAN-natten, lysdiodene til timeren og timeren til strømkilden. Når du er tilkoblet, legg ledningene inne i kabinettene som huser systemet.Når opptaket starter, sjekk med en liten TFT-skjerm for å sikre riktig bilde, og trykk deretter på ta opp. En time etter mørkets frembrudd, gå tilbake til reirboksen for å sjekke identiteten til fuglene som sover inne, ved å flytte en RFID-transponderleser rundt bunnen og sidene av nesteboksen, og registrere det unike identifikasjonsnummeret som kommuniseres fra PIT-taggen. Om morgenen etter kontrollopptaket, to timer etter soloppgang, samler du batterisystemet fra nestboksen før du returnerer dummyboksen på toppen av nestboksen.I laboratoriet lader du batteriet og fjerner og laster ned SD-kortet fra opptakeren for å samle inn atferdsdataene. Etter å ha lastet ned dataene, slett dataene fra SD-kortet, etterfulgt av å sette kortet inn i mini DVR-opptakeren. På en etterfølgende natt implementerer du lyseksponeringsbehandlingen ved å sette opp timersystemet for ønsket lyseksponeringstid, og kontrollopptak som beskrevet tidligere, med timeren koblet til strømmen og lysdiodene koblet til timeren.For eksperimenter som involverer flere netter med lyseksponering og videoopptak, samle systemene hver morgen for å lade batteriene i løpet av dagen, og bytt deretter ut systemet om kvelden. Senere samler du inn data om svarvariablene av interesse. Studien dokumenterte de dramatiske effektene av ALAN-eksponering på søvnatferden.Fuglene utsatt for ALAN med en relativt lav intensitet på 1,6 lux, våknet en halv time tidligere, forlot reirboksen 20 minutter tidligere, og sov 40 minutter mindre enn kontrollfuglene. Her fokuserer vi på å bruke systemet til å vurdere effekter på søvn, men systemet kan også brukes til å teste effekter på å utvikle nestlings i avlssesongen. For å vurdere de fysiologiske effektene av ALAN-eksponering, kan dyr fanges opp, blodprøver oppnådd, og morfometriske målinger kan også tas på dette tidspunktet.Dette nestboksbaserte systemet har gjort det mulig for forskere å vurdere en rekke spennende spørsmål angående biologiske effekter av ALAN, som ikke tidligere kunne vurderes, for eksempel 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 for vurdering av effektene av en Range av bølgelengder og intensiteter av Red / nær-infrarødt Lysterapi på oksidativt 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 av Ekstracellulær Acid Produksjon fastslår glykolyttiske 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 tilnærming for prøveopparbeidelse med lav celle nummer for TEM Analysis

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

Ved hjelp av mikrofluid enheter for å måle levetid og Cellular fenotyper i enkelt spirende gjærceller

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

Prosedyre og viktige optimalisering strategier for en automatisert kapillær Electrophoretic-baserte immunanalyse 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

Undersøke den skadelige effekter av lav press plasmasterilisering på overlevelse av Bacillus subtilis Spores ved hjelp av 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

Eksperimentell tilnærming til å undersøke leptin signalering i hals puls organer og dens virkninger på kontroll av pusting

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

Utvikling av en individuell tre basal område økning modell ved hjelp av en lineær mixed-effects tilnærming

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 ved hjelp av bilateral in utero elektroporasjon for å avhøre genetiske påvirkninger på gnageratferd

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