若い心のためのフロンティア
要約
北極のトナカイは、異常な目 ほとんどの哺乳類とは対照的に、トナカイは私たちには見えない紫外線を見ることができます。 彼らはまた、冬の間に深い青色に夏の間に黄金色から変化する目に反射組織を持っています。 一緒に、これらの特別な特性は、トナカイが雪の中で植物性食品や捕食者を見るのに役立ちます,特に冬の間に,北極の昼光が薄暗いと紫がかったとき. 紫と青を本当によく見ることができるという問題は、これらの色が霧の中で実質的に見えないということです。 赤色光は霧の中で最もよく移動し、トナカイは他の哺乳動物よりも赤色光を生成する鼻の恩恵を受けることになります。 少なくとも一つのトナカイは、霧の条件下でうまく動作する発光（輝く）鼻を持っていることが報告されています。 この論文の目的は、この鼻の赤みを推定し、その長所と短所を探ることです。
はじめに
ルドルフ赤鼻のトナカイは、ロバートL.メイによる動物行動の古典的な物語です。 これは、トナカイが自分自身をdisporting（ゲームをプレイするための専門用語）と彼の異常に大きな、赤い鼻のためにルドルフという名前のグループメンバーを除 ルドルフの鼻からの光は、昼間には「眩しい」、夜には「光る」と表現され、後にクリスマスイブには、厚い北極の霧がサンタクロースと彼の8人のトナカイのチームの飛行準備を混乱させたことが判明した。 このような霧の中で、ルドルフの鼻は安全な飛行と世界中の贈り物の配達のために十分な光を放出しました（図1）。 ルドルフの鼻と霧の中での輝きのこの物語は、ほとんどの子供、大人、生物学者にはよく知られていますが、異常であるとも考えられています。 原則として、科学者は異常な特性の研究を避けます。 発光（光る）鼻が非常にまれであるという事実は、なぜ発光鼻の色と長所/短所が実質的に研究されていないのかを説明しています。
- 図1-彼のトナカイの観察からロバートL.メイのオリジナルノートは、anapestic四量体と呼ばれる詩的なスタイルで書かれていた。
- 彼のノートにはデンバー-Lのスケッチが含まれていた。 ギレンとこのページは、暗いとdrear大気条件下でルドルフの赤い鼻の赤い輝きや発光を示しています（Rauner Special Collections Library、ダートマス大学の許可を得て複製されました）。
トナカイの色覚についての新しい発見は、発光鼻の価値についての重要な手がかりを保持することができます。 例えば、北極トナカイ（学名Rangifer tarandus tarandus）は、主に昼間に活動する人間や他のほとんどの哺乳類には見えない紫外線（UV）光を見ることができることが最近発見さ UVビジョンの利点は不明ですが、UV光を見る能力は、トナカイが捕食者や食物などの重要なものを見るのに役立つ可能性があります。 例えば、オオカミの白い毛皮や地衣類のようないくつかの重要な植物食品は、雪が紫外線を反射して明るく見えるので、地衣類を暗く見せ、雪の中で見 UV光を見ることの利点は、太陽が北極の空に低く、大気中の高い光の散乱が主にUVと紫がかった光を生成する冬の真中で最大になる可能性があります。
さらに驚くべきことは、トナカイの目が季節とともに色を変える能力です。 トナカイの目は”明るいタペストリー”のためのラテン語であるtapetum lucidumと呼ばれる鏡のような反射組織を持っています。”この組織は、私たちの車のヘッドライトが野生動物や家庭用ペットの目に輝くときに最も頻繁に見られる現象である目の輝きを引き起こします。 それは彼らが暗闇の中で見ることができますので、タペタムlucidumは、夜行性（夜間活動）動物のために重要です。 トナカイについての顕著な事は、彼らのタペタムlucidumは冬の間に深い青色に夏の間に豊かな黄金色から変化することです。 この色の変化を引き起こす要因は理解されていますが、もしあれば利点は神秘的です。 一つのアイデアは、それが薄暗い光条件下で青い光を見るためにトナカイの能力を高めるかもしれないということです。 だから、北極のトナカイは非常に珍しい、興味深い種類のビジョンを持っていることは明らかです。 しかし、同時に、12月下旬に青い光を見るこの特別な能力は、霧の条件の下では明確な欠点です。
霧の中の光の透過
霧は、地球の表面上に浮遊する小さな水滴や氷の結晶の蓄積です。 湿った空気が特定の温度以下に冷却され、水蒸気の一部が凝縮すると形成されます（小さな液滴に変わります）。 定義上、1000m以上先を見ることができないときは、天気は霧であると考えられています。 ロバート・L・メイは著書の中で霧を「白い霧のように厚く」、視界がゼロに近い（「暗くて暗い」）と説明しており、これは霧が2つの可能なタイプの1つであった可能性があることを示唆している：放射霧または氷霧。 放射の霧は地面が接触によってそれの上の空気を冷却するとき起こります。 氷の霧は、暖かい空気が非常に冷たい空気と相互作用し、水蒸気が固体に直接変化し、空気中に浮遊する小さな氷の結晶を形成するときに発生します。
霧を通して光が輝く能力は、光の色によって異なります。 赤い光は最も遠くに移動しますが、霧の中の氷の結晶や水滴の大きさが大きい場合、光が移動できる距離は減少します。 液滴が一定の大きさを超える場合、三重散乱と呼ばれるプロセスは、任意の色のすべての光を消滅させる。 三重散乱はほとんどの霧の種類で起こり、ほとんどの霧を見ることは非常に困難ですが、輝く赤い鼻は他の種類の鼻よりも輝くと予測され、氷の霧の氷の結晶は放射線の霧の水滴よりも小さいため、赤い光は氷の霧の中でさらに移動します。 ルドルフの鼻が霧の中にどれほど役立つかを理解するには、鼻から輝く光の正確な色を知る必要があります。
ルドルフの鼻の色
ルドルフの鼻の色の手がかりは、バーバラ-ヘイゼンのメイのオリジナルストーリーから来ています。 このバージョンでは、ルドルフはヒイラギの茂みの後ろに隠れているので、”彼の明るい赤い鼻は明るい赤い果実とブレンドされています。”図2は、このイベントと、ヒイラギの果実から跳ね返る、または反射する色を測定する方法である各波長の光の量を示しています。 このタイプのグラフは反射率スペクトルと呼ばれます。 図2に示す果実が北極のヒイラギの果実と似ていると仮定すると、これはヒイラギの果実によって最も強く反射される光の波長であるため、ルドルフの鼻は約700nmのスペクトルピークを持つ光を生成すると推定することができる。 700nmのピーク反射率は、果実、したがってルドルフの鼻が非常に赤くなければならないことを意味します–おそらく哺乳動物の目が見ることができる最大
- 図2-ルドルフの後のバージョン赤鼻のトナカイは、熟したヒイラギの果実とルドルフの鼻の同様の色を議論しました。
- Richard M.Scarryによるイラストと、熟したヒイラギの果実（一般名：イングリッシュ/クリスマスヒイラギ、学名：Ilex aquifolium）のイメージが示されています。 グラフは、基本的にその色の赤みと明るさを記述する果実の反射率スペクトルを示しています。 赤い網掛けの領域は変化を表し、黒い線は10個のベリーのサンプルの平均を表します。
この推定値は、唯一の教育を受けた推測ですが、それは赤いフォグランプが他の種類よりも優れていることを示唆していません。 ルドルフの鼻は、トナカイの目が青を見るのが得意な冬には特に重要かもしれません。 霧は青い光を遮断するので、トナカイは12月のような冬の間に霧の光を最も必要としていることは理にかなっています。 これは、ルドルフの鼻が濃い霧の中で飛行するのに非常に有用であった理由を説明するのに役立ちます。 しかし、発光赤い鼻にも欠点があるかもしれません。 トナカイの鼻は、多くの小さな血管の複雑なシステムを持っているので、非常に暖かいです,凍結からトナカイの鼻を防ぐだけでなく、周囲の空気に失わ あまりにも多くの熱が彼の輝く鼻から失われた場合、ルドルフは非常に寒い気象条件の下で低体温（危険なほど低い体温）を危険にさらす可能性があ したがって、子供たちがクリスマスイブにルドルフが体温を維持するのを助けるために高カロリー食品を提供することは非常に重要です。
全体的に、赤い発光鼻の利点は欠点よりも大きいように見え、トナカイに赤い発光鼻がどのくらいの頻度で発生するかについて疑問を提起する。 現在、我々はトナカイの人口で唯一の発光鼻を知っているが、その利点は、それがトナカイの将来の世代に渡すことができることを示唆しています。 一方、気候変動のために霧の多い天気の頻度は世界的に減少しており、将来的には輝く赤い鼻の利点があまり重要ではない可能性があります。 別の仮説は、ルドルフの赤い鼻が鼻の寄生虫に感染しており、単に赤く腫れていることを示唆している。 ルドルフの鼻が赤い理由についてのこのような異なるアイデアは、さらなる調査が必要であることを私たちに伝えており、この記事の読者が北極の光と霧の特性に関する将来の研究に役立つことが期待されています。 このような研究は、トナカイの驚くべき生物学とビジョンに新たな光を当てることができます。
紫外：人には見えないが、一部の動物には見える光の一種です。 例えば、多くの鳥や昆虫は紫外線を見ることができます。
タペトゥム-ルシドム: 明るい光がそれらに当たったときに輝くために彼らの目を引き起こすいくつかの動物の目に鏡のような反射組織。
MIE散乱：ドイツの物理学の教授であるGustav Mieにちなんで命名されたプロセス。 これは、特定のサイズの円形または球状の粒子が光を散乱させるときに起こります。
謝辞
J.D.Shaw、M.R.Swan、A.L.Witzel、およびダートマス大学Rauner Special Collections Libraryのスタッフのアーカイブ支援に感謝しています。 私はルドルフの画像の複製を容易にし、許可するための月の家族にお世話になっています。 ここで提示された見解と研究は、理由を尋ねるのが好きな私の娘Eleanorに触発されました。
資金調達
資金調達はDavid and Lucile Packard Foundation(Fellowship in Science And Engineering no.2007-31754)から受けられました。
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