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¿Existe un GPS súper diminuto para aves paseriformes?

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Me pregunto si hay un dispositivo GPS realmente pequeño que se pueda montar en aves paseriformes (o aves de alrededor de 10 gramos) sin afectar su vuelo. Este sitio web muestra información para el GPS de bat. Pero también solo dura 24 horas. Me pregunto si hay alguna batería ligera y de larga duración de unos 2 a 5 gramos. También encontré esto, pero no he encontrado si tiene una batería de larga duración.

¿Existe un estudio sobre rastreo GPS de aves pequeñas?


La tecnología no está disponible (todavía) para implementaciones en aves de 10 gramos. Los límites de la tecnología GPS se sitúan alrededor del rango de 50 g, para aves. También tenga en cuenta que los registradores más pequeños generalmente no son capaces de transmitir, por lo que necesitaría recapturar a los animales para recuperar sus datos.

Como sugiere su pregunta, existe una fuerte compensación entre el peso del dispositivo y la duración de la batería. Hay dispositivos GPS que pesan tan solo 1 g, pero su vida útil es muy limitada (10 arreglos para el dispositivo de 1 g; 50 para un dispositivo de 1,1 g).

Como nota al margen: su pregunta implica que los pequeños paseriformes pueden transportar entre el 20 y el 50% de su masa corporal en el rastreador sin que su vuelo se vea afectado. Las tablas de ética con las que estoy familiarizado generalmente limitan los rastreadores a ~ 5% de la masa del animal.


Comportamiento de aprovisionamiento de los padres en un paseriforme que vive en bandadas, el Parrotbill Garganta Vinoso Paradoxornis webbianus

La cantidad de comida entregada por los padres a sus polluelos se ve afectada por varios rasgos de la historia de vida, así como por factores ambientales y sociales, y esta inversión determina en última instancia la aptitud actual y futura de los padres y su descendencia. Estudiamos el comportamiento de aprovisionamiento de los padres en el Parrotbill Garganta Vinoso Paradoxornis webbianus, una especie con un sistema social inusual que se caracteriza por vivir en bandadas, territorialidad débil y dispersión variable de nidificación. La tasa de aprovisionamiento de los padres tuvo una influencia positiva en la ganancia de masa de pollitos, lo que sugiere que la tasa de aprovisionamiento es una medida eficaz de la inversión de los padres en esta especie. Los machos y las hembras alimentaron a los polluelos aproximadamente a la misma tasa y no se observaron otros cuidadores en los nidos. Los padres coordinaron las tasas de aprovisionamiento para que en su mayoría alimentaran a los polluelos de forma sincrónica. Sin embargo, la medida en que los padres coordinaban el aprovisionamiento se asoció con su entorno social, y la sincronía se relacionó positivamente con la densidad de reproducción local y negativamente con la distancia del vecino más cercano. La velocidad a la que los padres aprovisionaron a los polluelos mostró las mismas relaciones con las medidas sociales, siendo mayor a mayor densidad y cuando los vecinos estaban más cerca. La tasa de visitas también se relacionó con la edad del pollito, pero no con el tamaño de la cría, la proporción de sexos de la cría, la paternidad de la pareja adicional, la fecha de puesta, la temperatura, los caracteres corporales de los padres, la hora del día o el año. Concluimos que el entorno social de una pareja reproductora juega un papel importante en la determinación de la inversión de los padres, probablemente a través de sus efectos sobre las oportunidades que tienen los padres de buscar alimento con sus congéneres.

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Cinco usos prácticos de & # 8220Spooky & # 8221 Mecánica cuántica

La mecánica cuántica es extraña. La teoría, que describe el funcionamiento de pequeñas partículas y fuerzas, hizo que Albert Einstein se sintiera tan incómodo que en 1935 él y sus colegas afirmaron & # 160que debe estar incompleto & # 8212, era demasiado & # 8220 espeluznante & # 8221 para ser real.

Contenido relacionado

El problema es que la física cuántica parece desafiar las nociones de sentido común de causalidad, localidad y realismo. Por ejemplo, sabes que la luna existe incluso cuando & # 8217 no la estás mirando & # 8212, eso es realismo. La causalidad nos dice que si pulsas un interruptor de luz, la bombilla se iluminará. Y gracias a un límite estricto en la velocidad de la luz, si acciona un interruptor ahora, el efecto relacionado no podría ocurrir instantáneamente a un millón de años luz de distancia, según la localidad. Sin embargo, estos principios se rompen en el ámbito cuántico. Quizás el ejemplo más famoso es el entrelazamiento cuántico, que dice que las partículas en lados opuestos del universo pueden estar intrínsecamente vinculadas para que compartan información al instante, una idea que hizo que Einstein se burlara.

Pero en 1964, el físico John Stewart Bell demostró que la física cuántica era de hecho una teoría completa y viable. Sus resultados, ahora llamados Teorema de Bell & # 8217s, demostraron efectivamente que las propiedades cuánticas como el entrelazamiento son tan reales como la luna, y hoy en día los comportamientos extraños de los sistemas cuánticos se están aprovechando para su uso en una variedad de aplicaciones del mundo real. Aquí están cinco de los más intrigantes: & # 160 & # 160 & # 160

Un reloj de estroncio, presentado por NIST y JILA en enero, mantendrá la hora exacta durante los próximos 5 mil millones de años. (El grupo Ye y Brad Baxley, JILA)

Relojes ultraprecisos

El cronometraje confiable es algo más que su alarma matutina. Los relojes sincronizan nuestro mundo tecnológico, manteniendo en línea cosas como los mercados de valores y los sistemas GPS. Los relojes estándar utilizan las oscilaciones regulares de objetos físicos como péndulos o cristales de cuarzo para producir sus & # 8216ticks & # 8217 y & # 8216tocks & # 8217. Hoy en día, los relojes más precisos del mundo, los relojes atómicos, pueden utilizar los principios de la teoría cuántica para medir el tiempo. Controlan la frecuencia de radiación específica necesaria para hacer que los electrones salten entre niveles de energía. El reloj de lógica cuántica del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. En Colorado solo pierde o gana un segundo cada 3.700 millones de años. Y el reloj de estroncio del NIST, presentado a principios de este año, tendrá esa precisión durante 5 mil millones de años, más que la edad actual de la Tierra. Estos relojes atómicos súper sensibles ayudan con la navegación GPS, las telecomunicaciones y la topografía.

La precisión de los relojes atómicos depende parcialmente del número de átomos utilizados. Guardado en una cámara de vacío, cada átomo mide el tiempo de forma independiente y vigila las diferencias locales aleatorias entre él y sus vecinos. Si los científicos introducen 100 veces más átomos en un reloj atómico, se vuelve 10 veces más preciso, pero hay un límite en la cantidad de átomos que se pueden introducir. El siguiente gran objetivo de los investigadores es utilizar con éxito el entrelazamiento para mejorar la precisión. Los átomos entrelazados no estarían preocupados por las diferencias locales y, en cambio, medirían únicamente el paso del tiempo, uniéndolos efectivamente como un solo péndulo. Eso significa que agregar 100 veces más átomos en un reloj entrelazado lo haría 100 veces más preciso. Los relojes entrelazados incluso podrían vincularse para formar una red mundial que mediría el tiempo independientemente de la ubicación.

Los observadores tendrán dificultades para piratear la correspondencia cuántica. (VOLKER STEGER / Biblioteca de fotografías científicas / Corbis)

Códigos indescifrables

La criptografía tradicional funciona con claves: un remitente usa una clave para codificar información y un destinatario usa otra para decodificar el mensaje. Sin embargo, es difícil eliminar el riesgo de un intruso y las claves pueden verse comprometidas. Esto se puede solucionar utilizando una distribución de clave cuántica potencialmente irrompible (QKD). En QKD, la información sobre la clave se envía a través de fotones que se han polarizado aleatoriamente. Esto restringe el fotón para que vibre en un solo plano, por ejemplo, arriba y abajo, o de izquierda a derecha. El destinatario puede utilizar filtros polarizados para descifrar la clave y luego utilizar un algoritmo elegido para cifrar un mensaje de forma segura. Los datos secretos aún se envían a través de los canales de comunicación normales, pero nadie puede decodificar el mensaje a menos que tenga la clave cuántica exacta. Eso es complicado, porque las reglas cuánticas dictan que "leer" los fotones polarizados siempre cambiará sus estados, y cualquier intento de espionaje alertará a los comunicadores de una brecha de seguridad.

En la actualidad, empresas como BBN Technologies, Toshiba e ID Quantique utilizan QKD para diseñar redes ultraseguras. En 2007, Suiza probó un producto ID Quantique para proporcionar un sistema de votación a prueba de manipulaciones durante una elección. Y la primera transferencia bancaria utilizando QKD entrelazado se llevó a cabo en Austria en 2004. Este sistema promete ser muy seguro, porque si los fotones están entrelazados, cualquier cambio en sus estados cuánticos realizado por intrusos sería inmediatamente evidente para cualquiera que controle la clave. teniendo partículas. Pero este sistema aún no funciona a grandes distancias. Hasta ahora, los fotones entrelazados se han transmitido a una distancia máxima de aproximadamente 88 millas. & # 160

Primer plano de un chip de computadora D-Wave One. (D-Wave Systems, Inc.)

Computadoras superpoderosas

Una computadora estándar codifica la información como una cadena de dígitos binarios o bits. Las computadoras cuánticas sobrealimentan la potencia de procesamiento porque usan bits cuánticos, o qubits, que existen en una superposición de estados y hasta que se miden, los qubits pueden ser "1" y "0" al mismo tiempo.

Este campo aún está en desarrollo, pero se han dado pasos en la dirección correcta. En 2011, D-Wave Systems reveló el D-Wave One, un procesador de 128 qubit, seguido un año más tarde por el D-Wave Two de 512 qubit. La compañía dice que estas son las primeras computadoras cuánticas disponibles comercialmente en el mundo. Sin embargo, esta afirmación ha sido recibida con escepticismo, en parte porque todavía no está claro si los qubits de D-Wave están enredados. Los estudios publicados en mayo encontraron evidencia de entrelazamiento, pero solo en un pequeño subconjunto de los qubits de la computadora. También existe incertidumbre sobre si los chips muestran una aceleración cuántica confiable. Aún así, la NASA y Google se han unido para formar el Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica basado en un D-Wave Two. Y los científicos de la Universidad de Bristol conectaron el año pasado uno de sus chips cuánticos tradicionales a Internet para que cualquier persona con un navegador web pueda aprender la codificación cuántica.

Vigilar atentamente los enredos. (Ono et al., Arxiv.org)

Microscopios mejorados

En febrero, un equipo de investigadores de la Universidad de Hokkaido de Japón # 8217 desarrolló el primer microscopio mejorado por entrelazamiento del mundo, utilizando una técnica conocida como microscopía de contraste de interferencia diferencial. Este tipo de microscopio dispara dos haces de fotones a una sustancia y mide el patrón de interferencia creado por los rayos reflejados y el patrón cambia dependiendo de si golpean una superficie plana o irregular. El uso de fotones entrelazados aumenta en gran medida la cantidad de información que puede recopilar el microscopio, ya que la medición de un fotón entrelazado proporciona información sobre su compañero.

El equipo de Hokkaido logró obtener una imagen de una "Q" grabada que se encontraba a solo 17 nanómetros sobre el fondo con una nitidez sin precedentes. Se podrían usar técnicas similares para mejorar la resolución de herramientas astronómicas llamadas interferómetros, que superponen diferentes ondas de luz para analizar mejor sus propiedades. Los interferómetros se utilizan en la búsqueda de planetas extrasolares, para sondear estrellas cercanas y para buscar ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales.

El petirrojo europeo puede ser un natural cuántico. (Andrew Parkinson / Corbis)

Brújulas biológicas

Los humanos no son los únicos que utilizan la mecánica cuántica. Una de las principales teorías sugiere que aves como el petirrojo europeo utilizan la acción espeluznante para seguir el rumbo cuando migran. El método involucra una proteína sensible a la luz llamada criptocromo, que puede contener electrones entrelazados. Cuando los fotones entran en el ojo, golpean las moléculas de criptocromo y pueden entregar suficiente energía para romperlas, formando dos moléculas reactivas, o radicales, con electrones desapareados pero aún entrelazados. El campo magnético que rodea al ave influye en la duración de estos radicales criptocromos. Se cree que las células de la retina de las aves son muy sensibles a la presencia de radicales entrelazados, lo que permite a los animales & # 8216 ver & # 8217 de forma eficaz un mapa magnético basado en las moléculas.

Sin embargo, este proceso no se comprende completamente y hay otra opción: la sensibilidad magnética de las aves podría deberse a pequeños cristales de minerales magnéticos en sus picos. Aún así, si el enredo realmente está en juego, los experimentos sugieren que el estado delicado debe durar mucho más en el ojo de un pájaro que incluso en los mejores sistemas artificiales. La brújula magnética también podría aplicarse a ciertos lagartos, crustáceos, insectos e incluso algunos mamíferos. Por ejemplo, también se ha encontrado en el ojo humano una forma de criptocromo utilizado para la navegación magnética en moscas, aunque no está claro si es o alguna vez fue útil para un propósito similar.


Una breve historia

Hace unos 40 años, un simple experimento realizado en Toscana cambió el curso de la investigación sobre la navegación de aves: un grupo de palomas con sus nervios olfativos seccionados fueron liberados en un sitio desconocido y nunca regresaron, sus compañeros intactos volaron rápidamente de regreso al palomar (Papi et al. ., 1971). En ese momento, el sentido del olfato se consideraba marginal en las aves y las señales olfativas nunca se habían tenido en cuenta seriamente entre las posibles fuentes de información ambiental potencialmente útil para un mecanismo de búsqueda de posición. Por esta razón, podría parecer bastante extraño que incluso se concibiera una liberación de prueba con palomas anósmicas. Floriano Papi pensó en probar las habilidades de navegación de las palomas mensajeras anósmicas porque este sentido era el único (junto con el gusto) que aún no se había probado como potencialmente importante en la navegación. Sin embargo, un dato importante eventualmente motivó el primer experimento de rastreo con aves anósmicas. Aproximadamente al mismo tiempo, Wallraff y sus colegas estaban investigando el comportamiento de las palomas criadas en aviarios confinados y expuestas a diferentes estímulos ambientales. Su investigación tuvo como objetivo probar si una vista del horizonte era fundamental para que las palomas desarrollaran una capacidad de navegación intacta. Al probar las aves criadas encerradas en un aviario provisto de pantallas de vidrio y las aves criadas en un aviario rodeado por una empalizada, lo que impedía la vista completa del horizonte, esperaban observar un deterioro solo en este último grupo. Los resultados fueron claramente contrarios a las expectativas: las palomas a las que se les permitió ver el horizonte, pero protegidas de los vientos por mamparas de vidrio, no pudieron orientarse hacia casa. Por el contrario, las aves expuestas a los vientos que pasaban por la empalizada no se vieron afectadas, incluso si la vista de los alrededores estaba obstruida. Estos primeros resultados, posteriormente confirmados por experimentos posteriores, llevaron a la hipótesis de que era probable que un "factor atmosférico" estuviera involucrado en la navegación (Wallraff, 1970). A la luz de estos resultados, probar las habilidades de navegación de las palomas anósmicas no parecía extraño. Tanto los resultados de Wallraff como de Papi se explican por la 'hipótesis de navegación olfativa' propuesta por Papi (Papi et al., 1972): las palomas en su área de origen pueden aprender los olores ambientales transportados por el viento en asociación con la dirección del viento una vez en el sitio de liberación. son capaces de reconocer los olores locales predominantes y recordar de qué dirección provienen estos olores en el área de origen para determinar la dirección del desplazamiento (Fig. 1).

La evidencia de que los olores del sitio de liberación local constituyen una fuente de información de navegación para las palomas mensajeras ha sido demostrada en un elegante experimento de Benvenuti y Wallraff (Benvenuti y Wallraff, 1985), en el que las aves fueron engañadas con respecto a la información olfativa del sitio de liberación. Las palomas fueron transportadas en contenedores herméticos ventilados por aire purificado por filtros de carbón a un lugar de liberación falsa donde se les permitió respirar aire ambiental local durante unas horas. Luego, las aves fueron transportadas en aire puro a un nuevo sitio ubicado en sentido contrario al hogar, sometidas a anestesia nasal y dadas de alta. En el sitio de liberación falsa, estas aves habían experimentado los olores locales, mientras que en el sitio de liberación real no se pudo acceder a este tipo de información. Las aves se orientaron hacia la "dirección de origen falso", es decir, la dirección de origen desde el sitio de liberación falsa, mientras que las aves de control expuestas al aire local en el sitio de liberación real se orientaron hacia el hogar.


DISCUSIÓN

Nuestro estudio utilizó datos de campo y de laboratorio para examinar cómo un paseriforme pequeño, insectívoro, sedentario, que vive en grupo, un probable candidato para el letargo aviar, sobrevive en un entorno energéticamente desafiante. Medición nocturna de TB indicó que los balbuceadores de cejas blancas de vida libre mantenían la normotermia en una amplia gama de Ta y no usó letargo ni hibernación. Experimentos de laboratorio complementarios de fisiología de apiñamiento individual y grupal demostraron que los balbuceadores que se posaban obtenían beneficios energéticos de la termorregulación social, así como del uso de nidos de descanso aislados. Nuestros hallazgos sugieren que la heterotermia puede ser poco común entre los paseriformes australes, y que las aves con una fisiología aviar en su mayoría típica pueden compensar los considerables costos energéticos de la endotermia con estrategias de comportamiento para minimizar la pérdida de calor y mantener una existencia durante todo el año en un entorno variable.

Los balbuceadores en libertad mantuvieron un nivel casi constante TB durante la noche, a pesar de niveles bajos, con frecuencia bajo cero, durante la noche Tcama y desayuno. El rango de Tb, campo para todos los individuos fue & lt2.2 ° C bajo todas las condiciones ambientales, y varió más entre individuos que como respuesta a las condiciones ambientales. Aunque el letargo y la hibernación se han observado con poca frecuencia en un pequeño número de familias de aves (Geiser et al., 2006), la capacidad de hipotermia nocturna se considera generalmente generalizada (McKechnie y Lovegrove, 2002). Sin embargo, no hubo evidencia aquí de que la hipotermia fuera una parte importante de la estrategia energética de los balbuceadores, aparte de su patrón típico de escotofase homeotérmica (Schmidt-Nielsen, 1997 Fig. 1). Los balbuceadores se calentaron endógenamente para la salida del gallinero al amanecer a un nivel similar. TB a eso a la llegada del gallinero. Ambos significan fase activa TB (Tb, partir 40,4 ° C) y fase de reposo TB (mínimo Tb, campo 38,5 ° C) fueron similares a las de otros paseriformes normotérmicos (41,6 ± 1,13 y 38,9 ± 0,87 ° C, respectivamente Prinzinger et al., 1991). En el laboratorio, balbuceos individuales en Ta= 10 ° C mantenido TB sólo 1.0 ° C más bajo que en termoneutralidad (38.6 ° C en Ta= 30 ° C), lograda por un aumento del 143% en la MR (acomodada por un aumento VI) y una disminución del 15,7% en Cmojado una respuesta endotérmica típica.

A nivel mundial, las especies no paseriformes y, en particular, las especies nocturnas tienen más probabilidades de ser heterotérmicas, y gran parte de la investigación termorreguladora se ha centrado en estas especies (por ejemplo, Brigham, 1992 Körtner et al., 2001 Lane et al., 2004 McKechnie et al., 2007 Cooper et al., 2007 Cooper et al. al., 2008 Smit y McKechnie, 2010 Doucette et al., 2011, 2012). Sin embargo, solo un puñado de estudios ha documentado la estrategia energética nocturna de los paseriformes en libertad, y aún menos han medido el núcleo TB. Gorriones de garganta blanca (Zonotrichia albicollis) tienen una hipotermia en fase de reposo, con una reducción de 3,4 ° C en Tpiel entre la fase activa y de reposo (Dolby et al., 2004) y la variación diel en TB del gorrión tejedor de ceja blanca que habita en las zonas áridas (Plocepasser mahali) se atribuye a las condiciones ambientales estacionales (Smit et al., 2013). La única medida comparable de continua, nocturna TB de un paseriforme australiano en el frío es para golondrinas oscuras juveniles criadas en cautividad (Artamus cyaneurus Maddocks y Geiser, 2007), medido en aviarios al aire libre. Estas aves usaron heterotermia durante la noche. Tb, min disminuyó en & gt5 ° C desde el reposo TB, que los autores clasificaron como letargo diario. Estos datos, basados ​​en la temperatura de la piel o para aves cautivas, sugieren que la heterotermia entre paseriformes puede ser más común de lo que se reconoce actualmente. Como aves sedentarias e insectívoras en un hábitat semiárido, los balbuceadores de ceja blanca tienen características que sugieren que son candidatos probables para el uso del letargo y, de hecho, tienen otras adaptaciones como la sociabilidad y la cría cooperativa asociadas con condiciones ambientales duras e impredecibles que, por lo tanto, pueden ser considerado un buen modelo para la heterotermia aviar. Sin embargo, su falta de letargo, o de hecho cualquier heterotermia significativa, sugiere que el uso del letargo aviar puede ser raro, particularmente en comparación con los pequeños mamíferos, si su fisiología general es similar a la de otros paseriformes y, de hecho, a otras aves. En este caso, la escasez de datos que cuantifiquen la heterotermia aviar puede no solo representar una falta de investigación en esta área como se supone actualmente (Astheimer y Buttemer, 2002 McKechnie y Lovegrove, 2002 Geiser et al., 2006).

Fisiología estándar

Los balbuceadores tenían una respuesta endotérmica típica a Ta por encima y por debajo de la termoneutralidad en el laboratorio. Una casi constante TB se mantuvo por un aumento en la producción de calor metabólico a baja Ta. Este aumento de O2 la demanda fue atendida por un aumento en FR y VT en vez de miO2, que es típico tanto de aves como de mamíferos (por ejemplo, Larcombe et al., 2003 Cooper y Withers, 2004). La conductancia térmica se mantuvo cercana al mínimo por debajo de la termoneutralidad, pero aumentó a mayor Ta, al igual que EWL, a medida que los balbuceadores aumentaron su disipación de calor. El PRWE de 17,5 ° C fue particularmente alto y presumiblemente contribuye al mantenimiento del equilibrio hídrico en ausencia de agua libre, y es facilitado al menos en parte por la homeotermia a bajas temperaturas. Ta.

Para interpretar mejor la base fisiológica de nuestras observaciones de la homeotermia nocturna para los balbuceadores de vida libre, es necesario examinar su fisiología estándar en un contexto alométrico y filogenético. Para los mamíferos, bajo TB y BMR baja se correlacionan con el uso de heterotermia y letargo (Geiser, 1998 Cooper y Geiser, 2008 Ruf y Geiser, 2014) y asumimos una similitud en los impulsores fisiológicos entre mamíferos y aves endotérmicos convergentes. Por lo tanto, comparamos aquí nuestros datos fisiológicos estándar para los balbuceadores con los de otras aves (Tabla S6) usando los límites de predicción del 95% (Cooper y Withers, 2006) para regresiones alométricas convencionales y filogenéticamente informadas después de Barker et al. (2016), utilizando el árbol filogenético de birdtree.org (Jetz et al., 2012, 2014) con la columna vertebral de Hackett (Hackett et al., 2008).

Estándar TB de balbuceadores estadísticamente conforme a la de otras aves, tanto antes como después de corregir la filogenia, al igual que su Cmojado, lo que sugiere que no hay nada extraordinario en el aislamiento o el balance de calor de los balbuceadores (Fig. 7). Nuestro valor de BMR para balbuceadores de ceja blanca que se posan solitarios (METROB 46 g) de 1,24 ml de O2 g −1 h −1 fue similar, pero menor que, el 1,51 ml de O2 g −1 h −1 medido por Chappell et al. (2016) para el charlatán coronado de castañas (Pomatostomus ruficeps METROB 50 g), a pesar de que nuestras aves tienen un hábitat menos árido y un poco más bajo METROB, lo que sugiere que no hay respuesta al estrés para los balbuceadores de cejas blancas que se posan solos. Los balbuceadores de cejas blancas tenían una TMB que era solo el 64.0% de la predicha por METROB. Aunque estaba dentro del intervalo de predicción del 95% para el análisis alométrico convencional, estaba por debajo de los límites de predicción después de tener en cuenta la filogenia (Fig. 7), lo que indica que los balbuceadores tienen una TMB más baja que sus parientes más cercanos. Una TMB baja se correlaciona con una propensión al letargo (Cooper y Geiser, 2008), lo que presumiblemente refleja una adaptación similar a una estrategia de baja energía. A pesar de esto, no encontramos evidencia de letargo para los balbuceadores de vida libre, lo que sugiere que su baja TMB, junto con estrategias como la termorregulación social y nidos de descanso aislados, es suficiente para equilibrar su presupuesto de energía.

Comparaciones alométricas y filogenéticas de variables fisiológicas para balbuceos de ceja blanca con las de otras aves. TB (A), tasa metabólica basal (TMB B), Cmojado (C) y EWL (D) para balbuceadores de ceja blanca (símbolos negros) en comparación con otras aves (símbolos grises, ver Tabla S6). METROB, masa corporal. Los residuos filogenéticamente independientes para los mismos parámetros se muestran en E – H. Las líneas continuas indican la regresión de mínimos cuadrados y las líneas de puntos los intervalos de predicción del 95% para cada relación alométrica.

Comparaciones alométricas y filogenéticas de variables fisiológicas para balbuceos de ceja blanca con las de otras aves. TB (A), tasa metabólica basal (TMB B), Cmojado (C) y EWL (D) para balbuceadores de ceja blanca (símbolos negros) en comparación con otras aves (símbolos grises, ver Tabla S6). METROB, masa corporal. Los residuos filogenéticamente independientes para los mismos parámetros se muestran en E – H. Las líneas continuas indican la regresión de mínimos cuadrados y las líneas de puntos los intervalos de predicción del 95% para cada relación alométrica.

EWL estándar fue sólo el 41.0% del valor predicho alométricamente, y estadísticamente más bajo que el de otras aves, antes y después de tener en cuenta la filogenia (Fig. 7). Un EWL bajo (como BMR bajo) se asocia con hábitats áridos (Williams y Tieleman, 2005) y contribuye a su PRWE alto. Esto, junto con el agua preformada de su dieta insectívora, puede explicar su aparente capacidad para mantener el equilibrio hídrico sin beber, al menos en invierno (T.K.D., observación personal).

Termorregulación social

Muchos endotermos sociales descansan en comunidad (Gilbert et al., 2010), y agruparse puede jugar un papel importante en el mantenimiento de la homeotermia. En casos extremos, los endotermos que descansan en comunidad son termorreguladores sociales obligados, incapaces de regular la normalidad. TB en baja Ta en ausencia de congéneres (por ejemplo, McKechnie y Lovegrove, 2001). Los balbuceadores de ceja blanca siempre se posaban en comunidad en el campo durante el estudio, pero incluso cuando se mantenían individualmente en el laboratorio en Ta tan bajo a 10 ° C, todos los balbuceadores mantuvieron TB dentro de 1,15 ° C de los valores termoneutrales. Por lo tanto, los balbuceadores son termorreguladores sociales facultativos y, aunque pueden sobrevivir posados ​​individualmente durante la noche en la naturaleza (Chappell et al., 2016), obtienen beneficios energéticos sustanciales al acurrucarse.

La reducción en el gasto de energía de los charlatanes acurrucados, con una RM de 65 a 74% de la RM individual en un equivalente Ta, es como se esperaba para otros endotermos agrupados (ver Gilbert et al., 2010, para una revisión) y similar al medido para dos o tres charlatanes con corona de castañas acurrucados, y es probable que sea aún mayor para más individuos acurrucados (Chappell et al. ., 2016). Presumiblemente, la reducción sustancial de la RM de los balbuceadores acurrucados tiene un papel importante en el equilibrio de su presupuesto de energía y niega parcialmente la necesidad de heterotermia. Sin embargo, una variación sustancial en el mínimo Tb, campo entre individuos (2,1 ° C) se observó para los balbuceadores de vida libre (Fig. 2). La ubicación dentro del nido de percha probablemente impacta durante la noche TB puede haber un costo fisiológico asociado con el estatus social si el estatus social determina la posición en un grupo. Así, la variación individual en Tb, campo puede indicar estatus social, como se observa en los monos verdes (Chlorocebus pygerythrus McFarland et al., 2015).

Características del nido de percha

El beneficio energético de posarse en nidos cerrados es otro aspecto de la estrategia energética nocturna de los balbuceadores. los Tgallinero de nidos de balbuceadores desocupados era lo mismo que Tcama y desayuno, a diferencia de los nidos de tejedores sociables (Philetairus socius), que son lo suficientemente grandes y están bien aislados para permanecer por encima de las condiciones ambientales durante la noche, incluso cuando están desocupados (White et al., 1975). Cuando está ocupado, la relación de Tgallinero para Tcama y desayuno para nidos de charlatanes es similar a la de los tejedores de gorriones de ceja blanca que se posan solitarios (P. mahali Ferguson et al., 2002), con el TgallineroTcama y desayuno diferencial creciente como Tcama y desayuno disminuye. La conductancia térmica de los nidos de perchas (C= 1,62 J g −1 h −1 ° C −1) fue equivalente a la conductancia de grupos de dos o tres charlatanes acurrucados (C= 1,61 J g −1 h −1 ° C −1 a 10 ° C), por lo que los nidos de descanso reducen a la mitad la tasa de energía perdida en el medio ambiente para grupos pequeños de charlatanes acurrucados. Las propiedades aislantes de los nidos de los gallineros tejedores son un factor importante que les permite mantener la homeotermia en niveles bajos. Ta (Ferguson et al., 2002) y presumiblemente proporcionan ventajas energéticas similares para los balbuceadores de cejas blancas.

Para algunas especies, particularmente las aves nocturnas y los murciélagos, se seleccionan lugares de descanso con pendiente, orientación y dirección de entrada favorables para permitir el recalentamiento pasivo o para facilitar el calentamiento (p. Ej., Geiser et al., 2004 Turbill y Geiser, 2008). Esta no fue una estrategia utilizada por los balbuceadores, ya que no hubo preferencia en la dirección de entrada del nido de percha, y los balbuceadores se calentaron endógenamente antes del amanecer. Si bien los nidos de descanso de los balbuceadores se construyen preferentemente en el tercio superior de su árbol hospedero, la variación en las especies de árboles hospedantes y la altura real de los árboles hospedantes hacen que sea poco probable que las consideraciones sobre el microclima sean importantes. La preferencia por construir nidos en rodales densos de árboles puede tener un beneficio energético, ya que el follaje denso puede desviar el viento y mitigar la pérdida de calor por radiación (Walsberg, 1986), pero la ubicación del nido también podría ser una estrategia anti-depredadores.

Termorregulación

El uso combinado de termorregulación social y nidos de perchas comunales permite una conservación sustancial de energía para los balbuceadores de cejas blancas. Babbler mínimo durante la noche Tgallinero se calculó en un rango de 6,8 a 15,4 ° C, por lo que el rango de MR para las aves en estos nidos se calculó en 1,78-2,44 ml de O2 g −1 h −1. Extrapolando la relación lineal entre Ta y O2 por debajo de la termoneutralidad para aves solitarias fuera de los nidos de Ta, acurrucar a los balbuceadores en nidos de percha tendría un gasto de energía de solo el 55-65% del de las aves individuales expuestas en las mismas condiciones ambientales, y esto sería aún menor para grupos más grandes (por ejemplo, Chappell et al., 2016). En otras palabras, pequeños grupos de charlatanes que anidan en perchas comunales en un Ta de −3 a + 15 ° C y una Tgallinero de 6,8 a 15,4 ° C tendría una RM equivalente a la de un solo pájaro expuesto a una Ta de 17,6 a 24,3 ° C. Estos ahorros de energía sustanciales, junto con la TMB intrínsecamente baja de las aves, desempeñarían un papel importante en el equilibrio de los parloteadores en su presupuesto diario de energía y presumiblemente anularían cualquier requisito de letargo en su entorno energéticamente desafiante. Por lo tanto, a pesar de una fisiología térmica aviar generalmente típica, la energía y el comportamiento del balbuceo de ceja blanca permiten el mantenimiento de la homeotermia y sugieren que la heterotermia no es una táctica energética preferida por las especies de aves que pueden evitarla.


La vida interior de las aves

Tweet tweet! Estamos hablando de pájaros y de las cosas increíbles que pueden hacer. Hoy destacamos cinco de las historias recientes más geniales en genética de aves: colibríes que impulsan su vuelo ultrarrápido un gen que controla la migración por qué los machos tienen colores diferentes a las hembras cómo la contaminación lumínica enferma a los gorriones y al pájaro atrapado durante miles de años bajo el Hielo siberiano.

En este episodio

00:31 - Cómo los colibríes impulsan su rápido vuelo

Cómo los colibríes impulsan su rápido vuelo Ariel Gershman, Facultad de Medicina Johns Hopkins

El colibrí es el más pequeño del mundo. De hecho, pueden flotar en el aire y, de manera única entre las aves, pueden volar hacia atrás y boca abajo. El más rápido de ellos bate sus alas más de ochenta veces por segundo. Todas estas acrobacias aéreas requieren algunos trucos únicos de energía y metabolismo, y Phil Sansom escuchó a Ariel Gershman en la Escuela de Medicina Johns Hopkins, quien ha estado tratando de descubrir qué en sus genes hace que todo esto sea posible ...

Ariel - Estamos realmente interesados ​​en algo que hacen los colibríes llamado flujo metabólico. They are able to maintain this extremely high metabolism, and extremely high blood sugar, that for most humans would be considered as diabetes but hummingbirds are able to do this without getting any of the ailments associated with diabetes, like blindness, and kidney disease, and all of these other problems that humans who maintain this persistently high blood sugar often experience.

Phil - What's the flux part of that? Is it flux like changing really quickly?

Ariel - The flux is just this rapid shift that they're able to do. So when hummingbirds are eating, they're eating sugar from nectar, and they're able to use the sugar almost entirely to fuel their metabolism, or how they break down that sugar to make energy. But then once they stop feeding, they have to rapidly switch their metabolism to be able to use this fat that they store in their body to then be able to get energy, and power this extremely expensive hovering flight that they're able to do. And so if they weren't able to switch this metabolism so quickly, from their fed state to their fasted state, then they wouldn't be able to continue flying.

Phil - Oh my God, it almost sounds like one of those animals that hibernates in winter and then does all their eating in the summer, but over the course of what, minutes?

Ariel - Yeah. Over the course of 30 minutes is how quickly they're able to switch this fed to fasted metabolism.

Phil - What exactly are you doing to look into this metabolic flux, as you called it?

Ariel - We first had to actually sequence and put together their entire genome. And once we had the whole genome together, we then had to figure out where genes in the genome are. Because only about 1% of the genome actually codes for genes that end up making proteins. And then what we did was we sequenced all of the hummingbird RNA. If you can imagine. the genome is kind of like the blueprint for how to build the organism, whereas the RNA is more like what's actually being made to allow the organism to survive and persist.

Phil - How are you doing this here then, with both the DNA and the RNA?

Ariel - What we mainly focus on is called long read sequencing. Some people call it third generation sequencing. The typical, or the gold standard of DNA sequencing, is this second generation sequencing right now. And in second generation sequencing, it's extremely accurate, but we're only getting small pieces of DNA at a time. Where in third generation sequencing, we're actually sequencing these really, really long molecules of DNA. And if you can imagine, when you're putting together a puzzle, it's a lot easier to put together a puzzle with less pieces that are bigger than a puzzle with more pieces that are smaller. However we lose a little bit of the accuracy with long read sequencing, so it's more likely that there will be mistakes.

Phil - Do you do anything to compensate for that?

Ariel - Yeah, we do. Once we have the entire structure from the long read data we go in and we correct it with the accurate short read data. This is a process that in the field we call hybrid genome assembly.

Phil - Wow. And just for context, how big is the job? How many genes does a hummingbird have?

Ariel - Oh, a hummingbird has around 20 to 30,000 genes. Not that much different than a human actually.

Phil - That's, yeah, quite a few genes to get through.

Ariel - Yeah. And it's actually not even the region of the genome that codes for genes that's the hard part it's really the rest of the genome, that we don't really know a lot about what it does, that's actually the hard part for genome assembly, because a lot of the genome is made up of repetitive DNA. And if you can imagine, if you have the same puzzle piece that fits in multiple locations, you really don't know where it actually goes.

Phil - And what do you do in that situation?

Ariel - The longer reads actually really help us out a lot there. Because when we have the repeat, if we can get the information on either side of it we can anchor it to the right region of the genome.

Phil - These hummingbirds, then, you're giving them a nice big meal, then taking a bunch of blood to get all their DNA and RNA, or what?

Ariel - We're actually taking their liver and their muscle tissue. So those are the really important metabolic tissues.

Phil - With all this incredible third generation sequencing, what are you finding in there?

Ariel - Wow. I wish I had like the cure to diabetes or something crazy. but we're finding a lot of differences in expression in thyroid hormone, which is along the lines of what we expected. What we're really looking for and hoping to find is these glucose transporters. Not a lot is really known about how glucose, sugar, actually gets into the hummingbird cells and how it happens so quickly. Hummingbirds don't seem to have a lot of these genes that humans have that allow sugar to enter our cells. So how was it entering in hummingbirds? We don't know yet. And we're really hoping to figure that out.

Phil - Do you have any personal favourite theories at the moment?

Ariel - I think that this glucose transporter that we're looking for that we don't think is present in hummingbirds. I think that it might be there, it's just that it's in a region of the genome that's so repetitive that previous people who have studied it, haven't been able to find it because of this repeat problem.


Discusión

The experience-dependent reaction to displacement lends support to Perdeck's paradigm of migratory bird orientation (10). A navigation system presumed to be based on experience has also been shown in caged adult migrants (27, 28). However, previous experiments that tested migratory orientation in cages suggested that juveniles are able to compensate for the displacement. Because adult birds are able to compensate, juvenile birds are supposedly in the process of constructing a navigational map along the migratory route (18). The difference between our study and previous ones could be due to the use of orientation cages, where birds remain within a cage while attempting to depart for migration (22), or alternatively, it may be that our juvenile birds were displaced outside the maximum range of their map that is under construction.

Our study is the first to document age-specific reorientation movements after a continent-wide displacement and within the first hours upon release. It seems highly unlikely that the adult birds used path integration during the displacement to reorient. A path integration system becomes very imprecise over the long distances our birds were displaced.

The results provide insights into the nature of navigation during long-distance migration. On the basis of one migratory journey from Alaska to southwest North America, white-crowned sparrows obtain information that allows them to reach their wintering ground from an area that their normal migratory route does not encompass. Gaining and retaining such information is presumably adaptive because it would allow them to reach their wintering grounds after natural displacements. Juveniles, on the other hand, continue in the species-specific migratory direction after displacement. This suggests that, during migration, homing to a known location is triggered only by reaching that final destination and, possibly, after spending time in it. Because the juvenile birds were caught en route, neither stopovers nor partial travel on the southerly migratory route in the first year seems to trigger homing back to the migratory route. Furthermore, our experiment indicates that the navigational map of adult white-crowned sparrows encompasses at least the continental U.S. and allows them to correct for vast displacements very rapidly (within days, at least), hinting that migratory birds may possess a global navigational map. Even though adult white-crowned sparrows return to a specific winter home range, at this large scale the “map” may just provide a bird with a sign on a gradient, e.g., letting the bird know whether it is east or west of its goal, as observed previously by Åkesson et al. (17).

Currently, magnetic cues seem the most likely candidates for the basis of a map stretching this far (29). However, the small difference in geomagnetic intensity across longitudes in North America makes magnetic intensity an unlikely candidate for distinguishing between the east and the west coast, and celestial or olfactory cues cannot be ruled out (30).

In the past, studies of navigation in passerine birds have generally been restricted to the laboratory because of limitations on field-based study (30). We have demonstrated that it is possible to study the navigation behavior of small migratory birds in the field and provide insights into their behavior. These results demonstrate that the ability to track small animals continuously is essential to gain an understanding of the behavior of free-living migrants. Ultimately, a complete understanding of the mechanisms used by adults and juvenile passerine birds will require a global tracking system for small animals (23).


Métodos

Study extent description: This dataset covers four representative habitats within the Sierra Nevada mountain range: Pyrenean oak forest, thorny thickets on the edge of the forest, common juniper and Spanish juniper scrublands, and high-summit ecosystems. These ecosystems were selected based on criteria of singularity and ecological functionality in the context of Sierra Nevada (Barea-Azcón et al. 2012, 2014) and can be described as follows:

Pyrenean oak forest: Mediterranean woodland composed mainly of relict Quercus pyrenaica and some dominant scrubland species (i.e. Berberis hispanica, Prunus ramburii, Rosa canina, Crataegus monogyna and Adenocarpus decorticans). These forests show strong evidence of past management that has determined their current structure and diversity. This management is based on mainly charcoal production, pastureland creation, and wood harvesting until the 1950s, so that the current trees are mostly resprouts of individuals 60 to 70 years old. The target localities (norte=4) are located at an average elevation of 1650 m a.s.l. (1600-1750 m a.s.l.) and are distributed in the southern, western, northern, and eastern slopes of Sierra Nevada, reflecting all the ecological conditions of the Pyrenean oak forests in the study area (Pérez-Luque et al. 2013).

Thorny scrubs: Typical areas dominated by thorny thickets on the edge of the forest or as result of recent colonization of abandoned arable lands. Berberis hispanica, Prunus ramburii, Rosa canina, Crataegus monogyna are dominant but accompanied by other species such as Lonicera arborea o incluso Sorbus spp. This open habitat is very important for breeding birds in the study area and also for winter-visiting species due to a great production of fruits from the end of the summer to the beginning of winter. Transects (norte=4) in this habitat are located between 1450 and 2060 m a.s.l. (average: 1790 m a.s.l.).

Common juniper and Spanish juniper scrublands: vegetation in these localities is composed mainly of common juniper (Juniperus communis), Spanish juniper (Juniperus sabina). Cytisus galianoi y Genista baetica are also important species in these ecosystems. These scrublands rarely exceed 60 cm in height and appear intermingled with rocks and stony ground. Transects (norte=4) located in this ecosystems cover an elevational range from 2000 to 2300 m a.s.l. (average: 2150 m a.s.l.).

High-summit ecosystems: composed by typical Alpine landscape. These ecosystems are characterized by rocky outcrops that originated from glacial activity, pastureland, small snow beds, and glacial lagoons. The four transects representing this Mediterranean high-mountain habitat span an elevational gradient from 2280 to 3100 m a.s.l., with an average elevation of 2580 m a.s.l.

Sampling description: The sampling procedure was the line-transect method (Verner 1985), with a bandwidth of 100 m, with 50 m on each side of the line (Barea-Azcón et al. 2014). Each 50 m band was divided into five ranges parallel to the line transect (comprising a 10 m width each one). A total of 16 transects were sampled with lengths of 1.9 to 3 km (Table ​ (Table2). 2 ). Sight and sound records within the sample area were considered contacts. All transects were sampled in the early morning, under appropriate climatic conditions. The observer walked at a constant speed of 2 to 4 km/h. Transects are repeated at least once per month, snow cover permitting. This implies that the sites located at the higher elevations were sampled only from late spring to early autumn.

Tabla 2.

Information about transects sampled to collect data included in this dataset.

Transect nameLength (m)Habitat typeLongitudLatitudeProvinceMunicipalityElevation (m asl)
Robledal de Cá༚r2556Pyrenean oak Forest -3.4292 36.9532GranadaCá༚r1736
Robledal de Dílar2553 -3.4779 37.0582GranadaDílar1605
Cortijo del Hornillo3044 -3.3680 37.1246GranadaG࿎jar Sierra1585
Dehesa del Camarate2805 -3.2537 37.1797GranadaLugros1575
Dehesa del Río Dúrcal3292Thorny thickets -3.4825 37.0255GranadaDúrcal2033
Collado de Matas Verdes2237 -3.4470 37.0909GranadaMonachil1918
El Purche1944 -3.4780 37.1311GranadaMonachil1453
Lanteira2515 -3.1725 37.1409GranadaLanteira1794
Collado del Sabinar2745Juniper scrublands -3.4184 37.1199GranadaG࿎jar Sierra2036
Campos de Otero2264 -3.3930 37.1100GranadaG࿎jar Sierra2143
Loma Papeles2539 -3.3401 37.1434GranadaG࿎jar Sierra2113
Dehesa de las Hoyas2436 -3.3173 37.1724GranadaG࿎jar Sierra2074
Laguna Seca2530High-summit ecosystems -2.9615 37.0992GranadaHuéneja2295
Aguas Verdes2431 -3.3589 37.0540GranadaCapileira3149
Hoya Mora2046 -3.3771 37.0896GranadaG࿎jar Sierra2407
Papeles alto2309 -3.3098 37.1357GranadaG࿎jar Sierra2420

Method step description: All data were stored in a normalized database (PostgreSQL) and incorporated into the Information System of Sierra Nevada Global-Change Observatory. Taxonomic and spatial validations were made on this database (see Quality-control description). A custom-made SQL view of the database was performed to gather occurrence data and other variables associated with occurrence data, specifically:

Bird Count: number of individuals recorded by the observer within transect (see Sampling description)

Distance: distance of the contact (bird) from transect line. The distance was estimated by eye.

The occurrence and measurement data were accommodated to fulfil the Darwin Core Standard (Wieczorek et al. 2009, 2012). We used Darwin Core Archive Validator tool (http://tools.gbif.org/dwca-validator/) to check whether the dataset met Darwin Core specifications. The Integrated Publishing Toolkit (IPT v2.0.5) (Robertson et al. 2014) of the Spanish node of the Global Biodiversity Information Facility (GBIF) (http://www.gbif.es/ipt) was used both to upload the Darwin Core Archive and to fill out the metadata.

The Darwin Core elements for the occurrence data included in the dataset were: occurrenceId, modified, language, basisOfRecord, institutionCode, collectionCode, catalogNumber, scientificName, kingdom, phylum, class, order, family, genus, specificEpithet, scientificNameAuthorship, continent, country, countryCode, stateProvince, county, locality, minimumElevationInMeters, maximumElevationInMeters, decimalLongitude, decimalLatitude, coordinateUncertaintyinMeters, geodeticDatum, recordedBy, day, month, year, EventDate.

For the measurement data, the Darwin Core elements included were: occurrenceId, measurementID, measurementType, measurementValue, measurementAccuracy, measurementUnit, measurementDeterminedDate, measurementDeterminedBy, measurementMethod.

Quality control description: The sampling transects were georeferenced using a hand held GPS device (WGS 84 Datum) with an accuracy of କ m. We also used colour digital orthophotographs provided by the Andalusian Cartography Institute and GIS (ArcGIS 9.2 ESRI, Redlands, California, USA) to verify that the geographical coordinates of the transects were correct (Chapman and Wieczorek 2006).

For field identification, several field guides were used (De Juana and Varela 2000, Jonsson 2001). The scientific names were checked with database of the IOC World Bird List (v 5.52) (Gill and Donsker 2015). We also used the R package taxize (Chamberlain and Szocs 2013, Chamberlain et al. 2014) to verify the taxonomical classification.

In addition, we performed validation procedures (Chapman 2005a, 2005b) (geopraphic coordinate format, coordinates within country/provincial boundaries, absence of ASCII anomalous characters in the dataset) with DARWIN_TEST (v3.2) software (Ortega-Maqueda and Pando 2008).


The data behind mysterious bird deaths in New Mexico

Last week, the Rocky Mountain states experienced a strong storm that brought with it snow, near hurricane force winds, and unseasonable record-breaking cold temperatures. In Albuquerque on September 8, it was sunny and a record-high 96ºF. The next afternoon, a severe windstorm tore through the region. The Albuquerque airport measured windspeed of over 70 mph, and temperatures plummeted to historic lows. Albuquerque broke a 100-year record low temperature when the mercury dropped to 40ºF. While snowfall was heaviest in the northern Rockies from Montana to Colorado, New Mexico received several inches of heavy, wet snow as far south as the Sandia Mountains east of Albuquerque.

Migratory bird casualties in Velarde, NM on 13 Sep 2020. Image from video posted on Twitter by Austin Fisher.

My colleagues and I spent the morning of Thursday 10 September picking up dead birds in the Sandias. We found several dead Empidonax flycatchers of three species, a Vesper Sparrow, and a Townsend’s Warbler. Some birds were wet from the overnight snow, but others were completely dry, huddled in the corners of buildings. A Dusky Flycatcher sat dazed in the parking lot.

We first thought little of it: mortality is expected for migratory birds, and we didn’t find more than a handful of carcasses. But social media told a grimmer story that night. We read reports of widespread mortalities across the state: dead swallows along a bike path in Albuquerque, a half-dozen Empidonax flycatchers and swallows in one park in Clovis, and a local news report of 300 carcasses recovered by researchers from New Mexico State University and nearby White Sands Missile Range. It was soon apparent that a significant mortality event had occurred.

But one video on Twitter recorded by local journalist Austin Fisher stood out to me: several dozen swallows dead in an arroyo in Velarde, approximately 40 miles north of Santa Fe. It was only when I reached out to Austin for the purposes of this report that I realized the video wasn’t taken the week before during the cold snap, but rather the previous night, on 13 September. To see it for myself, fellow ornithology grad student, Nick Vinciguerra, and I drove the hour and a half north that night.

When we arrived at midnight, we found a macabre scene. Several hundred Violet-green Swallows were strewn across the bank of the Rio Grande. Dozens of birds had stuffed themselves into the few natural cavities, and many more were dead amongst the vegetation. In total, we found 305 individuals of six species, all of which were insectivores: 258 Violet-green Swallows, 35 Wilson’s Warblers, six Bank Swallows, two Cliff Swallows, one Northern Rough-winged Swallow, a MacGillivray ’ s Warbler, and two Western Wood-Pewees. These proportions are similar to what was reported by researchers at NMSU.

Nick Vinciguerra collecting Violet-green Swallows on the banks of the Rio Grande River at midnight in Velarde, NM.

Several hypotheses are emerging to explain this mass mortality event in New Mexico. Recently, heightened attention has been given to the possibility that historic wildfires across western North America are to blame, and wildfires certainly pose a major disruption to migratory birds. For instance, a wildfire could cause birds to flee an area before they’ve replenished their fat stores. Indeed, anecdotal reports from banding stations suggest that wildfires contribute to unusual migrant influxes into areas that are free from fire. Michael Hilchey, a volunteer bander at the Rio Grande Bird Research Station in Albuquerque, noted a significantly higher volume of migrants over the past two weeks than has been over the last 10–15 years. Smoke is covering nearly all of the lower 48 states, and while we experienced heavy smoke in Albuquerque the night before the storm arrived, fires are not new or unexpected during the height of fall migration. Indeed, wildfires are common and increasing in frequency.

There is, I believe, a much more plausible reason for large numbers of birds to die during migration: lack of food.

The 55–60ºF temperature swing observed in New Mexico combined with hurricane force winds and with wet snow very likely caused hypothermia in some birds, especially juveniles. Furthermore, cold temperatures also affect the food supply for insectivores, as insects (which become dormant or dead) are then covered by snow. Certainly, they are not flying through the air, as swallows and pewees need. Dave Leatherman, a former entomologist for the state of Colorado, noted marked behavioral differences in foraging insectivorous birds during the week’s snowstorm. In addition, a 2007 study by Ian Newton found that unseasonably cold weather can have a negative effect on migrating birds. While cold temperatures and snow cut off the food supply for naïve migrants, resident birds not stressed by migration typically have both fat reserves and local knowledge of where to find shelter.

Notably, and understandably, this type of die-off commonly affects swallows. In several documented cases of swallow mortality events (Newton 2007), a sudden drop in temperatures caused insects to become dormant (and stop flying). In Kazakstan during the fall of 2000, cold and snow killed thousands of Barn Swallows (Berezovikov and Anisimov 2002). Severe cold snaps in 1931 and 1974 killed “hundreds of thousands, possibly millions” of swallows and martins in central Europe (Alexander 1933, Ruge 1974, Bruderer and Muff 1979, Reid 1981, Newton 2007). Specifically, Newton (2007) states, “When short of food in cold weather, swallows and swifts often seek shelter in buildings, huddle together for warmth, and may suffer from hypothermia and starvation. Other migratory insectivores also die in such conditions, but less conspicuously.”

The 305 individuals laid out at the Museum of Southwestern Biology that Nick Vinciguerra and I collected from Velarde, NM on 14 Sep 2020. All individuals will be deposited as specimens in the museum’s Bird Division for future research and education.

Sudden and dramatic unavailability of food caused by a historic and drastic cold snap is, I believe, a more parsimonious explanation than a widespread, smoke induced, mass mortality event. While we do not have data on how fast smoke inhalation would kill birds hundreds of miles away from the fires themselves, what we do have are data from the 258 Violet-green Swallows that Nick and I collected in Velarde this week.

Satellite imagery showing smoke from wildfires in the western U.S. on 9 Sep 2020. Image © NOAA.

If a lack of food contributed to the mortality event, birds would have less fat and no protection against hypothermia. Indeed, of the hundreds of birds we assessed, none had fat stores on their bodies. Furthermore, many birds also showed signs of breast muscle atrophy, which points to starvation and dehydration. The average mass of an adult male Violet-green Swallow is 14.4 g females are slightly lighter at 13.9 g. In addition, I used an open-access museum collections database, Vertnet, to find data on thirty specimens collected July–September, and their average weight was 15 g. We weighed 234 swallows which showed only minor signs of decomposition, and their average mass was dramatically lighter: 9.5 g, or about two-thirds the weight of normal birds. Though we have yet to perform any toxicology analyses or inspect their lungs for signs of smoke inhalation, I think it is safe to say that these birds were starved and succumbed to hypothermia. When USFWS autopsies of other birds are reported in the coming weeks or months, we suspect they will reveal a similar cause of death.

Christopher Witt, Professor at UNM and Director of the Museum of Southwestern Biology, waxed poetical with me this week about how fall 2020 has brought a spectacular array of fall migrants to Albuquerque, noting that it’s been the “Best I’ve seen in years.” As a birder myself, I also benefitted from this better than average migration with my lifer Blackpoll Warbler on the University of New Mexico campus this week. Our influx of migrants may or may not have been due to wildfires, but I have no doubt that they were affected by the extreme cold and high winds in New Mexico. Though the fires and extreme weather events are influenced by human-induced climate change, it is unlikely that the wildfires alone caused the death of thousands of birds in New Mexico.

A comparison of body mass from the birds we salvaged on 14 September 2020 with that of other Violet-green Swallows collected during fall migration across the North America, downloaded from Vertnet, an open access biodiversity database. Both outlier points on the right refer to specimens that had little to no fat stores.


Higher elevation birds sport thicker down 'jackets' to survive the cold

Sahas Barve, a Peter Buck Fellow at the Smithsonian's National Museum of Natural History, led a new study to examine feathers across 249 species of Himalayan songbirds, finding that birds living at higher elevations have more of the fluffy down--the type of feathers humans stuff their jackets with--than birds from lower elevations. Published on Feb. 15 in the journal Ecography, the study also finds that smaller-bodied birds, which lose heat faster than larger birds, tend to have longer feathers in proportion to their body size and thus a thicker layer of insulation. Credit: Suniti Bhushan Datta

Feathers are a sleek, intricate evolutionary innovation that makes flight possible for birds, but in addition to their stiff, aerodynamic feathers used for flight, birds also keep a layer of soft, fluffy down feathers between their bodies and their outermost feathers to regulate body temperature.

Using the Smithsonian's collection of 625,000 bird specimens, Sahas Barve, a Peter Buck Fellow at the Smithsonian's National Museum of Natural History, led a new study to examine feathers across 249 species of Himalayan songbirds, finding that birds living at higher elevations have more of the fluffy down—the type of feathers humans stuff their jackets with—than birds from lower elevations. Published on Feb. 15 in the journal Ecografia, the study also finds that smaller-bodied birds, which lose heat faster than larger birds, tend to have longer feathers in proportion to their body size and thus a thicker layer of insulation.

Finding such a clear pattern across so many species underscores how important feathers are to a bird's ability to adapt to its environment and suggests that adding down may be a strategy common to all songbirds, or passerines as they are known to researchers. Furthermore, finding that birds from colder environments tend to have more down may one day help researchers predict which birds are most vulnerable to climate change simply by studying their feathers.

"The Himalayas are seeing some of the fastest rates of warming on Earth," Barve said. "At the same time, climate change is driving an increase in the frequency and intensity of extremely cold events like snowstorms. Being able to accurately predict the temperatures a bird can withstand could give us a new tool to predict how certain species might respond to climate change."

Using the Smithsonian's collection of 625,000 bird specimens, Sahas Barve, a Peter Buck Fellow at the Smithsonian's National Museum of Natural History, led a new study to examine feathers across 249 species of Himalayan songbirds, finding that birds living at higher elevations have more of the fluffy down--the type of feathers humans stuff their jackets with--than birds from lower elevations. Published on Feb. 15 in the journal Ecography, the study also finds that smaller-bodied birds, which lose heat faster than larger birds, tend to have longer feathers in proportion to their body size and thus a thicker layer of insulation. Carla Dove, who runs the museum's Feather Identification Lab and contributed to the study, said she was excited to work together with Barve to use the Smithsonian's collections in a new way. "Sahas looked at more than 1,700 specimens. Having them all in one place in downtown Washington, D.C., as opposed to having to go to the Himalayas and study these birds in the wild, obviously makes a big difference. It allowed him to gather the data he needed quickly before the COVID lockdowns swept the globe, and then work on the analysis remotely." Credit: Chip Clark, Smithsonian.

The research was inspired by a tiny bird called a goldcrest during a frigid morning of field work in the Sho-kharkh forest of the Himalayas. Barve found himself wondering how this bird, which weighs about the same as a teaspoon of sugar, was able to flit about the treetops in icy air that was already numbing his fingers. Shoving his hands back into the pockets of his thick down jacket, the question that formed in Barve's mind was "Do Himalayan birds wear down jackets?"

To answer that question, Barve and his co-authors used a microscope to take photos of the chest feathers of 1,715 specimens from the Smithsonian's collections representing 249 species from the cold, high-altitude Himalayan Mountains. Then, Barve and his co-authors used those super-detailed photos to determine exactly how long each feather's downy section was relative to its total length. The team was able to do that by looking at the fluffy downy section of each feather close to its base when compared to the streamlined ends of most birds' feathers.

After meticulously logging the relative lengths of all those downy sections, Barve analyzed the results and found that the smallest birds and the birds from the highest elevations, where temperatures are at their coldest, tended to have the highest proportion of down on their body feathers. The analysis showed that high-elevation birds had up to 25% more down in their feathers, and the smallest bird had feathers that were three times as long as the largest birds, proportionately to their body size.

Past research suggested that birds from colder habitats sported added downy insulation, but Barve said this is the first study to analyze this pattern for such a large number of species in cold environments and across 15,000 feet of elevation.

Barve led a new study to examine feathers across 249 species of Himalayan songbirds, finding that birds living at higher elevations have more of the fluffy down--the type of feathers humans stuff their jackets with--than birds from lower elevations. Published on Feb. 15 in the journal Ecography, the study also finds that smaller-bodied birds, which lose heat faster than larger birds, tend to have longer feathers in proportion to their body size and thus a thicker layer of insulation.The research was inspired by a tiny bird called a goldcrest during a frigid morning of field work in the Sho-kharkh forest of the Himalayas. Barve found himself wondering how this bird, which weighs about the same as a teaspoon of sugar, was able to flit about the treetops in icy air that was already numbing his fingers. Shoving his hands back into the pockets of his thick down jacket, the question that formed in Barve's mind was "Do Himalayan birds wear down jackets?" Credit: Jennifer Renteria

"Seeing this correlation across so many species makes our findings more general and lets us say these results suggest all passerine birds may show this pattern," Barve said. "And we never would have been able to look at so many different species and get at this more general pattern of evolution without the Smithsonian's collections."

Carla Dove, who runs the museum's Feather Identification Lab and contributed to the study, said she was excited to work together with Barve to use the Smithsonian's collections in a new way. "Sahas looked at more than 1,700 specimens. Having them all in one place in downtown Washington, D.C., as opposed to having to go to the Himalayas and study these birds in the wild, obviously makes a big difference. It allowed him to gather the data he needed quickly before the COVID lockdowns swept the globe, and then work on the analysis remotely."

Barve said he is following up this study with experiments looking into just how much insulation birds get from their feathers and then will tie that to the feather's structure and proportion of down. One day, Barve aims to develop a model that will allow scientists to look at the structure of a feather and predict how much insulation it gives the bird—a capability that could help researchers identify species vulnerable to climate change.

Dove said the potential to use these results to eventually understand how some birds might cope with climate change highlights the importance of museum collections. "We have more than 620,000 bird specimens collected over the past 200 years waiting for studies like this. We don't know what our specimens will be used for down the line that's why we have to maintain them and keep enhancing them. These specimens from the past can be used to predict the future."


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