Fronteras para Mentes Jóvenes
Abstracto
Los renos árticos tienen ojos y visión inusuales. A diferencia de la mayoría de los mamíferos, los renos pueden ver luz ultravioleta, que es invisible para nosotros. También tienen un tejido reflectante en el ojo que cambia de un color dorado durante los meses de verano a un color azul intenso durante los meses de invierno. Juntos, estos rasgos especiales ayudan a los renos a ver alimentos vegetales o depredadores en la nieve, especialmente durante el invierno, cuando la luz del día en el Ártico es tenue y púrpura. Un problema con poder ver muy bien los morados y los azules es que estos colores son prácticamente invisibles en la niebla. La luz roja viaja mejor en la niebla, y se deduce que los renos, más que otros mamíferos, se beneficiarían de una nariz que produce luz roja. Se ha informado de que al menos un reno tiene una nariz luminiscente (brillante) que funciona bien en condiciones de niebla. El objetivo de este trabajo es estimar el enrojecimiento de esta nariz y explorar sus ventajas y desventajas.
Introducción
Rudolph el Reno de Nariz Roja es una historia clásica de comportamiento animal de Robert L. May . Describe a los renos divirtiéndose a sí mismos (el término técnico para jugar juegos) y excluyendo a un miembro del grupo llamado Rudolph debido a su inusualmente grande nariz roja. La luz de la nariz de Rodolfo, que puede describirse como “deslumbrante” a la luz del día y “brillante” por la noche, más tarde resultó útil en Nochebuena, cuando la espesa niebla ártica interrumpió los preparativos de vuelo de Santa Claus y su equipo de ocho renos. En estas condiciones de niebla, la nariz de Rudolph emitía suficiente luz para un vuelo seguro y la entrega de regalos en todo el mundo (Figura 1). Esta historia de la nariz de Rodolfo y su brillo en la niebla es familiar para la mayoría de los niños, adultos y biólogos, pero también se considera anómala, lo que significa extremadamente inusual. Como regla general, los científicos evitan estudiar rasgos anómalos. El hecho de que las narices luminiscentes (brillantes) sean tan raras explica por qué el color y las ventajas/desventajas de las narices luminiscentes son prácticamente no estudiadas.
- Figura 1-Las notas originales de Robert L. May de sus observaciones de renos fueron escritas en un estilo poético llamado tetrámetro anapéstico.
- Su cuaderno incluía bocetos de Denver L. Gillen y esta página ilustran el resplandor rojo o la luminiscencia de la nariz roja de Rudolph bajo condiciones atmosféricas oscuras y lúgubres (reproducido con permiso de la Biblioteca de Colecciones Especiales Rauner, Dartmouth College).
Los nuevos hallazgos sobre la visión de color de los renos podrían contener pistas importantes sobre el valor de una nariz luminiscente. Por ejemplo , recientemente se descubrió que los renos del Ártico (nombre científico Rangifer tarandus tarandus) pueden ver luz ultravioleta (UV), que es invisible para los humanos y la mayoría de los otros mamíferos que son activos principalmente durante el día. Los beneficios de la visión UV son desconocidos, pero la capacidad de ver la luz UV podría ayudar a los renos a ver cosas importantes, como depredadores y alimentos. Por ejemplo, el pelaje blanco de los lobos y algunos alimentos vegetales importantes, como los líquenes, absorben la luz UV, lo que hace que los líquenes se vean oscuros y sean más fáciles de ver en la nieve, porque la nieve refleja la luz UV y se ve brillante . Los beneficios de ver la luz UV podrían ser mayores en medio del invierno, cuando el sol está bajo en el cielo ártico y la dispersión de la luz en lo alto de la atmósfera produce luz que es principalmente UV y púrpura .
Aún más sorprendente es la capacidad de los ojos de reno para cambiar de color con las estaciones. Los ojos de reno tienen un tejido reflectante similar a un espejo llamado tapetum lucidum, que en latín significa “tapiz brillante”.”Este tejido causa brillo en los ojos, un fenómeno que se observa con mayor frecuencia cuando los faros de nuestros automóviles brillan en los ojos de animales salvajes o mascotas domésticas. Un tapetum lucidum es importante para los animales nocturnos (activos durante la noche), ya que les permite ver en la oscuridad. Lo más destacado de los renos es que su tapetum lucidum cambia de un color dorado intenso durante el verano a un color azul intenso durante el invierno . Se entienden los factores que causan este cambio de color, pero las ventajas, si las hay, son misteriosas. Una idea es que podría aumentar la capacidad de los renos para ver la luz azul en condiciones de luz tenue. Por lo tanto, está claro que los renos del Ártico tienen un tipo de visión muy inusual e interesante. Pero, al mismo tiempo, esta capacidad especial de ver la luz azul a finales de diciembre es una desventaja definitiva en condiciones de niebla.
Transmisión de luz en niebla
La niebla es una acumulación de pequeñas gotas de agua o cristales de hielo suspendidos sobre la superficie de la Tierra. Se forma cuando el aire húmedo se enfría por debajo de una temperatura específica y parte del vapor de agua se condensa (se convierte en pequeñas gotas de líquido). Por definición, el clima se considera brumoso cuando no podemos ver más de 1000 m por delante. En su libro, Robert L. May describió la niebla como ” tan espesa como el humo blanco “y casi sin visibilidad (era” oscura y lúgubre”), lo que sugiere que la niebla podría haber sido uno de dos tipos posibles: niebla de radiación o niebla de hielo. La niebla de radiación ocurre cuando el suelo enfría el aire por encima de él por contacto. La niebla de hielo ocurre cuando el aire caliente interactúa con el aire extremadamente frío y el vapor de agua cambia directamente a un sólido, formando pequeños cristales de hielo suspendidos en el aire.
La capacidad de la luz para brillar a través de la niebla varía de acuerdo con el color de la luz. La luz más roja viaja más lejos, pero la distancia que la luz puede viajar disminuye si el tamaño de los cristales de hielo o las gotas de agua en la niebla es grande . Si las gotas están por encima de un cierto tamaño, entonces un proceso llamado dispersión de Mie extinguirá toda la luz de cualquier color . La dispersión de Mie ocurre en la mayoría de los tipos de niebla, haciendo que la mayoría de la niebla sea muy difícil de ver a través de ella, pero se predice que una nariz roja brillante eclipsará a cualquier otro tipo de nariz, con luz roja viajando más lejos en la niebla de hielo porque los cristales de hielo en la niebla de hielo son más pequeños que las gotas de agua en la niebla de radiación . Para entender lo útil que puede ser la nariz de Rodolfo en la niebla, es necesario saber el color exacto de la luz que brilla en su nariz.
El color de la nariz de Rudolph
Una pista del color de la nariz de Rudolph proviene de la versión de Barbara Hazen de la historia original de May . En esta versión, Rudolph se esconde detrás de un arbusto de acebo para que “su nariz roja brillante se mezcle con las bayas rojas brillantes.”La Figura 2 ilustra este evento y la cantidad de luz de cada longitud de onda, que es una forma de medir el color, que rebota o se refleja en las bayas de acebo. Este tipo de gráfico se denomina espectro de reflectancia. Si asumimos que las bayas que se muestran en la Figura 2 son similares a las de las frutas de acebo en el Ártico, entonces podemos estimar que la nariz de Rudolph produce luz con un pico espectral de aproximadamente 700 nm, ya que esta es la longitud de onda de luz reflejada con mayor fuerza por las bayas de acebo. Una reflectancia máxima de 700 nm significa que las bayas, y por lo tanto la nariz de Rudolph, deben ser extremadamente rojas, posiblemente el enrojecimiento máximo que los ojos de los mamíferos pueden ver.
- Figura 2 – Una versión posterior de Rudolph el Reno de Nariz Roja discutió el color similar de las bayas de acebo maduras y la nariz de Rudolph.
- Se muestra la ilustración de Richard M. Scarry, junto con una imagen de frutas maduras de acebo (nombre común: Inglés / acebo navideño; nombre científico: Ilex aquifolium). El gráfico muestra los espectros de reflectancia de las bayas, que básicamente describen el enrojecimiento y el brillo de su color. La región sombreada en rojo representa la variación y la línea negra representa el promedio en una muestra de 10 bayas.
Esta estimación es solo una suposición educada, pero sugiere que una luz antiniebla roja es mejor que cualquier otro tipo. La nariz de Rodolfo puede ser especialmente importante en invierno, cuando los ojos de los renos son mejores para ver el azul. Debido a que la niebla bloquea la luz azul, tiene sentido que los renos tengan la mayor necesidad de una luz antiniebla en meses de invierno como diciembre. Esto ayuda a explicar por qué la nariz de Rudolph era tan útil para volar en niebla espesa. Sin embargo, una nariz roja luminiscente también puede tener desventajas. Las narices de los renos tienen un sistema complejo de muchos vasos sanguíneos diminutos y , por lo tanto, son bastante cálidas, un rasgo que no solo evita que las narices de los renos se congelen, sino que también hace que el calor del cuerpo de un reno se pierda en el aire circundante. Si se pierde demasiado calor de su brillante nariz, Rudolph podría correr el riesgo de hipotermia (una temperatura corporal peligrosamente baja) en condiciones climáticas extremadamente frías. Por lo tanto, es extremadamente importante que los niños proporcionen alimentos altos en calorías para ayudar a Rudolph a mantener su temperatura corporal en Nochebuena.
En general, las ventajas de una nariz roja luminiscente parecen ser mayores que las desventajas, lo que plantea preguntas sobre la frecuencia con la que se producen narices rojas luminiscentes en los renos. Actualmente, sabemos de una sola nariz luminiscente en la población de renos, pero sus ventajas sugieren que podría transmitirse a generaciones futuras de renos. Por otro lado , la frecuencia del clima de niebla está disminuyendo en todo el mundo debido a los cambios climáticos, lo que puede hacer que los beneficios de una nariz roja brillante sean menos importantes en el futuro. Una hipótesis diferente sugiere que la nariz roja de Rodolfo está infectada con parásitos nasales y simplemente roja e hinchada . Ideas tan diferentes sobre por qué la nariz de Rodolfo es roja nos dicen que se necesita más investigación, y se espera que los lectores de este artículo ayuden con futuras investigaciones sobre las propiedades de la luz y la niebla árticas. Estos estudios podrían arrojar nueva luz sobre la increíble biología y visión de los renos.
Glosario
LUMINISCENTES: Emisores de luz; brillantes.
ULTRAVIOLETA: Un tipo de luz que es invisible para las personas pero visible para algunos animales. Por ejemplo, muchas aves e insectos pueden ver la luz ultravioleta.
TAPETUM LUCIDUM: Tejido reflectante similar a un espejo en los ojos de algunos animales que hace que sus ojos brillen cuando la luz brillante los golpea.
DISPERSIÓN DE MIE: Un proceso que lleva el nombre de Gustav Mie, un profesor alemán de física. Ocurre cuando las partículas redondas o esféricas de ciertos tamaños hacen que la luz se disperse.
Agradecimientos
Agradezco la asistencia de archivo de J. D. Shaw, M. R. Swan, A. L. Witzel y el personal de la Biblioteca de Colecciones Especiales Rauner, Dartmouth College. Estoy en deuda con la familia May por facilitar y permitir la reproducción de imágenes de Rodolfo. Los puntos de vista y la investigación presentados aquí fueron inspirados por mi hija Eleanor, a quien le gusta preguntar por qué.
Financiación
Se recibió financiación de la Fundación David y Lucile Packard (Beca en Ciencia e Ingeniería no. 2007-31754).
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