rajat nuorille mielille
Abstrakti
arktisilla poroilla on epätavalliset silmät ja näkö. Toisin kuin useimmat nisäkkäät, porot voivat nähdä meille näkymätöntä ultraviolettivaloa. Niillä on myös silmässä heijastava kudos, joka muuttuu kesäkuukausina kultaisesta väristä talvikuukausina syvän siniseen väriin. Yhdessä nämä erityisominaisuudet auttavat poroja näkemään kasviravintoa tai petoeläimiä lumessa, erityisesti talvella, jolloin arktisen alueen päivänvalo on hämärä ja purppurainen. Ongelmana on se, että purppuroita ja bluesia voi nähdä todella hyvin, koska nämä värit ovat käytännössä näkymättömiä sumussa. Punainen valo kulkee parhaiten sumussa, ja tästä seuraa, että poro hyötyisi muita nisäkkäitä enemmän punaista valoa tuottavasta kuonosta. Ainakin yhdellä porolla kerrotaan olevan luminesoiva (hehkuva) nenä, joka toimii hyvin sumuisissa olosuhteissa. Tämän paperin tavoitteena on arvioida tämän nenän punaisuutta ja tutkia sen etuja ja haittoja.
Johdanto
Rudolph The Red-Nosed Reindeer on Robert L. Mayn kirjoittama klassinen kertomus eläinten käyttäytymisestä . Se kuvaa porojen itsensä hajottamista (tekninen termi pelaamiselle) ja Rudolph-nimisen ryhmän jäsenen poissulkemista hänen epätavallisen suuren, punaisen nenänsä vuoksi. Rudolphin nenän valo, jota May kuvaili” häikäiseväksi “päivänvalossa ja” hehkuvaksi ” yöllä, osoittautui myöhemmin hyödylliseksi jouluaattona, kun paksu arktinen sumu häiritsi Joulupukin ja hänen kahdeksan poron ryhmänsä lentovalmisteluja. Näissä sumuisissa olosuhteissa Rudolphin nenä säteili riittävästi valoa turvalliseen lentoon ja lahjojen toimittamiseen ympäri maailmaa (Kuva 1). Tämä tarina Rudolphin nenästä ja sen kirkkaudesta sumussa on tuttu useimmille lapsille, aikuisille ja biologeille, mutta sitä pidetään myös poikkeavana, mikä tarkoittaa erittäin epätavallista. Yleensä tutkijat välttävät poikkeavien piirteiden tutkimista. Se, että luminescent (hehkuva) nenät ovat niin harvinaisia selittää, miksi väri ja edut / haitat luminescent nenät ovat käytännössä unstudied.
- Kuva 1-Robert L. Mayn alkuperäiset muistiinpanot hänen porohavainnoistaan on kirjoitettu runollisella tyylillä, jota kutsutaan anapestiseksi tetrametriksi.
- hänen muistikirjassaan oli Denver L: n luonnoksia. Gillen ja tämä sivu havainnollistaa Rudolphin punaisen nenän punaista hehkua tai luminesenssia tummissa ja ankeissa olosuhteissa (toistettu Rauner Special Collections Library, Dartmouth College).
uudet havainnot poron värinäöstä voisivat pitää sisällään tärkeitä vihjeitä luminoivan kuonon arvosta. Esimerkiksi äskettäin havaittiin , että arktinen poro (tieteellinen nimi Rangifer tarandus tarandus) voi nähdä ultraviolettivaloa (UV), joka on näkymätön ihmisille ja useimmille muille nisäkkäille, jotka ovat pääasiassa aktiivisia päivällä. UV-näkökyvyn hyötyjä ei tunneta, mutta kyky nähdä UV-valoa voisi auttaa poroja näkemään tärkeitä asioita, kuten petoja ja ruokaa. Esimerkiksi susien valkoinen turkki ja eräät tärkeät kasviravinnot, kuten jäkälät, imevät UV-valoa, jolloin jäkälät näyttävät tummilta ja ne on helpompi nähdä lumessa, koska lumi heijastaa UV-valoa ja näyttää kirkkaalta . UV-valon näkemisen hyödyt voisivat olla suurimmillaan keskellä talvea, jolloin aurinko on matalalla arktisella taivaalla ja valon sironta korkealla ilmakehässä tuottaa valoa, joka on pääasiassa UV-ja sinipunaista .
vielä yllättävämpää on poronsilmien kyky vaihtaa väriä vuodenaikojen mukaan. Poronsilmillä on peilimäinen heijastava kudos, jota kutsutaan tapetum lucidumiksi, joka on latinaa ja tarkoittaa ” kirkasta kuvakudosta.”Tämä kudos aiheuttaa silmien kiiltoa, ilmiö, joka useimmiten nähdään, kun autojemme ajovalot loistavat villieläinten tai kotieläinten silmiin. Tapetum lucidum on tärkeä yöaktiivisille eläimille, koska sen avulla ne näkevät pimeässä. Huomattavaa poroissa on se, että niiden tapetum lucidum muuttuu kesän aikana runsaasta kultaisesta väristä talven aikana syvän siniseksi väriksi . Tekijät, jotka aiheuttavat tämän värimuutoksen, ymmärretään, mutta edut, jos niitä on, ovat arvoituksellisia. Yksi ajatus on, että se voisi lisätä porojen kykyä nähdä sinistä valoa hämärissä olosuhteissa. On siis selvää, että arktisilla poroilla on hyvin erikoinen ja mielenkiintoinen näkemys. Mutta samaan aikaan tämä erityinen kyky nähdä sinistä valoa joulukuun lopulla on selvä haitta sumuisissa olosuhteissa.
valonläpäisy sumussa
sumu on maan pinnan yläpuolelle ripustautuneiden pienten vesipisaroiden tai jääkiteiden kertymä. Sitä muodostuu, kun kosteaa ilmaa jäähdytetään alle tietyn lämpötilan ja osa vesihöyrystä tiivistyy (muuttuu pieniksi nestepisaroiksi). Määritelmällisesti säätä pidetään sumuisena, kun ei nähdä kuin 1000 metriä eteenpäin. Robert L. May kuvaili kirjassaan sumua ” paksuksi kuin valkoinen sähinä “ja lähes nollanäkyvyydeksi (se oli” pimeää ja ankeaa”), mikä viittaa siihen, että sumu saattoi olla toinen kahdesta mahdollisesta tyypistä: säteilysumu tai jääsumu. Säteilysumua syntyy, kun maa jäähdyttää yläpuolellaan olevaa ilmaa kosketuksen kautta. Jääsumua syntyy, kun lämmin ilma vuorovaikuttaa äärimmäisen kylmän ilman kanssa ja vesihöyry muuttuu suoraan kiinteäksi muodostaen ilmaan leijuvia pieniä jääkiteitä.
valon kyky loistaa sumun läpi vaihtelee valon värin mukaan. Punaisempi valo kulkee kauimpana, mutta valon kulkema matka pienenee, jos sumussa olevien jääkiteiden tai vesipisaroiden koko on suuri . Jos pisarat ovat tietyn kokoisia, niin prosessi nimeltä Mie sironta sammuttaa kaiken valon minkä tahansa värin . Mie-sironta tapahtuu useimmissa sumutyypeissä, jolloin useimpien sumujen läpi on hyvin vaikea nähdä, mutta hehkuvan punaisen nenän ennustetaan peittävän kaikki muunlaiset nenät, ja punainen valo kulkee kauemmas jääsumussa, koska jääkiteet ovat pienempiä kuin vesipisarat säteilysumussa . Jotta ymmärtäisimme, miten hyödyllinen Rudolphin nenä saattaa olla sumussa, on tarpeen tietää tarkka väri valo paistaa hänen nenästään.
Rudolphin nenän väri
vihje Rudolphin nenän väristä tulee Barbara Hazenin versiosta Mayn alkuperäisestä tarinasta . Tässä versiossa Rudolph piiloutuu orjanlaakeripensaan taakse niin, että ” hänen kirkkaanpunainen nenänsä sekoittuu kirkkaanpunaisiin marjoihin.”Kuva 2 havainnollistaa tätä tapahtumaa ja valon määrää kullakin aallonpituudella, joka on tapa mitata väriä, joka pomppii eli heijastaa Hollyn marjoista. Tällaista kuvaajaa kutsutaan heijastusspektriksi. Jos oletetaan, että kuvassa 2 esitetyt marjat ovat samanlaisia kuin arktisen alueen Hollyn hedelmät, voidaan arvioida, että Rudolphin nenä tuottaa valoa, jonka spektripiikki on noin 700 nm, koska tämä on valon aallonpituus, joka heijastuu voimakkaimmin Hollyn marjoista. 700 nm: n huippuheijastavuus tarkoittaa sitä, että marjojen ja siten Rudolphin nenän on oltava erittäin punainen – mahdollisesti suurin punoitus, jonka nisäkkäiden silmät pystyvät näkemään.
- kuva 2 – myöhempi versio Rudolph Punanenäinen Poro keskusteli samanlainen väri kypsä holly marjoja ja Rudolph nenä.
- Kuvassa Richard M. Scarryn kuvitus sekä kuva kypsistä holly-hedelmistä (yleisnimi: English / Christmas holly; tieteellinen nimi: Ilex aquifolium). Graafissa näkyy marjojen heijastusspektri, joka kuvaa periaatteessa niiden värin punaisuutta ja kirkkautta. Punavarjoinen alue edustaa vaihtelua ja musta viiva keskiarvoa 10 marjan otoksessa.
tämä arvio on vain valistunut arvaus, mutta sen mukaan punainen Sumuvalo on parempi kuin mikään muu. Petterin nenä saattaa olla erityisen tärkeä talvella, jolloin poron silmät näkevät paremmin sinisen. Koska sumu tukkii sinisen valon, on järkevää, että poroilla on suurin tarve sumuvalolle talvikuukausina, kuten joulukuussa. Tämä auttaa selittämään, miksi Rudolphin nenä oli niin hyödyllinen lentämiseen paksussa sumussa. Kuitenkin, luminescent punainen nenä voi olla haittoja, liian. Porojen nenillä on monimutkainen järjestelmä, jossa on monia pieniä verisuonia ja ne ovat siksi melko lämpimiä , ominaisuus joka paitsi estää poron neniä palelemasta, myös aiheuttaa poron ruumiin lämmön katoamisen ympäröivään ilmaan. Jos hänen hehkuvasta nenästään katoaa liikaa lämpöä, Rudolph voi joutua hypotermiaan (vaarallisen alhaiseen ruumiinlämpöön) erittäin kylmissä sääolosuhteissa. Siksi on erittäin tärkeää, että lapset tarjoavat runsaasti kaloreita ruoka auttaa Rudolph säilyttää hänen ruumiinlämpönsä jouluaattona.
kaiken kaikkiaan punaisen luminesoivan kuonon edut näyttävät olevan suuremmat kuin haitat, mikä herättää kysymyksiä siitä, kuinka usein punaisia luminesoivia kuonoja esiintyy poroilla. Tällä hetkellä porokannassa tiedetään olevan vain yksi luminoiva kuono, mutta sen edut viittaavat siihen, että se voisi periytyä tuleville porosukupolville. Toisaalta sumuisen sään yleisyys vähenee maailmanlaajuisesti ilmastonmuutoksen vuoksi, minkä vuoksi hehkuvan punaisen nenän hyödyt saattavat tulevaisuudessa vähentyä. Toisen hypoteesin mukaan Rudolphin punaisessa nenässä on nenän loisia ja se on yksinkertaisesti punainen ja turvonnut . Tällaiset erilaiset käsitykset siitä, miksi Rudolphin nenä on punainen, kertovat meille, että lisätutkimuksia tarvitaan, ja tämän artikkelin lukijoiden toivotaan auttavan arktisen valon ja sumun ominaisuuksia koskevassa tulevassa tutkimuksessa. Tällaiset tutkimukset voisivat tuoda uutta valoa porojen hämmästyttävään biologiaan ja näkökykyyn.
Sanasto
LUMINESCENT: Emitting light; glowing.
ultravioletti: ihmisille näkymätön, mutta joillekin eläimille näkyvä valotyyppi. Esimerkiksi monet linnut ja hyönteiset voivat nähdä ultraviolettivaloa.
TAPETUM LUCIDUM: Joidenkin eläinten silmissä on peilimäistä heijastavaa kudosta, joka saa niiden silmät loistamaan, kun kirkas valo osuu niihin.
MIE sironta: saksalaisen fysiikan professorin Gustav Mien mukaan nimetty prosessi. Se tapahtuu, kun tietyn kokoiset pyöreät tai pallomaiset hiukkaset saavat valon siroamaan.
kiitokset
olen kiitollinen J. D. Shaw ‘ n, M. R. Swanin, A. L. Witzelin ja Dartmouth Collegen Rauner Special Collections Libraryn henkilökunnan arkistoavusta. Olen kiitollisuudenvelassa Mayn perheelle Rudolph-kuvien jäljentämisen helpottamisesta ja sallimisesta. Tässä esitetyt näkemykset ja tutkimukset ovat saaneet innoituksensa tyttäreltäni Eleanorilta,joka haluaa kysyä miksi.
Rahoitus
Rahoitus saatiin David and Lucile Packardin säätiöltä (Fellowship in Science and Engineering no. 2007-31754).
Toukokuuta, R. L. 1939. Petteri Punakuono. Chicago, IL: Montgomery Ward.
Hogg, C., Neveu, M., Stokkan, K.-A., Folkow, L., Cottrill, P., Douglas, R., et al. 2011. Arktiset porot laajentavat näköetäisyyttään ultraviolettiin. Käyt. Viim. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242 / jeb.053553
Meinander, O., Kontu, A., Lakkala, K., Heikkilä, A., Ylianttila, L., ja Toikka, M. 2008. Arktisen lumen UV-albedon vuorokausivaihtelut. Atmos. Kemiaa. Liikuntaa. 8:6551–63. doi: 10.5194 / AKT-8-6551-2008
Tyler, N. J. C., Jeffery, G., Hogg, C. R. ja Stokkan, K.-A. 2014. Ultraviolettinäkö voi parantaa porojen kykyä erotella kasveja lumessa. Arctic 67: 159-66. doi: 10.14430 / arctic4381
Stokkan, K.-A., Folkow, L., Dukes, J., Neveu, M., Hogg, C., Siefken, S., et al. 2013. Transfing mirrors: adaptive changes in retinal reflections to winter darkness in Arctic Poros. Proc. R. Soc. Lond. B 280:20132451. doi: 10.1098 / rspb.2013.2451
Arnulf, A., Bricard, J., Curé, E. ja Véret, C. 1957. Lähetys sumun ja sumun avulla spektrialueella 0,35-10 mikronia. J. Opt. Soc. On. 47:491–8. doi: 10.1364 / josa.47. 000491
Grabner, M., and Kvicera, V. 2011. Aallonpituus riippuvainen malli sukupuutto sumussa ja haze vapaan tilan optinen viestintä. Valita. Pikajuna 19:3379-86. doi: 10.1364 / oe.19.003379
Kumai, M. 1973. Arktinen sumupisaran kokojakauma ja sen vaikutus valonvaimennukseen. J. Atmos. Sci. 30:635–43. doi: 10.1175/1520-0469(1973)030<0635:AFDSDA>2.0.CO;2
Price, J. 2011. Säteilysumua. Osa I: stabiilisuuden ja pudotuskoon jakaumien havainnot. Rajakerroksen Meteoroli. 139:167–91. doi: 10.1007 / s10546-010-9580-2
Hazen, S. S. 1958. Petteri Punakuono. New York, NY: Golden Press.
van der Hoven, B., Klijn, E., van Genderen, M., Schaftenaar, W., de Vogel, L. L., van Duijn, D., et al. 2012. Poron Rangifer tarandus (Mammalia, Artiodactyla, Cervidae): Rudolphin nenä ylikuumeni. Deinsea 15: 37-46. Saatavilla osoitteesta: 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. Miksi Rudolph nenä on punainen: havainnoiva tutkimus. BMJ 345: e8311. doi: 10.1136 / bmj.e8311
Torregrosa, A., O ‘ Brien, T. A. ja Faloona, I. C. 2014. Rannikkosumu, ilmastonmuutos ja ympäristö. Eos Trans. On. 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
