저레벨 RF 필드의 효과는 조류 자기 나침반에 대한 복잡한 자기 입력 패턴을 보여줍니다

[칡 흰]

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. 2023년 11월 15일;13:19970. doi: 10.1038/s41598-023-46547-5

저레벨 RF 필드의 효과는 조류 자기 나침반에 대한 복잡한 자기 입력 패턴을 보여줍니다.

레이첼 무하임 1, ✉ , 존 B 필립스 2

PMCID: PMC10651899 PMID: 37968316

초록

조류 자기 나침반은 낮은 MHz 범위에서 약한 협대역 및 광대역 무선 주파수(RF) 장에 의해 방해를 받을 수 있습니다. 그러나 자기 나침반의 방해가 자기장에 의해 생성된 지각 패턴의 제거에서 비롯되는지 또는 패턴을 알아볼 수 없게 만드는 질적 변화에서 비롯되는지는 불분명합니다. 우리는 4팔 미로에서 자기장에 대해 방향을 정하도록 훈련받은 얼룩말 참새가 저레벨(~10 nT) 라모 주파수 RF 장이 있는 환경에서 테스트했을 때 방향 감각을 잃었다는 것을 보여줍니다. 그러나 이 조건에서 훈련하면 그러한 RF 장에서 테스트했을 때 방향을 정할 수 있는데, 이는 RF 장이 자기 입력을 변경하지만 제거하지는 않는다는 것을 나타냅니다. 고조파가 있거나 없는 더 높은 강도의 라모 주파수 RF 장은 자기 나침반 응답을 극적으로 변경합니다. 반면에 훈련, 테스트 또는 훈련과 테스트 모두에서 광대역 RF 장에 노출되면 자기 나침반 정보가 제거됩니다. 이러한 연구 결과는 많은 실험실과 현장 실험에서 발견되는 강도의 저준위 무선 주파수(RF) 장이 새들의 자기장 인지에 미치는 영향이 RF 장의 유형과 강도, 그리고 RF에서 생성되는 패턴에 대한 새들의 친숙도에 따라 매우 다를 수 있음을 보여줍니다.

주제어: 동물 행동, 감각 처리, 동물 이동, 생물 물리학

소개

다양한 동물이 방향 감각과 항해를 위해 지구 자기장의 정보를 사용합니다.1 – 5 . 자기장에서 파생된 방향('나침반') 정보를 사용하는 것은 처음에는 철새에게만 국한된다고 생각되었지만, 이후의 연구에서 자기 나침반 신호가 여러 공간적 규모에 걸쳐 다양한 행동에서 필수적인 역할을 한다는 것이 밝혀졌습니다 .6 – 10 . 조류를 포함한 많은 유기체의 자기 나침반은 빛에 따라 달라지며 11 – 14 자기장의 축 방향 정렬(경사)에 민감합니다 15 . 이는 특수 광수용체에서 스핀 상관 라디칼 쌍을 포함하는 광화학 반응, 즉 라디칼 쌍 메커니즘에 의해 매개되는 것으로 제안됩니다 16 , 17 . 지구 자기장은 라디칼 쌍의 싱글렛 및 트리플렛 여기 상태 간의 상호 변환에 영향을 미치고, 이는 차례로 하류 신호를 조절한다고 제안됩니다. 예를 들어 망막에 정렬된 배열로 배열된 이러한 광감응 자기 수용체는 자기장에 대한 정렬에 따라 빛에 대한 반응이 다릅니다. 결과적으로 이러한 특수 광 수용체가 망막에 있는 동물의 경우 자기장은 동물의 주변에 중첩된 시각적 패턴으로 인식되거나 별도의 감각 처리 채널 17 , 18을 통해 매개될 수 있습니다. 여기에서 자기 변조 패턴이라고 하는 결과적인 자기 입력은 자기장 선 8 , 17 , 19를 중심으로 하는 축 대칭 3차원 광 강도, 색상 및/또는 향상된 대비 패턴이 됩니다 .

암호체는 그러한 광의존적 자기 나침반에 대한 가장 가능성 있는 후보 자기 수용체로 제안되었습니다 17 , 18 . 암호체는 자기장 효과가 발생하기에 충분히 긴 수명을 가진 빛 여기 시 라디칼 쌍을 형성하는 것으로 알려진 유일한 동물 광색소입니다. 조류에서 여러 암호체 유전자가 다양한 종의 망막에서 확인되었습니다 20 – 22 . 증가하는 증거에 따르면 Cry4가 조류에서 광의존적 자기 나침반에 대한 가장 가능성 있는 후보 수용체입니다 23 – 29 . 그래도 특정 암호체 또는 암호체들이 조류나 다른 척추동물의 주요 자기 수용 과정에 관여한다는 결정적인 실험적 증거는 아직 없습니다.

지금까지 1차 자기수용 과정에서 라디칼 쌍 메커니즘의 관련성에 대한 가장 설득력 있는 증거는 저강도의 무선 주파수 전자기장(RF 장; 낮은 nT 범위에서 ~ 0.1~100MHz)이 동물의 자기 나침반 방향에 미치는 영향을 테스트하는 실험에서 나왔습니다.양자 역학 이론에 따르면 정적 자기장과 평행하지 않게 정렬된 이러한 RF 장은 라디칼 쌍 시스템의 양자 스핀 상태를 변경하여 동물의 자기장 인식에 영향을 미칠 수 있습니다 18 , 30 – 34 . 실제로 RF 장이 자기 나침반 방향에 미치는 영향은 갑각류 35 , 바퀴벌레 36 , 거북이 37 , 쥐 설치류 38 , 새 를 포함한 여러 유기체에서 입증되었습니다 .새의 경우 이러한 효과는 여러 종의 철새에서 발견되었습니다 34 , 39 – 45 . 자기 나침반 방향은 또한 비이주성 얼룩말 핀치, Taeniopygia guttata 10 , 14 , 46 , 및 가금류 47 에서 RF 필드에 민감한 것으로 나타났습니다 . 0.1 nT만큼 약한 수직으로 정렬된 광대역 RF 필드의 존재는 자기 나침반 방향을 효과적으로 방해하는 것으로 나타났습니다 34 , 40 , 43 . 로컬 라모르 주파수의 RF 필드는 또한 새의 방향 감각 상실로 이어지며 감도 임계값은 2~3 nT 34 , 39 , 44 와 같이 낮습니다 . 그러나 경험적 증거에도 불구하고 라모르 주파수의 그러한 약한 RF 필드가 라디칼 쌍 기반 자기 나침반에 어떻게 상당한 영향을 미칠 수 있는지에 대한 합의는 없습니다 18 , 43 , 48 – 50 . 또한 자기 나침반 방향의 변화가 자기 변조 패턴의 제거에서 비롯된 것인지, 아니면 새들이 패턴을 인식할 수 없을 정도로 변화한 것인지는 불분명합니다.

여기서 우리는 4팔 미로에서 다른 RF 필드가 있는 공간 방향 실험에서 훈련되고 테스트된 참새의 자기 나침반 방향을 조사했습니다. 우리는 이전에 참새가 철새와 유사한 빛에 의존하는 자기 나침반을 사용하여 교차 미로에서 음식 보상을 다시 배치하도록 훈련될 수 있음을 보여주었습니다 10 , 14 . 철새와 마찬가지로 RF가 없는 상태에서 학습한 자기 나침반 방향은 참새가 ~ 260 nT 10 , 14 강도의 Larmor 주파수 RF 필드(1.406 MHz)에서 테스트될 때 폐지됩니다 . 또한 46 을 참조하십시오 . 본 실험에서 우리는 다음의 RF 조건 하에 16마리의 성체 수컷 참새 두 세트를 훈련시키고 시험했습니다( RF 신호의 파장 및 주파수는 표 1 참조, 주파수 스펙트럼은 그림 1 , 2 , 3 및 4 참조, 그림 S1 및 S2 참조, 강도 값 계산은 " 방법 " 참조):

• RF 1.4 저 : 테스트 사이트의 Larmor 주파수인 1.406MHz에서 피크 주파수를 갖는 저강도 RF 필드, 피크 강도 b  = 10nT(/√10kHz), 기준선 위 총 강도 B tot  = 15nT

• RF 1.4 높음 : 미미한 고조파만 포함된 1.406MHz의 최대 주파수를 갖는 고강도 RF 필드, b  = 111 nT, B tot  = 180 nT.

• RF 1.4 high+h : 1.406MHz의 최대 주파수와 여러 개의 눈에 띄는 고조파를 갖는 고강도 RF 필드, b  = 98 nT, B tot  = 260 nT.

• RF BB: 매우 낮은 강도의 광대역 RF 필드; b 는 1.406MHz에서 0.025nT, B tot  = 17nT(0.05–25MHz).

표 1.

미로 중앙에서 측정된 RF 조건의 속성입니다.

피크 주파수 및 고조파 ≥ 1 nT		피크 파장에서의 자기장 강도	기준선 위의 총 자기장 강도(RF 없음); 0.05–10MHz
​	ƒ (MHz)	b (nT/√10 kHz)	B tot (nT)	B rms (nT)
RF 없음	–	0.007 아	–	–
RF 1.4 낮음	1.406	9.7	14.8	10.2
RF 1.4 높음	1.406	111.4	180.3	117.5
	2.808	0.11	​	​
	4.212	0.08	​	​
	5.612	0.009	​	​
	7.016	0.013	​	​
	8.418	0.003	​	​
	9.820	0.002	​	​
RF 1.4 하이+h	1.406	98.2	259.7	109.1
	2.808	25.4	​	​
	4.212	12.7	​	​
	5.612	14.5	​	​
	7.016	1.1	​	​
	8.418	5.4	​	​
	9.820	2.8	​	​
RF 비비	–	0.025 아	17.1 나	1.6 비

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주어진 것은 피크 주파수(고조파 ≥ 1 nT 포함)와 1차 주파수 및 고조파에서의 자기장 세기(자속 밀도)이다. 'RF 없음' 및 'RF BB'의 경우 1.406MHz에서의 자기장 세기가 주어진다. 총 자기장 세기는 기준 조건('RF 없음') 위의 자기장 세기를 0.05–10MHz(RF BB의 경우 0.05–25MHz)의 주파수 범위에서 적분한 것이며, 총 자기장 세기 B tot 와 제곱평균제곱근 자기장 세기 B rms 로 주어진다. 본문에서는 B tot 값만 언급한다 . 각 조건에 대한 RF 장의 주파수 스펙트럼은 그림 1 , 2 , 3 , 4 와 그림 S1  및   S2를 참조하고, B tot 및 B rms 의 측정 및 계산에 대한 자세한 내용은 보충 정보를 참조한다 .

a 1.406MHz에서 측정됨.

b 주파수 범위 0.05–25 MHz.

그림 1.

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주변 RF 환경(RF 없음)에서 훈련된 얼룩말 핀치의 자기 나침반 방향. ( A ) 훈련 조건에서 테스트한 새의 방향(RF 없음, 검은색). ( B ) 저강도 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 low , 빨간색)가 있는 상태에서 테스트한 새의 방향. ( C ) 고강도 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 high , 파란색) 가 있는 상태에서 테스트한 새의 방향. ( D ) 광대역 RF 필드(RF BB, 녹색)가 있는 상태에서 테스트한 새의 방향. 원형 그래프는 훈련된 자기 나침반 방향에 대한 새의 방향을 보여주며 원형 그래프 위의 삼각형으로 표시됩니다. 각 데이터 포인트는 90초 프로브 시도 중 하나 동안 4팔 미로의 각 팔에서 소요된 시간의 벡터 합으로 계산된 개별 새의 방향을 나타냅니다. 화살표는 평균 방향을 나타내며, 길이는 평균 벡터 길이에 비례합니다(원의 반지름 = 1).양방향 화살표는 2모드 분포 샘플을 나타내고, 2개의 양방향 화살표는 4모드 분포 샘플을 나타냅니다.Rayleigh 검정에 따른 유의미한 분포(P 값 < 0.05)는 실선 화살표와 95% 신뢰 구간(점선)으로 표시됩니다.0.05 ≤ P ≤ 0.2인 임의 분포의 평균 벡터는 점선 화살표로 표시됩니다.P > 0.2인 완전히 임의 분포에는 화살표가 표시되지 않습니다.자세한 통계는 표 S2를 참조하십시오.RF 필드의 자기장 강도 b 의 주파수 스펙트럼은 10kHz의 분해능 대역폭으로 1kHz 주파수에서 측정한 100개의 측정에 대한 평균을 기반으로 합니다.주파수 스펙트럼에 대한 자세한 내용은 표 1 과 방법을 참조하십시오.

그림 2.

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영어: 저강도 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 low )에서 훈련한 얼룩말지빠귀의 자기 나침반 방향. ( A ) 훈련 조건(RF 1.4 low )에서 테스트한 새의 방향. ( B ) 주변 RF 환경(RF 없음)에서 테스트한 새의 방향. ( C ) 다중 고조파가 있는 고강도 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 high+h ; 보라색)에서 테스트한 새의 방향. ( D ) 광대역 RF 필드(RF BB)에서 테스트한 새의 방향. 그래프에 대한 자세한 설명은 그림 1 을 참조하고 , 자세한 통계는 표 S3을 참조하세요.

그림 3.

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고강도 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 high )에서 훈련된 얼룩말지빠귀의 자기 나침반 방향. ( A ) 훈련 조건(RF 1.4 high )에서 테스트한 새의 방향. ( B ) 고강도, 다중 고조파 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 high+h )에서 테스트한 새의 방향. ( C ) 주변 RF 환경(RF 없음)에서 테스트한 새의 방향. 그래프에 대한 자세한 설명은 그림 1을 참조하고 자세한 통계는 표 S4를 참조하십시오 .

그림 4.

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동일한 RF 조건에서 훈련하고 테스트한 얼룩말지빠귀의 자기 나침반 방향. ( A ) 고강도, 다중 고조파 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 high+h )에서 훈련하고 테스트한 새의 방향. ( B ) 광대역 RF 필드(RF BB)에서 훈련하고 테스트한 새의 방향. ( C ) 주변 RF 환경(RF 없음)에서 훈련하고 테스트한 새의 방향. 그래프에 대한 자세한 설명은 그림 1을 참조하고 자세한 통계는 표 S5를 참조하십시오 .

통제 조건으로서, 우리는 어떠한 RF 필드도 도입되지 않은(RF 없음) 주변 RF 환경을 사용했습니다. 'RF 없음' 조건의 두 가지 특성이 중요할 수 있습니다. (i) RF 강도가 모든 실험적 처리보다 낮았고, (ii) 낮은 수준의 RF가 자기장 인식에 미치는 영향은 새들이 이전 경험을 바탕으로 알고 있을 것입니다.

각 실험 조건에서, 우리는 4마리의 새로 구성된 하위 그룹을 훈련시켜 mN, mE, mS 또는 mW에서 음식 보상을 찾았습니다. 훈련된 각 방향에 대해, 한 마리의 새는 mN이 gN 방향으로 정렬된 상태로, 한 마리의 새는 mN이 gE 방향으로 정렬된 상태로, 한 마리의 새는 mN이 gS 방향으로 정렬된 상태로, 한 마리의 새는 mN이 gW 방향으로 정렬된 상태로 테스트를 거쳐 훈련된 방향과 테스트 필드의 모든 가능한 조합을 얻었습니다(실험 테스트 절차에 대한 자세한 내용은 "방법" 및 표 S1 참조). 각 새의 방향 선호도는 음식 보상 없이 90초의 탐사 시험 동안 4개 팔에서 소요된 시간의 벡터 합으로 계산했습니다(데이터 분석에 대한 자세한 내용은 "방법" 참조). 이 대칭 테스트 형식을 사용하면 방위 분포의 변동성을 '절대' 또는 '지형' 구성 요소, '자발적 자기' 또는 '훈련되지 않은 자기' 구성 요소, '훈련된 자기' 구성 요소로 분할할 수 있습니다 7 , 51 . 자기장에 대한 반응이 없는 경우, 동일한 실험 조건에서 테스트한 새 그룹의 결과 분포는 균일하게 분포되었습니다(즉, 무작위와 구별할 수 없음; 훈련 및/또는 테스트에서 광대역 RF 필드에 노출된 새가 보인 반응 분포 참조). 결과적으로 4팔 미로를 사용한 행동 검정은 단봉형, 이봉형, 사봉형 및 '무작위' 분포를 구별할 수 있게 했습니다(이러한 다양한 유형의 반응의 중요성에 대한 논의는 "결과 및 논의" 참조).

결과 및 토론

얼룩말 참새는 공간 방향 실험에서 자기 나침반을 사용하여 음식 보상을 다시 찾습니다.

영어: 도입된 RF 필드가 없는 공간 방향 검정에서 훈련된 얼룩말 핀치(RF 없음, 그림 1 , 표 S2 )는 동일한 조건에서 테스트되었으며 훈련된 자기 나침반 축(RF 없음, 그림 1A )을 따라 상당히 방향이 정해졌습니다. 방위 분포의 '지형' 및 '훈련되지 않은 자기' 구성 요소는 무작위와 구별할 수 없었습니다. 최종 대조 실험에서 테스트된 새의 경우도 마찬가지였습니다(그림 4C , 표 S5 ). 4팔 미로에서 얼룩말 핀치를 사용한 이전 연구에서 보여준 것처럼 10 , 14 새는 자기 나침반이 제공하는 방향 정보를 사용하여 음식 보상의 축(최종 탐사 시험에는 존재하지 않음)을 배울 수 있습니다. 이전에 보여준 것처럼 10 , 14 자기 북쪽이나 남쪽으로 훈련되었을 때 뿐만 아니라 자기 동쪽이나 서쪽으로 훈련되었을 때도 이를 달성합니다. 이러한 연구 결과는 이 접근 방식의 신뢰성을 높여 주며, 비슷한 질문에 답하기 위해 사용된 철새를 대상으로 한 전통적인 방향 실험에 대한 대안으로 조건 반응이 존재한다는 것을 더욱 확립해 줍니다.

라모르 주파수 및 광대역 RF 필드는 자기장의 인식을 변경하고 방향 감각 상실을 유발합니다.

주변 RF 환경(RF 없음)에서 훈련하고 Larmor 주파수 1.4MHz에서 저강도 RF 필드에서 테스트한 새(RF 1.4 low : b  = 10 nT, B tot  = 15 nT)는 더 이상 훈련된 자기 나침반 축에 대해 방향 감각이 없었습니다(그림 1 B). 또한, 1.4MHz에서 고강도 RF 필드(RF 1.4 high : b  = 112 nT, B tot  = 180 nT; 그림 1 C) 또는 광대역 RF 필드(RF BB:  1.406MHz에서 b ​​= 0.025 nT, B tot  = 17 nT(0.05~25 MHz); 그림 1 D)에서 테스트 했을 때도 얼룩말지빠귀는 방향 감각을 잃었습니다 . 새들이 RF 자극 중 하나에 노출된 세 가지 처리(그림 1 B–D)에서 분포는 균일하게 분포되었으며 자기장에 비해 단봉형, 이봉형 또는 사봉형 방위 클러스터링의 증거는 없었습니다(p > 0.20, 레이리 검정).

그림 1 B–D 에 표시된 RF 조건 중 하나에서 훈련하고 테스트한 주변 RF 환경에서 새의 방향 감각 상실은 Larmor 주파수와 광대역 RF 필드가 모두 자기 변조 패턴을 제거하거나 변경하여 새가 인식할 수 없게 만들어 자기 나침반 방향을 방해한다는 것을 시사합니다. 이는 다양한 RF 필드가 있는 곳에서 테스트한 얼룩말 참새, 닭 및 철새의 방향 감각 상실을 보고한 이전 연구와 일치합니다 10 , 14 , 34 , 39 – 47 . 영어: 피크 강도가 10 nT(RF 1.4 low ) 에 불과한 극히 낮은 Larmor 주파수 RF 장에서 테스트한 얼룩말 핀치의 방향 감각 상실은 정원 참새 Sylvia borin 의 연구 결과와 일치합니다 .이 연구에서는 Larmor 주파수에서 RF 장의 영향에 대한 임계값이 피크 강도 2~3 nT인 것으로 나타났고 44 , 유럽 찌르레기의 경우 임계값이 5~15 nT 사이인 것으로 나타났습니다 39. 마찬가지로, Larmor 주파수에서 강도가 0.025 nT에 불과하고 기준선보다 총 강도 B tot 가 17 nT에 불과한 광대역 RF 장은 얼룩말 핀치의 자기 나침반을 방해하기에 충분히 강했습니다.이것은 매우 낮은 강도의 광대역 RF 장이 새의 자기 나침반 방향을 방해할 수 있다는 이전의 연구 결과를 확인해줍니다 34 , 40 , 43 .

저강도 Larmor 주파수 RF 필드(RF 1.4 low )는 자기장의 인식을 저하시키지만 질적으로는 변경하지 않습니다.

RF 없음에서 훈련하고 RF 1.4 low 에서 테스트한 새들의 방향 감각 상실이 자기 변조 패턴의 제거에서 비롯되었는지 아니면 패턴을 알아볼 수 없게 만든 패턴의 변화에서 비롯되었는지 구별하기 위해, 우리는 새들을 RF 1.4 low 가 있는 환경에서 훈련 한 다음 동일한 조건에서 테스트했습니다.흥미롭게도, RF 1.4 low 에서 훈련하고 테스트한 새들은 훈련된 자기 나침반 축을 따라 상당히 방향 감각이 있었습니다(그림 2 A, 표 S3 ).RF 1.4 low 에서 훈련한 새들은 주변 RF 필드(RF 없음, 그림 2 B)에서 테스트했을 때도 방향 감각이 좋았습니다.

동일한 RF 필드에서 훈련한 후 RF 1.4 low 에서 새가 방향을 잡는 능력은 이 조건이 자기 나침반에서 방향 정보를 완전히 제거하지 않는다는 것을 시사합니다. 오히려 패턴에서 얻은 방향 정보를 질적으로 변경하지 않고 자기 변조 패턴을 저하시키는 것으로 보이므로 이 RF 조건에 노출되지 않고 훈련한 새는 방향 정보를 추출하는 데 어려움을 겪었거나 자기 변조 패턴을 음식 보상과 관련된 것으로 인식하지 못했습니다. 그래도 결과 패턴은 'RF 없음' 조건과 충분히 유사하여 저강도 Larmor 주파수 RF 필드에서 훈련한 새는 'RF 없음' 조건에서 훈련된 자기 축을 따라 방향을 잡을 수 있었지만 그 반대는 아니었습니다. 훈련 시 RF 1.4 low 에 노출된 새는 'RF 없음' 조건에서 테스트했을 때 비슷하지만 저하가 덜한 패턴을 인식할 수 있었음을 시사합니다. 부분적으로는 현재 실험을 시작하기 전의 이전 경험에 기반한 이 패턴에 익숙했기 때문일 수 있습니다.

자기 변조 패턴의 인식 및/또는 익숙함은 중요한 역할을 할 수 있으며, 적어도 새가 테스트에서 노출되는 패턴이 훈련 패턴의 덜 저하된 버전(예: RF 1.4 낮음  → RF 없음)일 때 그렇습니다. 이전 연구에서 15 nT의 1.315 MHz 라모르 주파수 필드를 포함한 다양한 RF 필드에 미리 노출된 유럽지빠귀는 동일한 RF 필드에 미리 노출된 직후 동일한 RF 조건에서 방향을 잡을 수 없었습니다 . 42 Wiltschko et al.에서 사용한 15 nT RF 필드는 우리가 사용한 10 nT 필드보다 약간 강했으므로 반응의 차이는 감도 임계값 때문일 수 있고, 아니면 Bojarinova et al.에서 지적한 것처럼 라모르 주파수 RF 필드에 대한 감도의 종 특정 차이 때문일 수 있습니다 . 45 새 나침반의 자기감각이 빛의 파장과 세기에 따라 달라진다는 점을 고려할 때 11 – 13 , Wiltschko et al. 42 의 사전 노출과 테스트 중 조명 조건의 차이로 인해 새가 변화된 자기 변조 패턴에 익숙해지지 못했을 가능성도 있습니다. 참새는 '흰색' 빛으로 조명된 케이지에 사전 노출되었고, 실험은 방향 깔때기에서 565nm 녹색 빛 아래에서 수행되었습니다. 결과적으로 생성된 자기 변조 패턴이 충분히 달랐다면 패턴 중 하나에 익숙해져도 새가 다른 패턴에서 사용 가능한 방향 정보를 인식할 수 없었을 것입니다. 사전 노출 기간도 중요한 변수일 것으로 예상할 수 있는데, 사전 RF 필드에 사전 노출된 후 방향을 정하는 능력이 철새가 지구 자기장보다 훨씬 약하거나 강한 강도(~ 23–65 μT)의 자기장에서 사전 노출된 후 방향을 정하는 능력과 유사한 메커니즘에 기반을 두고 있다면 52 , 53 . 유럽 찌르레기는 이 조건에서 방향을 정하기 위해 한 번의 실험 사이에 4 μT 자기장에 최소 8시간의 사전 노출 기간이 두 번 필요한 것으로 나타났습니다 52 . 반면 다른 연구에서 찌르레기는 사전 노출 1시간 만에 92 μT 자기장에서 방향을 정할 수 있었는데 53 , 이는 변조 패턴에 포함된 방향 정보가 4 μT 미만의 정보보다 강하다는 것을 나타낼 수 있습니다. Wiltschko et al.에서 사용된 15 nT RF 필드에 대한 7시간 사전 노출은 42는 새들이 변화된 패턴에 익숙해질 만큼 충분히 길지 않았을 수도 있습니다. 자연에서 철새는 적응 대신 또는 적응에 더하여 익숙하지 않은 자기 변조 패턴을 천체 신호(즉, 일출과 일몰에 나타나는 편광된 빛 패턴)에 따라 교정할 수 있습니다.54 , 55 ) 계절에 적합한 이동 방향을 찾기 위해 자기 패턴을 사용할 수 있습니다. 이와 대조적으로, 본 연구에서 얼룩말 핀치는 자기 변조 패턴과 관련하여 음식 보상의 방향을 학습하여 보상을 받았는데, 이는 외부/전역 기준 시스템과 관련하여 긴 사전 노출이나 교정이 필요하지 않습니다.

RF 1.4 low 에서 훈련 하고 고강도 다중 고조파 RF 필드(RF 1.4 high+h : b  = 98 nT, B tot  = 260 nT; 그림 2 C)가 있는 곳에서 테스트한 새는 방향 감각을 잃었지만 주요 자기 나침반 방향(14°/104°/194°/284°, r = 0.327, P = 0.183)을 따라 4중 모드로 방향을 잡는 약한 경향을 보였습니다. 제브라 핀치는 광대역 RF 필드(RF BB; 그림 2 D)가 있는 곳에서 테스트했을 때 완전히 방향 감각을 잃었습니다. RF 1.4 low 에서 훈련한 새가 동일한 RF 필드에서 테스트했을 때 훈련된 방향으로 방향을 잡을 수 있었다는 점을 감안할 때 RF 1.4 high+h 와 RF BB 에서 테스트한 새의 방향 감각 상실은 새가 작업을 배우지 못한 데서 비롯된 것일 가능성이 낮습니다. 그 대신 RF 1.4 high+h 와 RF BB는 자기 변조 패턴을 변경하거나 제거하여 테스트를 진행하는 새들이 방향 정보를 추출하는 데 문제가 있었거나 그 패턴을 음식 보상과 관련된 패턴으로 인식하지 못한 것으로 보입니다.

고강도, Larmor 주파수 RF 필드(RF 1.4 높음 )는 자기장의 인식을 질적으로 변경합니다.

영어: Larmor 주파수에서 미미한 고조파(RF 1.4 높음 ; 그림 3 , 표 S4 ) 만 있는 고강도 RF 필드에서 훈련하고 테스트를 받은 얼룩말 핀치는 상당히 방향성이 있었지만 훈련 중에 음식 보상을 받은 자기 나침반 방향에 비해 128° 이동한 방향이었습니다(그림 3A ). RF 1.4 높음 에서 훈련하고 RF 1.4 높음+h가 있는 상태에서 테스트한 새는 두 축이 주요 자기 나침반 방향에서 시계 방향으로 21° 이동한 사각형으로 방향성이 있었습니다(그림 3B ; 아래의 그림 4A 참조 ). RF 1.4 high 에서 훈련 하고 자연 RF 환경(RF 없음, 그림 3 C)에서 테스트한 얼룩말지빠귀는 방향 감각을 잃었지만 훈련된 자기 나침반 방향에 대해 동일한 이동된 방향을 따라 축 방향으로 방향을 잡는 경향을 보였습니다(134°/314°, r = 0.411, P = 0.065). 이는 RF 1.4 high 에서 훈련한 다른 두 그룹과 유사합니다 . 세 가지 분포는 서로 다르지 않았습니다(Watson U 2 검정: 모두 P > 0.05).

훈련과 테스트 중에 RF 1.4 높음 (라모어 주파수에서의 강도 의 1/1000 미만인 고조파 강도 ) 에 노출된 새들의 지향성 반응은 자기 변조 패턴이 질적으로 변경되었을 수 있지만 여전히 새들에게 방향을 정할 수 있는 방향성 자기 나침반 정보를 제공했을 수 있음을 시사합니다. RF 1.4 높음 에서 훈련 및 테스트를 받은 새 그룹의 mN(즉, 반응의 훈련되지 않은 자기 구성 요소)에 대한 방위 분포가 유의하지 않기 때문에(P = 0.577; 표 S4 ), 단봉성 방향이 철새에서 보고된 '고정된' 자기 반응과 비교 가능할 가능성은 낮습니다 56 .

RF 1.4 높은 수준 에서 훈련된 새들이 'RF 없음'에서 테스트했을 때 훈련된 방향으로 방향을 잡기 위해 자기 나침반을 사용할 수 없었고, 'RF 없음'에서 훈련된 새들이 RF 1.4 높은 수준 에서도 자기 나침반을 사용하여 방향을 잡을 수 없었던 것은 고강도 라모르 주파수 RF 장이 자기 변조 패턴을 완전히 없애지는 않았지만, 이 패턴은 자연적(RF 없음) 환경에서 감지되는 패턴과 충분히 달라서 새들이 자기장을 감지하는 데 상당한 영향을 미쳤음을 보여줍니다.

RF 1.4 높은 조건 에서 훈련되고 테스트된 새의 훈련된 자기 나침반 방향에 대해 시계 방향으로 128° 이동한 단모드 방향은 흥미롭습니다. 행동의 이러한 극적인 변화에 대한 설명은 불분명하지만, 이 조건에서 단모드성은 RF 1.4 높은 노출이 'RF 없음' 조건에서 새에게 사용 가능한 패턴보다 동일한 자기 축을 따라 반대 방향에 대해 덜 모호한 자기 변조 패턴을 생성했음을 시사합니다. 그러나 이것은 방향 축의 이동을 설명하지 못하며, 이는 변경된 패턴이 새가 음식 보상의 자기 방향과 연관시킨 패턴에 비해 역전된 구성 요소를 포함할 수 있음을 시사합니다. Landler et al. 37은 적응 및 시험 중에 최대 강도가 ​​30~52 nT인 Larmor 주파수 RF 필드에 노출되면 RF 없이 적응 및 시험한 거북이의 자발적 정렬과 관련하여 1년 된 물거북, Chelydra serpentina 의 자발적 자기 정렬 방향이 반전되는 것을 발견했으며, 이는 RF 필드가 자기장으로부터 얻은 방향 정보를 제거하는 것이 아니라 변경하는 것과 일치합니다. 정렬 방향의 반전은 거북이가 RF 필드에 노출되었을 때 경험한 자기 변조 패턴과 RF 노출이 없는 실험 이전에 경험한 패턴의 차이에서 비롯되었을 수 있으며, 37 , 현재 실험의 'RF 없음' 조건과 동일합니다. 그러나 RF 1.4 높은 수준에서 훈련 및 시험한 새는 훈련 및 시험 중에 동일한 RF 자극에 노출되었고, 따라서 동일한 자기 변조 패턴에 노출되었기 때문에 유사한 효과가 현재 실험에서 방향 방향의 '반전'을 설명할 수 있는지 여부 는 불분명합니다.

고강도 Larmor 주파수 RF 필드(RF 1.4 high+h )에 추가된 다른 주파수 성분은 강력한 4중 모드 성분을 생성합니다.

동일한 고강도, 다중 고조파 RF 필드(RF 1.4 high+h : b  = 98 nT, B tot  = 260 nT)에서 훈련하고 테스트를 받은 얼룩말새는 주요 자기 나침반 방향과 일치하는 4모드 방향을 보였습니다(그림 4 A; 표 S5 ). 이는 RF 1.4 low 에서 훈련을 받고 RF 1.4 high+h 에서 테스트를 받은 새 (그림 2 C) 및 RF 1.4 high 에서 훈련을 받고 RF 1.4 high+h 에서 테스트를 받은 새 (그림 3 B)와 유사합니다.

사중 모드 방향의 기원은 식별하기 어렵습니다. 새들은 주요 나침반 방향을 따라 자기장으로 테스트를 받았기 때문에 새들이 자기적 신호나 지형적 신호에 대해 방향을 잡고 있는지 구별할 수 없었습니다(표 S4 및 S5 ). 즉, 철새 의 고정된 배열과 같은 고정된 자기적 반응을 보이는지 또는 미로의 네 팔에 대한 고정된 반응을 보이는지 구별할 수 없었습니다. 그러나 새들이 훈련 및 테스트에서 동일한 광대역 노출을 받은 실험(그림 1D , 2D , 4C )을 포함하여 새들이 광대역 RF 필드에 노출된 세 가지 실험 조건에서 방위가 균일하게 분포된 것은 사중 모드 방향이 실제로 발생했을 때, 즉 새들이 고강도 다중 고조파 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 high+h ; 그림 3B , 4A )에 노출되었을 때 자기 변조 패턴이 제거된 결과가 아닐 수 있음을 시사합니다. 자기 신호를 사용하지 못하게 된 새들이 4팔 미로와 관련된 지형 신호에 의존했다면, RF 1.4 high+h 와 RF BB에서 테스트한 새에게서도 비슷한 반응이 있을 것으로 예상할 수 있습니다. 따라서 자기 변조 패턴이 방향 정보가 전혀 없는 것이 아니라 RF1.4 high+h 가 있을 때 강력한 방사 대칭 요소가 포함되어 새가 주요 나침반 방향을 구별하지 못했을 가능성이 있습니다. 이 두 가지 가능성을 구별하기 위해서는 추가 연구가 필요할 것입니다. 즉, 4모드 방향이 변경된 자기 변조 패턴 및/또는 4팔 미로 모양에 대한 반응인지 여부를 확인하기 위해서입니다.

매우 약한 광대역 RF 노이즈는 자기 나침반의 방향 정보를 완전히 없애버립니다.

동일한 광대역 RF 필드(RF BB: b  = 0.025 nT, 1.406 MHz, B tot  = 17 nT [0.05~25 MHz])에서 훈련하고 테스트한 새들은 완전히 방향 감각을 잃었으며, 훈련된 자기 나침반 방향에 대해 축 대칭 또는 사중 대칭의 징후가 반응에 나타나지 않았습니다(그림 4 B; 표 S5 ). 이는 RF가 없는 상태(RF 없음; 그림 1 D) 또는 RF 1.4 low (그림 2 D)에서 훈련한 새들이 위에서 설명한 대로 광대역 RF 필드에서 테스트되었을 때도 마찬가지였습니다.

완전한 방향 감각 상실은 광대역 RF 자극이 자기 변조 패턴에서 식별 가능한 방향성을 제거하여 자기 나침반에서 방향 정보를 완전히 제거했음을 시사하는데, 라모어 주파수에서 강도가 0.025 nT에 불과했고 총 강도 B tot가 기준선보다 17 nT에 불과했음에도 불구하고 그렇습니다. 이는 새들이 라모어 주파수 RF 필드에 노출되었을 때 자기 변조 패턴이 변하여 자기 나침반에서 방향 정보를 일부 유지한 것과 대조적입니다(위 참조). 이러한 결과는 저레벨 광대역 RF 필드에 노출되면 자기 나침반 방향이 완전히 제거된다는 것을 보여주는 철새에 대한 이전 연구를 확인하는 동시에 34 , 40 , 43 이 연구를 확장하여 적어도 얼룩말 지빠귀의 경우 광대역 RF 필드로 인한 방향 감각 상실이 패턴을 변경하여 새들에게 익숙하지 않게 된 것이 아니라 자기 변조 패턴이 완전히 제거되었기 때문임을 보여줍니다.

요약 및 결론

저레벨 RF 필드가 있는 상태에서 테스트한 새의 자기 나침반 반응뿐만 아니라 동일한 RF 필드가 있는 상태에서 방향을 잡는 능력을 연구할 수 있는 행동 훈련 검정을 사용하여 새의 자기장 지각이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 보여줍니다. 우리는 라디칼 쌍 기반 자기 나침반의 반응에 대한 다양한 RF 자극에 대한 노출의 뚜렷한 효과에 대한 명확한 증거를 제공합니다. 우리의 결과는 강도, 주파수 및/또는 복잡성이 다른 RF 필드가 얼룩말 핀치의 자기장 지각에 다른 효과를 미친다는 것을 보여줍니다(결과 요약은 그림 5 참조 ). RF 필드 노출의 효과에는 방향 정보를 근본적으로 변경하지 않고 자기 변조 패턴을 저하시키고, 패턴에서 파생된 방향 정보를 변경하는 불연속적인 변화를 생성하고, 패턴에 4중 모드 구성 요소를 추가하고, 자기 변조 패턴을 완전히 제거하는 것이 포함됩니다.

그림 5.

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훈련 및/또는 테스트에 사용된 다양한 RF 필드가 얼룩말 핀치의 자기 나침반 방향에 미치는 영향 요약. '예': 훈련된 자기 나침반 방향/축을 향해 상당한 방향성(레이리 검정: P < 0.05). '아니요': 상당한 방향성 없음(레이리 검정: P ≥ 0.05). '이동': 상당한 방향성이지만 훈련된 자기 나침반 방향에 대해 주어진 각도만큼 이동. '사중': 사중 모드 방향의 새 그룹. 경향성은 괄호 안에 표시. 왓슨 U 2 검정의 P 값은 조건 간 비교에서 표시. 그림 번호는 왼쪽 상단 모서리에 표시.

시험 중 저강도 라모어 주파수 RF 필드(RF 1.4 low ; b  = 10 nT, B tot  = 15 nT)에 노출되면 자기 변조 패턴이 변경되거나 저하되므로 이전에 해당 조건에 노출되지 않은 새는 방향 감각을 잃었습니다(그림 1 B). 반면 RF 1.4 low 에서 훈련되어 해당 조건에 익숙한 새는 RF 1.4 low 에서 시험했을 때 자기장에 대해 방향을 잡을 수 있었습니다 (그림 2 A). 이는 패턴이 방향 정보를 유지함을 나타냅니다. RF 1.4 low에서 훈련된 새가 RF가 없는 상태에서 시험했을 때 훈련된 자기 축을 따라 방향을 잡을 수 있는 능력 ( 그림 2 B)은 RF 1.4 low 에 노출되면 자기 변조 패턴이 저하되지만 이 패턴에서 얻을 수 있는 방향 정보는 근본적으로 변경되지 않음을 시사합니다.

고강도 라모르 주파수 RF 필드(RF 1.4 높음 ; b  = 111 nT, B tot  = 180 nT)에 노출되면 자기장의 지각이 질적으로 바뀌지만 여전히 새에게 방향 정보를 제공합니다. 훈련 및 테스트에서 RF 1.4 높음 필드에 노출된 새는 훈련된 자기 축을 기준으로 방향을 잡을 수 있었지만(그림 3 A), RF 없음 상태에서 RF 1.4 높음 상태 로 자기 나침반 정보를 전송하거나 (그림 3 C) 그 반대로 전송할 수 없는 것으로 보입니다(그림 1 C). RF 1.4 높음 에서 자기 나침반을 사용할 수 없다는 것은 이러한 고강도 라모르 주파수 RF 필드가 자기 변조 패턴을 질적으로 변경하여 이전에 패턴에 노출되지 않은 새에게는 더 이상 인식할 수 없음을 시사합니다. 그러나 훈련과 테스트 중에 동일한 고강도 RF 자극(RF 1.4 높음 )에 노출된 새들의 지향성 반응은 RF 1.4 높음이 자기 변조 패턴을 완전히 없애지 않는다는 것을 보여줍니다. 대신 패턴은 여전히 ​​방향 정보를 포함하는 것으로 보입니다.

다중 고조파(RF 1.4 high+h ; b  = 98 nT, B tot  = 260 nT)가 있는 고강도 라모르 주파수 RF 필드에 노출되면 새가 훈련된 자기 축과 훈련된 자기 축에 직교하는 자기 축을 구별하지 못하게 하는 직교 요소가 자기 변조 패턴에 추가되는 것으로 보입니다(그림 3 B, 4 A). 그 결과 4모드 자기 방향이 주요 나침반 방향과 일치합니다. 이러한 실험에서는 주요 나침반 방향과 훈련된 자기 축이 혼동되므로 4모드 방향이 훈련된 축 및/또는 4팔 미로의 구조와 연결된 응답이 아니라 주요 나침반 방향에 대해 '고정'되어 있다고 생각할 수 있습니다.

라모어 주파수( B tot = 17 nT) 에서 0.025 nT만큼 낮은 강도의 광대역 RF 필드(RF BB)에 노출되면  새들은 자기장으로부터 방향 정보를 얻지 못했습니다(그림 1 D, 2 D; 또한 34 , 40 , 43 참조 ). 그렇게 약한 광대역 RF 필드가 있는 곳에서 훈련을 받은 새들은 훈련 중에 동일한 약한 광대역 RF 필드에 노출되었을 때에도 자기장으로부터 방향 정보를 얻을 수 없었습니다(그림 4 B). 이는 RF BB가 자기 변조 패턴을 완전히 제거했음을 강력히 시사합니다.

전체적으로 볼 때, 우리의 연구 결과는 라디칼 쌍 메커니즘 또는 유사한 양자 과정에 대한 설득력 있는 뒷받침을 제공하며, 극히 낮은 수준의 RF 장이 존재할 때 새들이 자기 나침반 정보를 어떻게 인식하는지에 대한 이해를 확장합니다. 보다 일반적으로, 이러한 연구 결과는 전자기 차폐가 없는 실험실 환경에서 낮은 수준의 RF 장을 걸러내는 자기 나침반 반응을 안정적으로 이끌어내는 다양한 유기체의 어려움을 설명하는 데 도움이 됩니다 7 , 40 , 57 , 57 , 58 . 실험실의 다양한 출처(예: 컴퓨터, 실험실 장비, 온도 조절 장치, 환기 모터, 방송 안테나; 개인 관찰)에서 나오는 RF 장이 실험 대상자의 자기장 인식에 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라, 실험실 내부와 실험실 간의 주변 RF 장의 유형과 강도의 차이가 자기 신호에 대한 반응에서 통제할 수 없는 변동성의 중요한 원인이 될 수 있습니다. 게다가, 여기서 보고된 연구 결과는 인간 거주지 주변과 기타 인위적인 소스(전력선, 무선 안테나 등)의 전자기장이 야생 동물의 자연스러운 행동에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다는 것을 시사 합니다 .

행동 양식

실험동물

우리는 우리의 번식 재고에서 총 32마리의 성인(6개월 이상) 수컷 얼룩말 핀치, Taeniopygia guttata를 훈련하고 테스트했습니다 . 이 연구는 Malmö-Lund 윤리 위원회(허가 번호 M 24-16)의 승인을 받아 수행되었으며 스웨덴 법률과 ARRIVE 가이드라인에 따라 수행되었습니다.

새 사육장 및 실험 장치

모든 실험은 2016년 5월에서 8월 사이에, 그리고 2017년 5월과 11월/12월에는 스웨덴 룬드에서 20km 떨어진 인위적인 RF 수준이 매우 낮은 외딴 지역에 있는 스텐소파 현장 기지에서 수행되었습니다(그림 S1 ). 실험 내내 새들은 반투명 필름으로 덮어서 들여다보지 못하게 한 두 개의 창문에서 들어오는 자연광과 풀 스펙트럼 램프를 추가로 갖춘 전체 스펙트럼 조명이 있는 나무 건물에 수용되었습니다. 시각적으로 대칭적인 4팔('플러스') 미로는 주변 자기장과 매우 ​​유사한 인공 자기장(경사 69.8°, 총 강도 50,500 nT)을 생성하는 직교적으로 정렬된 한 쌍의 자기 코일을 중심으로 했습니다. 자기장은 4개의 미로 팔(mN at gN, gS, gE 또는 gW) 중 어느 쪽으로든 향할 수 있습니다. 미로는 522 nm 녹색 빛(27 mW/m 2 , 검출기 SHD033이 있는 모델 IL 1400 방사계로 측정; International Light Technologies, MA, USA)으로 조명되었으며, LED 배열(OF-BLR5060RGB300, OPTOFLASH, Łódź, Poland)로 생성되었습니다. 실험 설정에 대한 자세한 설명은 Muheim et al. 10 을 참조하십시오.

RF 조건

수직으로 정렬된 실험적 RF 필드(RF 신호의 파장 및 주파수는 표 1 참조 , 주파수 스펙트럼은 그림 1 , 2 , 3 , 4 및 그림 S2 참조)는 피드 반대편의 차폐를 2cm 제거한 동축 케이블로 구성된 루프 안테나(ø 1.2m)에서 생성되었습니다.이것은 테스트 테이블 아래에 수평으로 부착되었으며 함수/임의 파형 발생기(Agilent 33210A, 10MHz, Santa Clara, CA, USA)로 전원을 공급 받았습니다.필드는 스펙트럼 분석기(Agilent N9340B, Santa Clara, CA, USA)에 연결된 EMC EMI 자기장 프로브(E & H Near Field set #7405의 프로브 901, EST Lindgren, St. Louis, MR, USA)로 정기적으로 검사했습니다. 고강도 RF 필드(RF 1.4 high , RF 1.4 high+h )를 생성하기 위해 신호는 광대역 증폭기(Toellner TOE 7607, DC~5MHz, Toellner Electronic Instruments GmbH, Herdecke, Germany)로 증폭되었습니다. 1차 RF 신호를 증폭하는 것 외에도 여러 고조파도 생성했습니다(표 1 참조). 고조파가 참새의 반응에 어떤 역할을 하는지 확인하기 위해 고조파가 있는(RF 1.4 high+h ) 고강도 RF 신호와 고조파가 없는(RF 1.4 high ) 고강도 RF 신호의 효과를 비교했습니다. RF 1.4 high 조건 에서 고조파의 수와 진폭은 두 개의 저역 통과 RF 필터(BLP-1.9+, Mini-Circuits, Brooklyn, NY, USA)를 추가하여 감소했습니다.

RF 조건의 자기적 특성 측정

자속밀도𝑏⁡(𝑓,Δ⁢𝑓0)각 RF 조건에 대해 미로 중앙에서 측정했습니다. 광대역 RF 필드(RF BB, 아래 참조)를 제외하고 모든 측정은 주파수 범위 ƒ  = 0.5–10MHz (∆ƒ  = 9950kHz)에서 주파수 분해능 1kHz, 분해능 대역폭 ∆ƒ 0  = 10kHz로 수행되었습니다. 측정은 샘플 감지 모드에서 수행되었고 각 데이터 포인트( N  = 9951)는 트레이스 평균화를 사용하여 100번 측정에 대해 평균화되었습니다. 즉, 동일한 트레이스 포인트에 대해 이전에 스윕한 데이터 평균으로 각 트레이스의 평균을 낸 것입니다(스펙트럼 분석 기본, 응용 노트 150, Agilent Technologies).

각 RF 조건에 대한 총 자기장 강도 B tot 및 평균 제곱근 자기장 강도 B rms 는 기준선 측정 b no_rf 의 해당 값에서 RF 조건 b rf 의 자속 밀도를 먼저 빼서 계산했으며 , 그 결과 기준선 위의 자속 밀도가 도출되었습니다.𝑏⁡(𝑓,,,Δ⁢𝑓0)=𝑏𝑟𝑓⁡(𝑓,,,Δ⁢𝑓0)−𝑏𝑛⁢𝑜_𝑟⁢𝑓⁡(𝑓,,,Δ⁢𝑓0)각 측정 주파수 ƒ i 에서. 그런 다음 다음 공식을 사용하여 0.05–10MHz의 주파수 범위에서 총 자기장 세기 B tot 및 제곱 평균 제곱근 자기장 세기 B rms를 계산했습니다.

𝐵𝑡𝑜𝑡=1
𝑁
⁢Δ⁢𝑓
Δ⁢𝑓0
⁢∑𝑏𝑖⁡(𝑓𝑖,Δ⁢𝑓0)

𝐵𝑟𝑚𝑠=√Δ⁢𝑓⁢√1
𝑁
⁢∑(𝑏𝑖/√Δ⁢𝑓0)2

우리 신호 발생기에서 생성된 광대역 RF 필드(RF BB)가 ~22MHz 이상의 주파수를 초과하지 않았기 때문에(그림 S2 ), 우리는 0.05~25MHz의 주파수 범위에서 RF BB의 전체 및 제곱평균 세기를 계산했습니다. 따라서 B tot 및 B rms는 광대역 RF 필드에 대한 전체 자기장 세기를 제공합니다.

훈련 및 테스트 절차

늦은 오후에 개별 새들은 미로 팔 중 하나의 끝에 숨겨진 음식 보상을 옮기도록 훈련되었습니다. 음식 보상은 다른 실험 조건에서 4개의 자기장 방향(mN, mE, mS 또는 mW) 중 하나에 위치했습니다(표 1 참조 ). 새들은 개별적으로 홈 케이지에서 꺼내져 테스트 건물로 옮겨져 미로 중앙에 풀려나 경기장을 탐험할 수 있었습니다. 새가 잘못된 빈 쟁반에 뛰어오를 때마다 5~10초 동안 어둠에 시달린 후에 진행할 수 있었습니다. 새가 음식 보상을 찾으면 15~30초 동안 먹을 수 있도록 한 다음 미로에서 꺼내져 전체 스펙트럼 빛이 있는 홈 케이지로 돌아왔습니다. 새가 8~10개 팔을 넘지 않고 음식 보상을 찾을 수 있을 때 훈련 시험이 성공한 것으로 간주되었습니다. 이 한계를 통과하지 못한 새는 같은 오후 추가 훈련에서 제외되었습니다. 보상을 성공적으로 찾은 새들은 첫 번째 훈련 후 30~90분 후에 다시 한 번 훈련을 받았습니다. 두 훈련 세션 사이에 보상된 팔의 위치를 ​​시계 방향 또는 반시계 방향으로 90° 회전하고 자기장을 정렬했습니다. 다음 날 탐사 시험에 합격하려면 두 훈련에서 개별 새가 음식 보상을 성공적으로 찾는 데 걸린 총 시간이 8분을 넘지 않아야 했습니다. 두 훈련 모두에서 방문한 첫 번째 팔에서 보상을 찾은 새는 탐사 시험에 합격하지 못했습니다. 사전 시험에서 보상을 우연히 찾았을 가능성이 높고 작업을 제대로 배우지 못했기 때문입니다.

두 가지 훈련 시험을 성공적으로 통과한 새는 훈련 다음 날 프로브 시험에서 시험을 받았습니다. 시험 절차는 훈련 절차와 동일했지만, 트레이에 음식 보상이 없었습니다. 새는 테스터의 간섭 없이 90초 동안(새가 첫 번째 팔에 들어갔을 때부터 시작) 미로를 탐색할 수 있었습니다. 각 시험 시험에서 새의 방향 선호도 계산은 아래에 설명되어 있습니다.

실험 설계

우리는 본문(표 1 )에 설명된 실험 조건에서 16마리의 얼룩말 지빠귀(총 32마리)의 두 세트를 훈련하고 테스트했습니다. 각 실험 조건에서, 4마리의 새 그룹을 훈련하여 mN, mE, mS 또는 mW에서 음식 보상을 찾도록 했습니다. 각 훈련된 방향에 대해, 한 마리의 새는 mN이 gN 방향으로 정렬된 상태로, 한 마리의 새는 mN이 gE 방향으로 정렬된 상태로, 한 마리의 새는 mN이 gS 방향으로 정렬된 상태로, 한 마리의 새는 mN이 gW 방향으로 정렬된 상태로 테스트를 거쳐 훈련된 방향과 테스트 필드의 모든 가능한 조합을 얻었습니다(훈련 및 테스트 계획에 대한 그림은 그림 S3 참조 ). 16마리의 새가 있는 두 실험 세트 내에서, 개별 새는 동일한 자기 나침반 방향을 기준으로 훈련되었지만, 다른 자기장 정렬에서 테스트되었습니다. 각 테스트 시리즈 내에서, 개별 새는 훈련 조건에서 반복적으로 훈련되었고, 각 새가 각 조건에서 유효한 프로브 시도를 한 번 할 때까지 다른 테스트 조건에서 프로브 시도에서 테스트되었습니다. 따라서 각 개별 새는 각 실험 그룹에서 한 번만 표현됩니다.

실험 테스트 계획은 다음과 같습니다(표 S1 참조 ):

세트 I에서 16마리의 새가 인공 RF 필드(RF 없음)가 없는 자연 RF 환경에서 반복적으로 훈련을 받았습니다. 모든 새는 먼저 RF가 없는 훈련된 조건(RF 없음, 테스트 시리즈 1a)에서 테스트를 받았습니다. 그런 다음 RF 1.4 낮음 , RF 1.4 높음 , RF BB(테스트 시리즈 1b)에서 의사 난수 순서로 테스트를 받았습니다.

II 세트에서 우리는 4개의 연속적인 실험 시리즈에서 다른 16마리의 개체를 훈련시키고 테스트했습니다.첫 번째 시리즈(테스트 시리즈 1)에서 새들은 저강도 1.4MHz RF 필드(RF 1.4 low )가 있는 상태에서 훈련되었고 4개의 실험 조건에서 테스트되었습니다.첫 번째 하위 세트(테스트 시리즈 1a)에서 개별 새의 약 절반은 먼저 RF 1.4 low 에서 테스트 한 다음 RF 1.4 high+h 에서 테스트되었고 다른 절반은 먼저 RF 1.4 high+h 에서 테스트 한 다음 RF 1.4 low 에서 테스트되었습니다 .두 번째 하위 세트(테스트 시리즈 1b)에서 테스트 시리즈 1a의 각 그룹의 새의 약 절반은 먼저 RF BB에서 테스트한 다음 RF가 없는 상태에서 테스트되었고 다른 절반은 먼저 RF가 없는 상태에서 테스트한 다음 RF BB에서 테스트되었습니다.두 번째 실험 시리즈(테스트 시리즈 2)에서는 시리즈 1에서 사용된 동일한 개체를 먼저 RF BB가 있는 상태에서 훈련시키고 테스트한 다음 RF 1.4 high+h에서 테스트 했거나 그 반대로 했습니다. 세 번째 테스트 시리즈(테스트 시리즈 3)에서 새들은 RF 1.4 high가 있는 상태에서 훈련을 받았고 , RF 1.4 high , RF 1.4 high+h , RF가 없는 상태에서 의사 난수 순서로 테스트를 받았습니다. 마지막으로, 새들이 인공 RF 필드가 없는 상태에서 방향을 잡을 수 있는지 테스트하기 위해 테스트 시리즈 1~4에 사용된 개체들은 자연 RF 환경(RF 없음, 테스트 시리즈 4)에서 훈련을 받고 테스트를 받았습니다.

각 테스트 시리즈 내에서 개별 새는 훈련 조건에서 반복적으로 훈련되었고, 각 새가 각 조건에서 유효한 프로브 시험을 한 번 할 때까지 다른 테스트 조건에서 프로브 시험에서 테스트되었습니다. 따라서 각 개별 새는 각 실험 그룹에서 한 번만 표현됩니다.

데이터 분석 및 통계

새의 탐색 실험 동안의 움직임은 새가 4개 팔에서 보낸 프레임 수를 자동으로 계산하는 맞춤형 비디오 추적 프로그램으로 추적되었습니다. 미로에서 실험한 새의 대부분(>95%)은 90초 탐색 실험 동안 지속적으로 활동적이었고 4개 미로 팔을 반복해서 방문했습니다. 새가 한 팔만 방문한 다음 그 자리에 가만히 앉아 있는 경우는 거의 발생하지 않습니다. 또한 새는 거의 항상 팔 끝까지 걸어가 빈 음식 쟁반 위로 뛰어올라 팔에서 다시 나오는데, 보통 속도가 일정합니다. 새가 팔 끝까지 걸어가서 다시 나오는 데 걸리는 시간은 새가 팔의 반만 들어갔다가 나오는 데 걸리는 시간의 두 배이므로 팔 끝까지 가는 방문은 팔의 반만 가는 방문의 두 배에 해당합니다.

개별 새의 방향은 90초 실험 동안 4개의 미로 팔 각각에서 보낸 시간(프레임 수)으로부터 계산되었습니다(참조 10 , 51 ). 새가 각 팔에서 보낸 프레임 수에 의해 가중된 4개의 미로 팔의 지형 방향, 즉 0°, 90°, 180°, 270°는 벡터 합산을 사용하여 더해졌으며, 그 결과 개별 새의 지형 평균 방향이 나왔습니다 . 평균 방향은 그룹 수에 관계없이 그룹화된 데이터에서 계산할 수 있지만, 평균 벡터 길이는 그룹화에 맞게 조정해야 합니다(참조 60 – 62 ). 4개의 그룹의 경우 평균 벡터 길이에 1.1107을 곱해야 합니다. 그러나 각 팔에서 보낸 시간은 독립적인 척도가 아니기 때문에 개별 평균 벡터 길이를 사용하지 않았고 어떠한 검정 통계량도 계산하지 않았지만, 단순히 벡터 합산을 통해 평균 방향을 계산했습니다.

북쪽 지형에 대한 개별 평균 방향은 자북(mN = 0°, 4개의 자기장 정렬에서 각각 다른 개체가 테스트를 받았다는 점을 고려)과 훈련된 자기 나침반 방향(새가 mN, mE, mS 또는 mW로 훈련되었는지 여부에 따라 보정)을 기준으로 다시 계산되었습니다.

각 실험 조건에서, 새 그룹의 평균 방향은 개별 평균 벡터 길이를 무시하고 개별 평균 방향에서 벡터 합산을 사용하여 계산했습니다. 모든 그룹에 대해, 세 분포에 대한 평균 벡터 길이를 계산하여 단봉형, 이봉형 또는 사봉형 축 분포가 방향 데이터에 가장 잘 맞는지 확인했습니다. 이봉형 분포를 계산하기 위해 개별 평균 각도를 두 배로 늘리고 사봉형 분포를 계산하기 위해 개별 평균 각도를 네 배로 늘렸습니다 60 . 데이터를 가장 잘 설명하는 분포, 즉 평균 벡터 길이가 가장 긴 분포에 대해 유의성을 테스트하기 위해 레이리 검정을 수행했습니다 60 . 95% 신뢰 구간을 사용하여 각 새 그룹의 방향 반응 분포가 훈련된 자기 방향을 기준으로 방향이 지정되었는지, 즉 훈련된 방향이 유의하게 방향이 지정된 그룹의 새 분포에 대한 95% 신뢰 구간에 포함되는지 여부를 확인했습니다 60 . 실험군 간의 차이를 검정하기 위해 Watson U 2 검정 이 사용 되었습니다 .

추가 정보

....이하 생략.

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10651899/

Effects of low-level RF fields reveal complex pattern of magnetic input to the avian magnetic compass

The avian magnetic compass can be disrupted by weak narrow-band and broadband radio-frequency (RF) fields in the lower MHz range. However, it is unclear whether disruption of the magnetic compass results from the elimination of the perception ...

pmc.ncbi.nlm.nih.gov

[칡 흰]

구 소비엣 연방의 듀가 공중선 정도라면 엄청난 영향을 주었을 수도 있겠다는 생각이 든다.

[칡 흰]

듀가는 인류 역사상 가장 거대한 송신용 공중선 즉 단파대역 레이다의 일부였다 실험처럼 겨우 수백 나노 테슬라도 아닌 것이 도대체 어떠한 영향을 주었을까 핵발전소의 전력을 이용하는 막강한 전기장을 연중무휴로 복사했으니 새들이 갈피를 잡지 못하고 멍해졌을 거다 동서남북의 교란 그 자체였겠지

[칡 흰]

단파 대역의 상업용 지향성 회전식 안테나는 입력이 보통 0.5메가와트 정도다 주파수에 따라 소모전력은 다르고 높은 단파대라면 1메가와트 이상을 소비한다 앨리스는 꽤 오래 전에 나온 상품인데 파라보릭 모양도 있고 대개는 커튼형을 닮은 구조다 대충 육군 방어용 평판 슬롯 어레이를 단파에 적용한 것과 닮았다 수100 배로 뻥튀기한 모양을 상상하면 큰 무리는 없겠다

[칡 흰]

적당한 게 있군
커튼어레이 허용입력 0.5메가와트....
전후방비 14db 전방이득 13.5~25.5db 입력저항 300Ω 광주에서 생산하는군 저렴할 듯 하다 https://ko.fmradiobroadcast.com/product/detail/shortwave-antenna-rotatable-curtain-arrays.html

[칡 흰]

추// 참고로 디밴드 무지향성. 공장은 프로리다에 있고 오래된 회사다. https://www.miwv.com/ko/d-%EB%8C%80%EC%97%AD-wr-6-%EC%A0%84%EB%B0%A9%ED%96%A5-%EC%95%88%ED%85%8C%EB%82%98/

[칡 흰]

나님이 가기 전에 하고 싶은 건 0.5메가 아래쪽인데 하. 20만평은 있어야 할 수 있다 하하하하 아이곻ㅎㅎㅎ

[칡 흰]

항공기 내장용 광대역 https://www.jkiees.org/archive/view_article?pid=jkiees-29-4-320 아하 이건 엘피디에이로군.

[칡 흰]

아 ㅎㅎ 러시아 아마츄어국 수평 야기 5년 전의 사진이란다

[칡 흰]

90년도에 감히 깡다구로 ㅋ 아무도 하지 않는 수직 야기를 3소자 절연방식으로 세워봤는데 어우.... 바람에 휘청거려서 그리고 습도가 낮은 동절기에 물기가 없는 싸락눈이 날리면 용량성으로 즉 동축선에 전하가 모이는 단점이 있었다 어느 추운 겨울날에 혹시나 해서 리그측 프러그를 빼는데 중심선으로 청백색 아크가 빠지직.... 무려 2분간이나 지속했다 시각적으로 예상했을 때 최소 20키로볼트 이상이었다 강아지 한 마리 정도는 가볍게 보낼 수 있는 전압을 눈으로 확인했고 마른 날의 정전하를 각별히 유념하는 계기가 된 "상큼한" 경험이었다.