Population- and Species-Level Variation in Near- and Mid-infrared Radiation in Birds: A Preliminary Analysis.

内容摘要

Animal coloration has diverse functions, such as camouflage, communication, thermoregulation, and protection from UV damage and more, and can be shaped by environmental selective pressures. Some climatic selective pressures are strong enough to produce consistent patterns in many species across large-scale geographic gradients, leading to the creation of macrophysiological rules such as Gloger's rule, which predicts that endothermic populations in hot, humid areas will be visibly darker than those in cool, dry areas, and the thermal melanism hypothesis, which predicts that ectothermic animals will be visibly darker in cooler areas. While these rules often capture trends in animal absorptance in the visible spectrum, wavelengths of visible light are not the only relevant wavelengths to an animal's energy budget: solar radiation extends beyond the visible spectrum [0.4-0.7 μm] into the near-infrared; thus, thermal pressures may result in changes in surface reflectance characteristics beyond the visible [e.g., 0.7-2.5 μm] in birds. Further, heat exchange with the environment extends into the mid-infrared (MIR), including heat loss through the atmospheric transparency window [8-14 μm]. It is unknown whether animal absorptance in the NIR or emittance in MIR might also follow macrophysiological rules, as seen in the visible spectrum, such as more absorptance of NIR and less emittance of MIR in cooler areas for ectotherms under the thermal melanism hypothesis. Here, we examine both UV-NIR absorptance and MIR emittance in five species of birds: the Great Horned Owl, Northern Bobwhite, Steller's Jay, Song Sparrow, and Common Raven. We show that NIR absorptance varies by species and population, corresponding to their habitat and thermoregulatory strategies. MIR emittance, in contrast, was stable across species and populations but differed slightly across populations of Northern Bobwhites. We conclude by highlighting the importance of considering the full spectrum from UV to MIR in research on animal adaptation. Further consideration of infrared radiation is necessary for a complete view of animals' phenotypic diversity and possible responses to thermal challenge. La coloration animale a des fonctions diverses telles que le camouflage, la communication, la thermorégulation, la protection contre les dommages dus aux UV et bien d’autres. Elle peut être façonnée par des pressions sélectives environnementales. Certaines pressions sélectives climatiques sont suffisamment fortes pour produire des motifs cohérents chez de nombreuses espèces le long de gradients géographiques à grande échelle, conduisant à la création de règles macrophysiologiques. Par exemple, la règle de Gloger prédit que les populations endothermes dans des zones chaudes et humides seront visiblement plus sombres que celles des zones fraîches et sèches, et l’hypothèse du mélanisme thermique, qui prédit que les animaux ectothermes seront visiblement plus sombres dans les zones plus fraîches. Bien que ces règles rendent souvent compte des tendances de l’absorbance des animaux dans le spectre visible, les longueurs d’onde de la lumière visible ne sont pas les seules pertinentes pour le budget énergétique d’un animal : le rayonnement solaire s’étend au-delà du spectre visible [0.4–0.7 μm] dans le proche infrarouge (IR). Ainsi, les pressions thermiques peuvent entraîner des modifications de la réflectance au-delà du visible [e.g., 0.7–2.5 μm] chez les oiseaux. En outre, les échanges de chaleur avec l’environnement s’étendent à l’infrarouge moyen, y compris la perte de chaleur MIR à travers la fenêtre de transmission atmosphérique [8–14 μm]. On ignore si l’absorbance animale dans le proche IR ou l’émittance dans l’IR moyen pourraient également suivre des règles macrophysiologiques, comme observé dans le spectre visible, comme par exemple, une plus grande absorbance dans le proche IR et une moindre émittance dans l’IR moyen dans les zones plus froides chez les ectothermes selon l’hypothèse du mélanisme thermique. Ici, nous examinons à la fois l’absorbance de l’UV au proche infrarouge et l’émittance dans l’infrarouge moyen chez cinq espèces d’oiseaux : le Grand-duc d’Amérique, le Colin de Virginie, le Geai de Steller, le Bruant chanteur et le Grand Corbeau. Nous montrons que l’absorbance dans l’infrarouge proche varie selon les espèces et les populations, en fonction de leur habitat et de leurs stratégies de thermorégulation. L’émittance dans l’infrarouge moyen, en revanche, est restée stable entre les espèces et les populations, mais différait légèrement entre les populations de Colin de Virginie. Nous concluons en soulignant l’importance de considérer l’ensemble du spectre de l’UV à l’infrarouge moyen dans la recherche sur l’adaptation animale. Une prise en compte plus approfondie du rayonnement infrarouge est nécessaire pour obtenir une vision complète de la diversité phénotypique des animaux et de leurs réponses possibles aux contraintes thermiques.