Frontiers for Young Minds
abstrakt
arktiske rensdyr har usædvanlige øjne og syn. I modsætning til de fleste pattedyr kan rensdyr se ultraviolet lys, hvilket er usynligt for os. De har også et reflekterende væv i øjet, der skifter fra en gylden farve i sommermånederne til en dybblå farve i vintermånederne. Sammen hjælper disse specielle træk rensdyr med at se plantemad eller rovdyr i sneen, især om vinteren, når dagslyset i Arktis er svagt og lilla. Et problem med at kunne se lilla og blues rigtig godt er, at disse farver praktisk talt er usynlige i tåge. Rødt lys bevæger sig bedst i tåge, og det følger heraf, at rensdyr, mere end andre pattedyr, ville drage fordel af en næse, der producerer rødt lys. Mindst et rensdyr rapporteres at have en selvlysende (glødende) næse, der fungerer godt under tåge forhold. Målet med dette papir er at estimere rødmen af denne næse og at undersøge dens fordele og ulemper.
introduktion
Rudolph den Rødnæsede rensdyr er en klassisk historie om dyreadfærd af Robert L. May . Det beskriver rensdyr, der skiller sig ud (det tekniske udtryk for at spille spil) og ekskluderer et gruppemedlem ved navn Rudolph på grund af hans usædvanligt store, røde næse. Lyset fra Rudolphs næse, der kan beskrives som “blændende” i dagslys og “glødende” om natten, viste sig senere nyttigt juleaften, da tyk Arktisk tåge forstyrrede flyveforberedelserne fra julemanden og hans team på otte rensdyr. Under disse tåge forhold udsendte Rudolphs næse tilstrækkeligt lys til sikker flyvning og levering af gaver rundt om i verden (Figur 1). Denne historie om Rudolfs næse og dens glans i tåge er kendt for de fleste børn, voksne og biologer, men det anses også for at være uregelmæssigt, hvilket betyder ekstremt usædvanligt. Som hovedregel undgår forskere at studere uregelmæssige træk. Det faktum, at selvlysende (glødende) næser er så sjældne, forklarer, hvorfor farven og fordele/ulemper ved selvlysende næser praktisk talt ikke er undersøgt.
- Figur 1-Robert L. mays originale noter fra hans rensdyrobservationer blev skrevet i en poetisk stil kaldet anapestic tetrameter.
- hans notesbog indeholdt skitser af Denver L. Gillen og denne side illustrerer den røde glød eller luminescens af Rudolphs røde næse under mørke og triste atmosfæriske forhold (gengivet med tilladelse fra Rauner Special Collections Library, Dartmouth College).
nye fund om rensdyrs farvesyn kunne indeholde vigtige spor om værdien af en selvlysende næse. For eksempel blev det for nylig opdaget , at arktisk rensdyr (videnskabeligt navn Rangifer tarandus tarandus) kan se ultraviolet (UV) lys, som er usynligt for mennesker og de fleste andre pattedyr, der primært er aktive om dagen. Fordelene ved UV-syn er ukendte, men evnen til at se UV-lys kan hjælpe rensdyr med at se vigtige ting, såsom rovdyr og mad. For eksempel absorberer den hvide pels af ulve og nogle vigtige plantefødevarer, såsom lav, UV-lys, hvilket får lavene til at se mørke og lettere at se i sne, fordi sne reflekterer UV-lys og ser lyst ud . Fordelene ved at se UV-lys kan være størst midt om vinteren, når solen er lav på den arktiske himmel, og spredningen af lys højt i atmosfæren producerer lys, der hovedsageligt er UV og lilla .
endnu mere overraskende er rensdyrøjnes evne til at ændre farve med årstiderne. Rensdyrøjne har et spejllignende reflekterende væv kaldet et tapetum lucidum, som er Latin for “lyst gobelin.”Dette væv forårsager øjenglans, et fænomen, der oftest ses, når forlygterne på vores biler skinner i øjnene på vilde dyr eller husdyr. Et tapetum lucidum er vigtigt for natlige (nataktive) dyr, fordi det giver dem mulighed for at se i mørket. Det enestående ved rensdyr er, at deres tapetum lucidum skifter fra en rig gylden farve om sommeren til en dybblå farve om vinteren . De faktorer, der forårsager denne farveændring, forstås, men fordelene, hvis nogen, er mystiske. En ide er, at det kan øge rensdyrs evne til at se blåt lys under svage lysforhold. Så det er klart, at arktiske rensdyr har en meget usædvanlig og interessant slags vision. Men på samme tid er denne specielle evne til at se blåt lys i slutningen af December en bestemt ulempe under tåge forhold.
lystransmission i tåge
tåge er en ophobning af små vanddråber eller iskrystaller suspenderet over jordens overflade. Det dannes, når fugtig luft afkøles under en bestemt temperatur, og noget af vanddampen kondenserer (vender sig til små væskedråber). Per definition betragtes vejret som tåget, når vi ikke kan se mere end 1000 m foran. I sin bog beskrev Robert L. May tåge” så tyk som hvid brus “og næsten nul synlighed (det var” mørkt og trist”), hvilket antyder, at tågen kunne have været en af to mulige typer: strålingståge eller is tåge. Strålingståge sker, når jorden køler luften over den ved kontakt. Is tåge opstår, når varm luft interagerer med ekstremt kold luft, og vanddampen ændres direkte til et fast stof, der danner små iskrystaller suspenderet i luften.
lysets evne til at skinne gennem tåge varierer afhængigt af lysets farve. Rødere lys bevæger sig længst, men afstanden, som lyset kan bevæge sig, falder, hvis størrelsen på iskrystallerne eller vanddråberne i tågen er stor . Hvis dråberne er over en vis størrelse, vil en proces kaldet Mie-spredning slukke alt lys af enhver farve . Mie-spredning sker i de fleste tågetyper, hvilket gør de fleste tåge meget vanskelige at se igennem, men en glødende rød næse forudsiges at overskygge enhver anden form for næse, med rødt lys, der rejser længere i is tåge, fordi iskrystallerne i is tåge er mindre end vanddråberne i strålingståge . For at forstå, hvor nyttigt Rudolphs næse kan være i tågen, er det nødvendigt at kende den nøjagtige farve på lyset, der skinner fra hans næse.
farven på Rudolphs næse
et fingerpeg om farven på Rudolphs næse kommer fra Barbara Hasens version af mays originale historie . I denne version, Rudolph gemmer sig bag en kristtornbusk, så “hans lyse røde næse blandede sig med de lyse røde bær.”Figur 2 illustrerer denne begivenhed og mængden af lys af hver bølgelængde, som er en måde at måle farven på, der hopper eller reflekterer fra holly bær. Denne type graf kaldes et refleksionsspektrum. Hvis vi antager, at bærene vist i figur 2 ligner dem af hollyfrugter i Arktis, så kan vi estimere, at Rudolphs næse producerer lys med en spektral top på omkring 700 nm, da dette er bølgelængden af lys reflekteret stærkest af holly bær. En spidsreflektion på 700 nm betyder, at bærene og derfor Rudolphs næse skal være ekstremt røde – muligvis den maksimale rødme, som pattedyrs øjne er i stand til at se.
- figur 2-en senere version af Rudolph den røde næse rensdyr diskuterede den lignende farve på modne kristtornbær og Rudolphs næse.
- illustrationen af Richard M. Scarry vises sammen med et billede af modne kristtornfrugter (almindeligt navn: engelsk / Julehøg; videnskabeligt navn: akvifolium). Grafen viser bærens refleksionsspektre, som grundlæggende beskriver rødheden og lysstyrken i deres farve. Den rødskyggede region repræsenterer variationen, og den sorte linje repræsenterer gennemsnittet i en prøve på 10 bær.
dette skøn er kun et veluddannet gæt, men det tyder på, at et rødt tågelygte er bedre end nogen anden slags. Rudolphs næse kan være særlig vigtig om vinteren, når rensdyrets øjne er bedre til at se blå. Fordi tåge blokerer blåt lys, giver det mening, at rensdyr har det største behov for et tågelygte i vintermånederne som December. Dette hjælper med at forklare, hvorfor Rudolphs næse var så nyttig til at flyve i tyk tåge. En selvlysende rød næse kan dog også have ulemper. Rensdyrets næser har et komplekst system med mange små blodkar og er derfor ret varme , et træk, der ikke kun forhindrer rensdyrnæser i at fryse, men også får varme fra et rensdyrs krop til at gå tabt til den omgivende luft. Hvis for meget varme går tabt fra hans glødende næse, kan Rudolph risikere hypotermi (en farligt lav kropstemperatur) under ekstremt kolde vejrforhold. Det er derfor ekstremt vigtigt for børn at levere mad med højt kalorieindhold for at hjælpe Rudolph med at opretholde sin kropstemperatur juleaften.
samlet set synes fordelene ved en rød selvlysende næse at være større end ulemperne, hvilket rejser spørgsmål om, hvor ofte røde selvlysende næser forekommer i rensdyr. I øjeblikket kender vi kun en selvlysende næse i rensdyrpopulationen, men dens fordele antyder, at den kunne overføres til fremtidige generationer af rensdyr. På den anden side falder hyppigheden af tåget vejr over hele verden på grund af klimaændringer , hvilket kan gøre fordelene ved en glødende rød næse mindre vigtige i fremtiden. En anden hypotese antyder, at Rudolfs røde næse er inficeret med nasale parasitter og simpelthen rød og hævet . Sådanne forskellige ideer om, hvorfor Rudolphs næse er rød, fortæller os, at der er behov for yderligere undersøgelser, og det er håbet, at læserne af denne artikel vil hjælpe med fremtidig forskning om egenskaberne ved Arktisk lys og tåge. Sådanne undersøgelser kunne kaste nyt lys over rensdyrs fantastiske biologi og vision.
ordliste
selvlysende: udsender lys; glødende.
ULTRAVIOLET: en type lys, der er usynlig for mennesker, men synlig for nogle dyr. For eksempel kan mange fugle og insekter se ultraviolet lys.
TAPETUM LUCIDUM: Et spejllignende reflekterende væv i øjnene på nogle dyr, der får deres øjne til at skinne, når stærkt lys rammer dem.
MIE spredning: en proces opkaldt efter Gustav Mie, en tysk professor i fysik. Det sker, når runde eller sfæriske partikler af bestemte størrelser får lys til at sprede sig.
anerkendelser
jeg er taknemmelig for arkivhjælpen fra J. D. Shav, M. R. Svane, Al. Jeg er i gæld til maj-familien for at lette og tillade gengivelse af Rudolph-billeder. Synspunkterne og forskningen præsenteret her blev inspireret af min datter Eleanor, der kan lide at spørge hvorfor.
finansiering
finansiering blev modtaget fra David og Lucile Packard Foundation (stipendium i videnskab og teknik nr. 2007-31754).
Maj, R. L. 1939. Rudolph den røde næse rensdyr. Chicago, IL: Montgomery afdeling.
Hogg, C., Neveu, M., Stokkan, K.-A., folkemusik, L., Cottrill, P., Douglas, R., et al. 2011. Arktiske rensdyr udvider deres visuelle rækkevidde til ultraviolet. J. Eksp. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242 / jeb.053553
Meinander, O., Kontu, A., Lakkala, K., Heikkil Karrus, A., Ylianttila, L. og Toikka, M. 2008. Daglige variationer i UV albedo af arktisk sne. Atmos. Chem. Phys. 8:6551–63. doi: 10.5194 / AVS-8-6551-2008
Tyler, N. J. C., Jeffery, G., Hogg, C. R. og Stokkan, K.-A. 2014. Ultraviolet syn kan øge rensdyrs evne til at diskriminere planter i sne. Arktisk 67: 159-66. doi: 10.14430 / arctic4381
Stokkan, K.-A., Folketinget, L., hertugerne, J., Neveu, M., Hogg, C., Siefken, S., et al. 2013. Skiftende spejle: adaptive ændringer i retinale refleksioner til vintermørke i Arktisk rensdyr. Proc. R. Soc. Lond. B 280: 20132451. doi: 10.1098 / rspb.2013.2451
Arnulf, A., Bricard, J., Cur Larsen, E. og V. Larsen, C. 1957. Transmission med tåge og tåge i spektralområdet 0,35 til 10 mikron. J. Opt. Soc. Er. 47:491–8. doi: 10.1364 / josa.47.000491
Grabner, M., Og Kvicera, V. 2011. Den bølgelængdeafhængige model for udryddelse i tåge og tåge for optisk kommunikation i fri plads. Vælge. Hurtig 19:3379-86. doi: 10.1364 / oe.19.003379
Kumai, M. 1973. Arctic tåge dråbe størrelse fordeling og dens virkning på lys dæmpning. J. Atmos. Sci. 30:635–43. doi: 10.1175/1520-0469(1973)030<0635:AFDSDA>2.0.CO;2
pris, J. 2011. Stråling tåge. Del I: observationer af stabilitets-og faldstørrelsesfordelinger. Grænse-Lag Meteorol. 139:167–91. doi: 10.1007 / s10546-010-9580-2
Helle, B. S. 1958. Rudolph den røde næse rensdyr. Ny York, NY: Golden Press.
van der Hoven, B., Klijn, E., van Genderen, M., Schaftenaar, V., De Vogel, L. L., van Duijn, D., et al. 2012. Mikrocirkulationsundersøgelser af næseslimhinde i rensdyr Rangifer tarandus (Mammalia, Artiodactyla, Cervidae): Rudolphs næse blev overophedet. Deinsea 15:37-46. Tilgængelig fra: http://www.hetnatuurhistorisch.nl/fileadmin/user_upload/documents-nmr/Publicaties/Deinsea/Deinsea_15/DSA15_Hoven_et_al.pdf
det er en af de mest almindelige årsager til, at der ikke er nogen tvivl om, at der er tale om et problem. 2012. Hvorfor Rudolphs næse er rød: observationsundersøgelse. BMJ 345: e8311. doi: 10.1136 / bmj.e8311
Torregrosa, A., O ‘ Brien, T. A. og Faloona, I. C. 2014. Kysttåge, klimaændringer og miljø. EOS Trans. Er. Geofys. Union 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
