határok fiatal elmék
absztrakt
sarkvidéki rénszarvasok szokatlan szemek és a látás. A legtöbb emlőssel ellentétben a rénszarvas ultraibolya fényt lát, amely számunkra láthatatlan. A szemükben fényvisszaverő szövet is van, amely a nyári hónapokban arany színről a téli hónapokban mélykék színre változik. Ezek a Különleges tulajdonságok együttesen segítenek a rénszarvasoknak látni a növényi ételeket vagy a ragadozókat a hóban, különösen télen, amikor az Északi-sarkvidéken a napfény homályos és lilás. A probléma, hogy képes látni lilák és kékek nagyon jól, hogy ezek a színek gyakorlatilag láthatatlan ködben. A vörös fény a ködben terjed a legjobban, és ebből következik, hogy a rénszarvasok, mint más emlősök, jobban profitálnának egy orrból, amely vörös fényt termel. A jelentések szerint legalább egy rénszarvasnak lumineszcens (izzó) orra van, amely ködös körülmények között jól működik. Ennek a tanulmánynak az a célja, hogy megbecsülje az orr vörösségét, és feltárja annak előnyeit és hátrányait.
Bevezetés
Rudolf, a vörös orrú rénszarvas Robert L. May klasszikus története az állatok viselkedéséről . Leírja, hogy a rénszarvasok elhagyják magukat (a játék technikai kifejezése), és kizárják a Rudolph nevű csoporttagot szokatlanul nagy, vörös orra miatt. A Rudolph orrából származó fény, amelyet May nappal “káprázatosnak”, éjszaka pedig “ragyogónak” nevezett, később hasznosnak bizonyult karácsony estéjén, amikor a vastag sarkvidéki köd megzavarta a Mikulás és nyolc rénszarvas csapatának repülési előkészületeit. Ilyen ködös körülmények között Rudolph orra elegendő fényt bocsátott ki a biztonságos repüléshez és az ajándékok világszerte történő kézbesítéséhez (1.ábra). Ez a történet Rudolph orráról és a ködben való ragyogásáról a legtöbb gyermek, felnőtt és biológus számára ismerős, de anomálisnak is tekinthető, ami rendkívül szokatlan. Általános szabály, hogy a tudósok kerülik a rendellenes tulajdonságok tanulmányozását. Az a tény, hogy a lumineszcens (izzó) orr olyan ritka, megmagyarázza, hogy a lumineszcens orr színe és előnyei/hátrányai gyakorlatilag nem tanulmányozottak.
- 1. ábra-Robert L. May rénszarvas megfigyeléseiből származó eredeti jegyzeteit költői stílusban írták, amelyet anapestic tetrameternek hívtak.
- jegyzetfüzetében Denver l vázlatai szerepeltek. Gillen és ez az oldal Rudolph vörös orrának vörös fényét vagy lumineszcenciáját szemlélteti sötét és sivár légköri körülmények között (reprodukálva a Rauner Special Collections Library, Dartmouth College engedélyével).
a rénszarvas színlátásával kapcsolatos új eredmények fontos nyomokat tarthatnak a lumineszcens orr értékéről. Például nemrég fedezték fel , hogy a sarkvidéki rénszarvas (tudományos neve Rangifer tarandus tarandus) ultraibolya (UV) fényt lát, amely láthatatlan az emberek és a legtöbb más emlős számára, amelyek elsősorban nappal aktívak. Az UV-látás előnyei ismeretlenek, de az UV-fény látásának képessége segíthet a rénszarvasoknak fontos dolgok, például ragadozók és ételek látásában. Például a farkasok fehér szőrme és néhány fontos növényi étel, például a zuzmók elnyelik az UV fényt, így a zuzmók sötétnek tűnnek, és könnyebben láthatók a hóban, mert a hó visszaveri az UV fényt és fényesnek tűnik . Az UV-fény látásának előnyei a tél közepén lehetnek a legnagyobbak, amikor a nap alacsony az Északi-sarki égbolton, és a légkörben magas fényszórás főleg UV és lilás fényt eredményez .
még meglepőbb az a képesség, hogy a rénszarvas szeme megváltoztatja a színét az évszakokkal. A rénszarvas szemének tükörszerű fényvisszaverő szövete van, az úgynevezett tapetum lucidum, amely latinul a ” fényes kárpit.”Ez a szövet szemfényt okoz, ez a jelenség leggyakrabban akkor fordul elő, amikor autóink fényszórói vadon élő állatok vagy háziállatok szemébe ragyognak. A tapetum lucidum fontos az éjszakai (éjszakai aktív) állatok számára, mert lehetővé teszi számukra a sötétben való látást. A rénszarvasoknál az a kiemelkedő, hogy tapetum lucidumuk nyáron gazdag arany színről télen mélykék színre változik . Megértették azokat a tényezőket, amelyek ezt a színváltozást okozzák, de az előnyök, ha vannak ilyenek, titokzatosak. Az egyik ötlet az, hogy növelheti a rénszarvasok azon képességét, hogy gyenge fényviszonyok között láthassák a kék fényt. Tehát egyértelmű, hogy a sarkvidéki rénszarvasok rendkívül szokatlan és érdekes látásmóddal rendelkeznek. Ugyanakkor ez a különleges képesség, hogy december végén láthassa a kék fényt, ködös körülmények között határozott hátrányt jelent.
fényáteresztés ködben
a köd a föld felszíne felett szuszpendált apró vízcseppek vagy jégkristályok felhalmozódása. Akkor alakul ki, amikor a nedves levegőt egy meghatározott hőmérséklet alá hűtik, és a vízgőz egy része kondenzálódik (apró folyadékcseppekké alakul). Definíció szerint az időjárás ködösnek tekinthető, ha 1000 m-nél többet nem látunk előre. Robert L. May könyvében leírta, hogy a köd “olyan vastag, mint a fehér fizz” és közel nulla látótávolság (“sötét és sivár” volt), ami arra utal, hogy a köd két lehetséges Típus egyike lehetett: sugárzási köd vagy jég köd. Sugárzási köd akkor fordul elő, amikor a talaj érintkezés útján lehűti a fölötte lévő levegőt. Jég köd akkor fordul elő, amikor a meleg levegő kölcsönhatásba lép a rendkívül hideg levegővel, és a vízgőz közvetlenül szilárd anyaggá változik, apró jégkristályokat képezve a levegőben.
a fény azon képessége, hogy a ködön keresztül ragyogjon, a fény színétől függően változik. A vörösebb fény a legtávolabb halad, de a fény által megtett távolság csökken, ha a ködben lévő jégkristályok vagy vízcseppek mérete nagy . Ha a cseppek egy bizonyos méret felett vannak ,akkor a Mie szórásnak nevezett folyamat minden színű fényt elolt. A Mie-szórás a legtöbb ködtípusban történik, így a legtöbb ködöt nagyon nehéz átlátni, de az előrejelzések szerint az izzó vörös orr minden más orrot felülmúl, a vörös fény pedig tovább halad a jég ködben, mert a jég ködben lévő jégkristályok kisebbek, mint a sugárzási ködben lévő vízcseppek . Ahhoz, hogy megértsük, mennyire hasznos lehet Rudolph orra a ködben, ismerni kell az orrából ragyogó fény pontos színét.
Rudolph orrának színe
A Rudolph orrának színére vonatkozó nyom Barbara Hazen may eredeti történetének változatából származik . Ebben a változatban Rudolph egy magyal bokor mögé bújik, hogy ” élénkvörös orra beleolvadjon az élénkvörös bogyókba.”A 2. ábra szemlélteti ezt az eseményt és az egyes hullámhosszak fénymennyiségét, amely a szín mérésének egyik módja, amely visszapattan vagy visszatükröződik a magyal bogyóiból. Ezt a típusú gráfot reflexiós spektrumnak nevezzük. Ha feltételezzük, hogy a 2.ábrán látható bogyók hasonlóak az Északi-sark magyal gyümölcseihez, akkor megbecsülhetjük, hogy Rudolph orra körülbelül 700 nm spektrális csúcsú fényt termel, mivel ez a fény hullámhossza, amelyet a magyal bogyók tükröznek a legerősebben. A 700 nm – es csúcs visszaverődés azt jelenti, hogy a bogyóknak, tehát Rudolph orrának rendkívül vörösnek kell lennie-valószínűleg az a maximális bőrpír, amelyet az emlősök szeme láthat.
- 2. ábra – Rudolph, a vörös orrú rénszarvas későbbi változata az érett magyal bogyók és Rudolph orrának hasonló színét tárgyalta.
- Richard M. Scarry illusztrációja látható, Érett magyal gyümölcsök képével együtt (közönséges név: angol / karácsonyi magyal; tudományos név: Ilex aquifolium). A grafikon a bogyók reflexiós spektrumát mutatja, amely alapvetően leírja színük vörösségét és fényességét. A vörös árnyalatú régió a variációt, a fekete vonal pedig a 10 bogyós minta átlagát képviseli.
ez a becslés csak képzett találgatás, de azt sugallja, hogy a vörös ködlámpa jobb, mint bármely más. Rudolph orra különösen fontos lehet télen, amikor a rénszarvas szeme jobban látja a kéket. Mivel a köd blokkolja a kék fényt, van értelme, hogy a rénszarvasoknak a legnagyobb szükségük van ködlámpára olyan téli hónapokban, mint December. Ez segít megmagyarázni, hogy Rudolph orra miért volt olyan hasznos a sűrű ködben való repüléshez. A lumineszcens vörös orrnak azonban hátrányai is lehetnek. A rénszarvas orrának összetett rendszere van, sok apró érből áll , ezért meglehetősen meleg, ez a tulajdonság nemcsak megakadályozza a rénszarvas orrának megfagyását, hanem a rénszarvas testének hőjét is elveszíti a környező levegő. Ha túl sok hőt veszít izzó orrából, Rudolph rendkívül hideg időjárási körülmények között veszélyeztetheti a hipotermiát (veszélyesen alacsony testhőmérsékletet). Ezért rendkívül fontos, hogy a gyermekek magas kalóriatartalmú ételeket biztosítsanak, hogy Rudolph karácsony estéjén megőrizze testhőmérsékletét.
összességében úgy tűnik, hogy a vörös lumineszcens orr előnyei nagyobbak, mint a hátrányok, ami kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban, hogy a vörös lumineszcens orr milyen gyakran fordul elő a rénszarvasokban. Jelenleg a rénszarvaspopulációban csak egy lumineszcens orrról tudunk, de előnyei azt sugallják, hogy továbbadható a rénszarvas jövő generációinak. Másrészt a ködös időjárás gyakorisága világszerte csökken az éghajlatváltozás miatt, ami a jövőben kevésbé fontossá teheti az izzó vörös orr előnyeit. Egy másik hipotézis azt sugallja, hogy Rudolph vörös orra orrparazitákkal fertőzött, egyszerűen vörös és duzzadt . Az ilyen különböző elképzelések arról, hogy Rudolph orra miért vörös, azt mondják, hogy további vizsgálatokra van szükség, és reméljük, hogy a cikk olvasói segítenek a sarkvidéki fény és a köd tulajdonságainak jövőbeli kutatásában. Az ilyen tanulmányok új megvilágításba helyezhetik a rénszarvasok csodálatos biológiáját és látását.
szószedet
lumineszcens: fényt bocsát ki; izzó.
ultraibolya: olyan fényfajta, amely az emberek számára láthatatlan, de néhány állat számára látható. Például sok madár és rovar látja az ultraibolya fényt.
TAPETUM LUCIDUM: Tükörszerű fényvisszaverő szövet egyes állatok szemében, amely miatt a szemük ragyog, amikor erős fény éri őket.
MIE szórás: Gustav Mie német fizika professzorról elnevezett folyamat. Ez akkor fordul elő, ha bizonyos méretű kerek vagy gömb alakú részecskék fényt szórnak.
Köszönetnyilvánítás
hálás vagyok J. D. Shaw, M. R. Swan, A. L. Witzel és a Rauner Special Collections Library, Dartmouth College munkatársainak levéltári segítségéért. Hálás vagyok a May családnak, hogy megkönnyítette és lehetővé tette a Rudolph képek reprodukcióját. Az itt bemutatott nézeteket és kutatásokat Eleanor lányom ihlette, aki szereti megkérdezni, hogy miért.
finanszírozás
a támogatást a David and Lucile Packard Alapítvány (Fellowship in Science and Engineering no. 2007-31754) kapta.
Május, R. L. 1939. Rudolf, a vörös orrú rénszarvas. Chicago, IL: Montgomery Ward.
Hogg, C., Neveu, M., Stokkan, K.-A., Folkow, L., Cottrill, P., Douglas, R., et al. 2011. A sarkvidéki rénszarvasok kiterjesztik látótávolságukat az ultraibolya sugárzásig. J. Felh. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242 / jeb.053553
Meinander, O., Kontu, A., Lakkala, K., Heikkil GmbH, A., Ylianttila, L. és Toikka, M. 2008. A sarkvidéki hó UV albedójának napi változásai. Atmos. Kémia. Phys. 8:6551–63. doi: 10.5194 / AKCS-8-6551-2008
Tyler, N. J. C., Jeffery, G., Hogg, C. R., és Stokkan, K.-A. 2014. Az ultraibolya látás fokozhatja a rénszarvas azon képességét, hogy megkülönböztesse a növényeket a hóban. Sarkvidéki 67: 159-66. doi: 10.14430 / arctic4381
Stokkan, K.-A., Folkow, L., Dukes, J., Neveu, M., Hogg, C., Siefken, S., et al. 2013. Változó tükrök: a retina visszaverődésének adaptív változásai a sarkvidéki rénszarvas téli sötétségéhez. Proc. R. Soc. Lond. B 280:20132451. doi: 10.1098 / rspb.2013.2451
Arnulf, A., Bricard, J., C., C., E., és V., C., 1957. Köd és köd által történő átvitel a spektrális tartományban 0,35-10 Mikron. J. Opt. Soc. Az vagyok. 47:491–8. doi: 10.1364 / josa.47.000491
Grabner, M. és Kvicera, V. 2011. A hullámhossz – függő modell kihalás köd és köd a szabad tér optikai kommunikáció. Opt. Expressz 19: 3379-86. doi: 10.1364 / oe.19.003379
Kumai, M. 1973. Sarkvidéki ködcseppek méreteloszlása és hatása a fény csillapítására. J. Atmos. Sci. 30:635–43. doi: 10.1175/1520-0469(1973)030<0635:AFDSDA>2.0.CO;2
Ár, J. 2011. Sugárzás köd. I. rész: a stabilitás és a cseppméret eloszlásának megfigyelése. Határ – Réteg Meteorol. 139:167–91. doi: 10.1007 / s10546-010-9580-2
Hazen, B. S. 1958. Rudolf, a vörös orrú rénszarvas. New York, NY: arany sajtó.
van der Hoven, B., Klijn, E., van Genderen, M., Schaftenaar, W., de Vogel, L. L., Van Duijn, D., et al. 2012. Az orrnyálkahártya mikrocirkulációs vizsgálata rénszarvas Rangifer tarandusban (Emlősök, Artiodactyla, szarvasfélék): Rudolph orra túlmelegedett. Deinsea 15: 37-46. Elérhető: 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., Y. ca., K., Folkow, L. P., Fokkens, W. J., et al. 2012. Miért vörös Rudolph orra: megfigyelési tanulmány. BMJ 345:e8311. doi: 10.1136 / bmj.e8311
Torregrosa, A., O ‘ Brien, T. A. és Faloona, I. C. 2014. A part menti köd, az éghajlatváltozás és a környezet. Eos Trans. Az vagyok. Geofizikusok. Unió 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
