Hranice pro Mladé lidi
Abstrakt
Polární sobi mají neobvyklé oči a vize. Na rozdíl od většiny savců mohou sobi vidět ultrafialové světlo, které je pro nás neviditelné. Mají také reflexní tkáň v oku, která se během letních měsíců mění ze zlaté barvy na tmavě modrou barvu během zimních měsíců. Společně tyto zvláštní rysy pomáhají sobům vidět rostlinné potraviny nebo dravce ve sněhu, zejména v zimě, kdy je denní světlo v Arktidě tlumené a purpurové. Problém s možností vidět fialové a modré opravdu dobře je, že tyto barvy jsou v mlze prakticky neviditelné. Červené světlo cestuje nejlépe v mlze a z toho vyplývá, že sobi, více než ostatní savci, by měli prospěch z nosu, který produkuje červené světlo. Uvádí se, že alespoň jeden sob má luminiscenční (zářící) nos, který funguje dobře za mlhavých podmínek. Cílem tohoto článku je odhadnout zarudnutí tohoto nosu a prozkoumat jeho výhody a nevýhody.
Úvod
Rudolf sob červený je klasický příběh chování zvířat Roberta L. května . Popisuje sob disporting se (technický termín pro hraní her) a s výjimkou člena skupiny jménem Rudolph, protože jeho neobvykle velký, červený nos. Světlo z Rudolfova nosu, které Může popsat jako “oslňující” světlo a “zářící” v noci, později se ukázalo užitečné na Štědrý den, kdy silné Arktické mlhy narušil přípravy k letu Santa Claus a jeho tým osm sobů. Za těchto mlhavých podmínek Rudolfův nos vyzařoval dostatečné světlo pro bezpečný let a doručování dárků po celém světě (Obrázek 1). Tento příběh Rudolfova nosu a jeho lesku v mlze je známý většině dětí, dospělých a biologů, ale je také považován za anomální, což znamená extrémně neobvyklé. Vědci se zpravidla vyhýbají studiu anomálních vlastností. Skutečnost, že luminiscenční (zářící) nosy jsou tak vzácné, vysvětluje, proč jsou barva a výhody/nevýhody luminiscenčních nosů prakticky nestudovány.
- Obrázek 1 – Robert L. May původní poznámky z jeho sobů připomínky byly psány v básnické styl zvaný anapestic čtyřverš.
- jeho zápisník obsahoval náčrtky Denvera L. Gillen a tato stránka znázorňuje červená záře nebo luminiscence Rudolf červený nos pod tmavé a chmurný atmosférické podmínky (reprodukováno se svolením Rauner Speciální Sbírky Knihovna, Dartmouth College).
nová zjištění o barevném vidění sobů by mohla mít důležitá vodítka o hodnotě luminiscenčního nosu. Například, to bylo nedávno objevil, že Polární sobi (vědecký název Rangifer tarandus tarandus) můžete vidět, ultrafialové (UV) světlo , které je neviditelné pro člověka a většiny ostatních savců, které jsou primárně aktivní ve dne. Výhody UV vidění nejsou známy, ale schopnost vidět UV světlo by mohla sobům pomoci vidět důležité věci, jako jsou dravci a jídlo. Například, bílé kožešiny vlků a některé důležité rostlinné potraviny, jako jsou lišejníky, absorbují UV světlo, takže lišejníky vypadají tmavé, a lépe vidět ve sněhu, protože sníh odráží UV světlo a vypadá zářivě . Výhody vidět UV světlo by mohlo být největší v zimě, kdy slunce je nízko na Arktické obloze a rozptyl světla vysoko v atmosféře produkuje světlo, které je především UV záření a purpurově .
ještě překvapivější je schopnost sobích očí měnit barvu s ročními obdobími. Sobí oči mají zrcadlově podobnou reflexní tkáň zvanou tapetum lucidum, což je latina pro ” jasný gobelín.”Tato tkáň způsobuje lesk očí, což je jev, který je nejčastěji vidět, když světlomety našich automobilů svítí do očí divokých zvířat nebo domácích mazlíčků. Tapetum lucidum je důležité pro noční (noční aktivní) zvířata, protože jim umožňuje vidět ve tmě. Vynikající věc na sobech je, že jejich tapetum lucidum se během léta mění z bohaté zlaté barvy na tmavě modrou barvu během zimy . Faktory, které způsobují tuto změnu barvy, jsou pochopeny, ale výhody, pokud existují, jsou tajemné. Jedna myšlenka je, že by to mohlo zvýšit schopnost sobů vidět modré světlo za slabých světelných podmínek. Je tedy zřejmé, že arktičtí sobi mají velmi neobvyklý a zajímavý druh vize. Zároveň je však tato zvláštní schopnost vidět modré světlo na konci prosince jednoznačnou nevýhodou za mlhavých podmínek.
propustnost světla v mlze
mlha je hromadění drobných kapiček vody nebo ledových krystalů zavěšených nad povrchem země. Vzniká, když se vlhký vzduch ochladí pod určitou teplotu a část vodní páry kondenzuje (změní se na malé kapičky kapaliny). Podle definice je počasí považováno za mlhavé, když nevidíme více než 1000 m dopředu. Ve své knize, Robert L. May popsal mlha “tak silné jako bílá fizz”, a téměř nulové viditelnosti (to byl “temný a chmurný”), což naznačuje, že mlha by mohl být jeden ze dvou možných typů: radiační mlha nebo námraza mlha. Radiační mlha se stane, když země ochlazuje vzduch nad ní kontaktem. Led, mlha nastane, když teplý vzduch interaguje s extrémně studený vzduch a vodní pára změní přímo do pevné, tvoří malé ledové krystaly, zavěšené ve vzduchu.
schopnost světla prosvítat mlhou se liší podle barvy světla. Červenější světlo cestuje nejdále, ale vzdálenost, kterou může světlo urazit, se snižuje, pokud je velikost ledových krystalů nebo kapiček vody v mlze velká . Pokud jsou kapičky nad určitou velikostí, proces zvaný rozptyl Mie zhasne veškeré světlo jakékoli barvy . Mie rozptyl se děje ve většině mlha typy, takže většina mlha velmi obtížné vidět skrz, ale zářící červený nos, předpokládá se, že zastíní jakýkoli jiný druh nosu, s červenou cestování dále v ledové mlze, protože krystaly ledu v ledové mlze jsou menší než kapky vody v radiační mlha . Abychom pochopili, jak užitečný může být Rudolfův nos v mlze, je nutné znát přesnou barvu světla zářícího z nosu.
Barva Rudolfova nosu
vodítko k barvě Rudolfova nosu pochází z verze původního příběhu Barbary Hazen . V této verzi se Rudolf schovává za holly bush, takže ” jeho jasně červený nos se mísil s jasně červenými bobulemi.”Obrázek 2 ilustruje tuto událost a množství světla každé vlnové délky, což je způsob měření barvy, která se odrazí nebo odráží od holly berries. Tento typ grafu se nazývá spektrum odrazivosti. Pokud budeme předpokládat, že bobule je znázorněno na Obrázku 2 jsou podobné těm, holly ovoce v Arktidě, pak můžeme odhadnout, že Rudolfův nos produkuje světle se spektrálním vrcholem asi 700 nm, protože to je vlnová délka světla, které se odráží nejvíce silně za holly bobule. Maximální odrazivost 700 nm znamená, že bobule, a proto Rudolfův nos, musí být velmi červené – možná maximální zarudnutí, že oči savci jsou schopni vidět.
- Obrázek 2 – novější verze Rudolph Červená-Čichal Reindeer diskutovali o podobné barvy zralých holly bobule a Rudolfův nos.
- ilustrace Richarda m. Scarryho je zobrazena spolu s obrazem zralých plodů cesmíny (obecný název: angličtina / vánoční cesmína; vědecký název: Ilex aquifolium). Graf ukazuje spektra odrazivosti bobulí, která v podstatě popisuje zarudnutí a jas jejich barvy. Červeně stínovaná oblast představuje variaci a černá čára představuje průměr ve vzorku 10 bobulí.
tento odhad je pouze vzdělaný odhad, ale naznačuje, že červené mlhové světlo je lepší než jakýkoli jiný druh. Rudolfův nos může být obzvláště důležitý v zimě, kdy oči sobů lépe vidí modrou. Protože mlha blokuje modré světlo, dává smysl, že sobi mají největší potřebu mlhového světla v zimních měsících, jako je prosinec. To pomáhá vysvětlit, proč byl Rudolfův nos tak užitečný pro létání v husté mlze. Luminiscenční červený nos však může mít i nevýhody. Nosem sobů mají složitý systém mnoha malých krevních cév, a jsou proto docela teplo , což je vlastnost, která zabraňuje nejen sobí nos od mrazu, ale také způsobuje teplo z sob je tělo, aby se ztratil v okolním vzduchu. Pokud se z jeho zářícího nosu ztratí příliš mnoho tepla, mohl by Rudolf riskovat podchlazení (nebezpečně nízká tělesná teplota) za extrémně chladných povětrnostních podmínek. Je proto nesmírně důležité, aby děti poskytovaly vysoce kalorické potraviny, které pomáhají Rudolfovi udržovat jeho tělesnou teplotu na Štědrý den.
Celkově výhody červené světélkující nos se zdají být větší, než nevýhody, což vyvolává otázky o tom, jak často červené luminiscenční nosy se vyskytují v sob. V současné době víme pouze o jednom luminiscenčním nosu v populaci sobů, ale jeho výhody naznačují, že by mohl být předán budoucím generacím sobů. Na druhé straně frekvence mlhavého počasí celosvětově klesá v důsledku změn klimatu, což může v budoucnu snížit význam výhod zářícího červeného nosu. Jiná hypotéza naznačuje, že Rudolfův červený nos je infikován nosními parazity a jednoduše červený a oteklý . Takové odlišné představy o tom, proč je Rudolfův nos červený, nám říkají, že je zapotřebí dalšího vyšetřování, a doufáme, že čtenáři tohoto článku pomohou s budoucím výzkumem vlastností Arktického světla a mlhy. Takové studie by mohly vrhnout nové světlo na úžasnou biologii a vizi sobů.
Glosář
luminiscenční: emitující světlo; zářící.
ultrafialové záření: typ světla, který je neviditelný pro lidi, ale viditelný pro některá zvířata. Například mnoho ptáků a hmyzu může vidět ultrafialové světlo.
TAPETUM LUCIDUM: Zrcadlová reflexní tkáň v očích některých zvířat, která způsobuje, že jejich oči svítí, když je zasáhne jasné světlo.
Mie SCATTERING: proces pojmenovaný po Gustavu Mie, německém profesorovi fyziky. Stává se to, když kulaté nebo sférické částice určitých velikostí způsobují rozptyl světla.
poděkování
jsem vděčný za archivní pomoc JD Shaw, M. R. Swan, a. L. Witzel a zaměstnanců Rauner Special Collections Library, Dartmouth College. Jsem zavázán rodině Mayové za to, že usnadnila a umožnila reprodukci Rudolfových obrazů. Názory a výzkum zde prezentované byly inspirovány mou dcerou Eleanor, kdo se rád ptá proč.
financování
Financování bylo přijato od Nadace Davida a Lucile Packardových (Fellowship in Science and Engineering no. 2007-31754).
Květen, R. L.1939. Rudolf Červený sob. Chicago, IL: Montgomery Ward.
Hogg, C., Neveu, m., Stokkan, K. – a., Folkow, L., Cottrill, P., Douglas, R., et al. 2011. Arktičtí sobi rozšiřují svůj vizuální rozsah do ultrafialového záření. J.Exp. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242 / jeb.053553
Meinander, o., Kontu, a., Lakkala, k., Heikkilä, a., Ylianttila, L., and Toikka, m. 2008. Denní variace v UV albedu Arktického sněhu. Ovzduší. Cheme. Phys. 8:6551–63. doi: 10.5194 / akt-8-6551-2008
Tyler, N. J.C., Jeffery, G., Hogg, C. R., and Stokkan, k.-a. 2014. Ultrafialové vidění může zvýšit schopnost sobů rozlišovat rostliny ve sněhu. Arktida 67: 159-66. doi: 10.14430 / arctic4381
Stokkan, K. – a., Folkow, L., Dukes, J., Neveu, m., Hogg, C., Siefken, S., et al. 2013. Posuvná zrcadla: adaptivní změny odrazů sítnice na zimní tmu u arktických sobů. Proc. R.Soc. Londe. B 280: 20132451. doi: 10.1098 / rspb.2013.2451
Arnulf, a., Bricard, J., Curé, E., and Véret, C. 1957. Přenos oparem a mlhou ve spektrální oblasti 0,35 až 10 mikronů. J.Opt. SOC. Rána. 47:491–8. doi: 10.1364 / josa.47.000491
Grabner, M., and Kvicera, V. 2011. Vlnově závislý model zániku v mlze a oparu pro optickou komunikaci ve volném prostoru. Rozhodnout. Expres 19: 3379-86. doi: 10.1364 / oe.19.003379
Kumai, M.1973. Distribuce velikosti kapiček arktické mlhy a její vliv na útlum světla. J. Věda. 30:635–43. doi: 10.1175/1520-0469(1973)030<0635:AFDSDA>2.0.CO;2
Cena, J. 2011. Radiační mlha. Část I: pozorování rozdělení stability a velikosti kapky. Mezní Vrstva Meteorol. 139:167–91. doi: 10.1007 / s10546-010-9580-2
Hazen, B.s. 1958. Rudolf Červený sob. New York, NY: Zlatý tisk.
van der Hoven, B., Klijn, e., van Genderen, m., Schaftenaar, w., de Vogel, L. L., van Duijn, D., et al. 2012. Mikrocirkulační vyšetření nosní sliznice u sobů Rangifer tarandus (Mammalia, Artiodactyla, Cervidae): Rudolfův nos byl přehřátý. Deinsea 15: 37-46. K dispozici od: http://www.hetnatuurhistorisch.nl/fileadmin/user_upload/documents-nmr/Publicaties/Deinsea/Deinsea_15/DSA15_Hoven_et_al.pdf
Ince, C., van Kuijen, a.-M., Milstein, D. M. J., Yürük, K., Folkow, L. P., Fokkens, W. J., et al. 2012. Proč je Rudolfův nos červený: observační studie. BMJ 345: e8311. doi: 10.1136 / bmj.e8311
Torregrosa, A., O ‘ Brien, T. a., a Faloona, I. C. 2014. Pobřežní mlha, změna klimatu a životní prostředí. Eos Trans. Rána. Geofy. Unie 95: 473-4. doi: 10.1002/2014EO500001
Halvorsen, O. 1986. Epidemiology of reindeer parasites. Parasitol. Today 2:334–9. doi: 10.1016/0169-4758(86)90053-0
