Frontiers For Young Minds
Abstract
Arktiske reinsdyr har uvanlige øyne og syn. I motsetning til de fleste pattedyr kan reinsdyr se ultrafiolett lys, noe som er usynlig for oss. De har også et reflekterende vev i øyet som endres fra en gylden farge i sommermånedene til en dyp blå farge i vintermånedene. Sammen hjelper disse spesielle egenskapene reinen til å se plantemat eller rovdyr i snøen, spesielt om vinteren, når dagslyset i Arktis er svakt og lilla. Et problem med å kunne se purples og blues veldig bra er at disse fargene er praktisk talt usynlige i tåke. Rødt lys reiser best i tåke, og det følger at reinsdyr, mer enn andre pattedyr, vil ha nytte av en nese som produserer rødt lys. Minst ett reinsdyr er rapportert å ha en lysende (glødende) nese som fungerer godt under tåkete forhold. Målet med dette papiret er å estimere rødheten i denne nesen og å utforske fordelene og ulempene.
Innledning
Rudolph Den Rødnosede Reinen er en klassisk historie om dyreadferd Av Robert L. May . Den beskriver reinsdyr disporting seg selv (den tekniske termen for å spille spill) og unntatt et gruppemedlem Som heter Rudolph på grunn av sin uvanlig store, røde nese. Lyset Fra Rudolphs nese, som kan beskrives som “blendende” i dagslys og “glødende” om natten, viste seg senere å være nyttig På Julaften, da tykk Arktisk tåke forstyrret flyforberedelsene Til Julemannen og hans team på åtte reinsdyr. Under disse tåkete forholdene ga Rudolphs nese tilstrekkelig lys for sikker flytur og levering av gaver rundt om i verden (Figur 1). Denne historien Om Rudolphs nese og dens glans i tåke er kjent for de fleste barn, voksne og biologer, men det anses også å være uregelmessig, noe som betyr ekstremt uvanlig. Som en generell regel unngår forskere å studere uregelmessige egenskaper. Det faktum at lysende (glødende) neser er så sjeldne, forklarer hvorfor fargen og fordelene / ulempene ved lysende neser er praktisk talt unstudied.
- Figur 1-Robert L. Mays originale notater fra hans reindriftsobservasjoner ble skrevet i en poetisk stil kalt anapestic tetrameter.
- hans notatbok inkluderte skisser Av Denver L. Gillen og denne siden illustrerer Den røde gløden Eller luminescensen Av Rudolphs røde nese under mørke og kjedelige atmosfæriske forhold (gjengitt med tillatelse Fra Rauner Special Collections Library, Dartmouth College).
Nye funn om fargesynet til rein kan holde viktige ledetråder om verdien av en lysende nese. For eksempel ble det nylig oppdaget At Arktisk reinsdyr (vitenskapelig navn Rangifer tarandus tarandus) kan se ultrafiolett (UV) lys, som er usynlig for mennesker og de fleste andre pattedyr som primært er aktive på dagtid. Fordelene MED UV-syn er ukjente, men evnen til Å se UV-lys kan hjelpe reinen til å se viktige ting, som rovdyr og mat. For eksempel absorberer den hvite pelsen av ulver og noen viktige planteføde, som lav, UV-lys, noe som gjør lavene mørke og lettere å se i snø, fordi snø reflekterer UV-lys og ser lyst ut . Fordelene med Å se UV-lys kan være størst midt på vinteren, når solen er lav på Arktisk himmel og spredning av lys høyt i atmosfæren gir lys som hovedsakelig ER UV og lilla .
enda mer overraskende er evnen til reinsdyr øyne å endre farge med årstidene. Reinsdyr øyne har et speillignende reflekterende vev kalt en tapetum lucidum, som er Latin for “lyse billedvev.”Dette vevet forårsaker øyeglans, et fenomen som oftest ses når frontlysene til våre biler skinner inn i øynene til ville dyr eller husdyr. En tapetum lucidum er viktig for nattlige (nattaktive) dyr, fordi det tillater dem å se i mørket. Det enestående med reinsdyr er at deres tapetum lucidum skifter fra en rik gylden farge om sommeren til en dyp blå farge om vinteren . Faktorene som forårsaker denne fargeendringen forstås, men fordelene, om noen, er mystiske. En ide er at det kan øke reinens evne til å se blått lys under svake lysforhold. Så Det er klart At Arktisk reinsdyr har en svært uvanlig og interessant type visjon. Men samtidig er denne spesielle evnen til å se blått lys i slutten av desember en klar ulempe under tåkete forhold.
Lysoverføring I Tåke
Tåke er en opphopning av små vanndråper eller iskrystaller suspendert over jordens overflate. Den dannes når fuktig luft avkjøles under en bestemt temperatur, og noe av vanndampen kondenserer (blir til små væskedråper). Per definisjon regnes været som tåkete når vi ikke kan se mer enn 1000 m fremover. I sin bok beskrev Robert L. May tåke “så tykk som hvit fizz” og nær null synlighet (det var “mørkt og kjedelig”), noe som tyder på at tåken kunne ha vært en av to mulige typer: strålings tåke eller is tåke. Strålingståke skjer når bakken avkjøler luften over den ved kontakt. Is tåke oppstår når varm luft samhandler med ekstremt kald luft og vanndampen endres direkte til en solid, danner små iskrystaller suspendert i luften.
lysets evne til å skinne gjennom tåke varierer i henhold til lysets farge. Rødere lys beveger seg lengst, men avstanden som lyset kan reise reduseres hvis størrelsen på iskrystallene eller vanndråpene i tåken er stor . Hvis dråpene er over en viss størrelse, vil en prosess som kalles Mie-spredning slukke alt lys av hvilken som helst farge . Mie-spredning skjer i de fleste tåketyper, noe som gjør de fleste tåke svært vanskelig å se gjennom, men en glødende rød nese er spådd å skygge alle andre typer nese, med rødt lys som reiser videre i is tåke fordi iskrystallene i is tåke er mindre enn vanndråpene i stråling tåke . For å forstå Hvor nyttig Rudolphs nese kan være i tåken, er det nødvendig å vite den nøyaktige fargen på lyset som skinner fra nesen.
Fargen På Rudolphs Nese
en ledetråd til Fargen På Rudolphs nese kommer fra Barbara Hazens versjon Av mays originale historie . I denne versjonen, Rudolph gjemmer seg bak en kristtorn bush slik at ” hans lyse rød nese blandet inn med lyse røde bær.”Figur 2 illustrerer denne hendelsen og mengden lys av hver bølgelengde, som er en måte å måle fargen på, som spretter eller reflekterer fra holly bær. Denne typen graf kalles et refleksjonsspektrum. Hvis vi antar at bærene vist i Figur 2 er lik de av holly frukt I Arktis, så kan Vi anslå At Rudolphs nese produserer lys med en spektral topp på ca 700 nm, siden dette er bølgelengden av lys reflektert sterkest av holly bær. En topprefleksjon på 700 nm betyr at bærene, og Derfor Rudolphs nese, må være ekstremt røde-muligens den maksimale rødheten som øynene til pattedyr kan se.
- Figur 2 – En senere versjon Av Rudolph The Red-Nosed Reindeer diskutert lignende fargen på modne kristtorn bær og Rudolph nese.
- illustrasjonen Av Richard M. Scarry er vist, sammen med et bilde av modne kristtorn frukt (vanlig navn: engelsk / Christmas holly; vitenskapelig navn: Ilex aquifolium). Grafen viser refleksjonsspektrene til bærene, som i utgangspunktet beskriver rødhet og lysstyrke av fargen. Den rødskyggede regionen representerer variasjonen og den svarte linjen representerer gjennomsnittet i en prøve på 10 bær.
dette estimatet er bare en utdannet gjetning, men det antyder at et rødt tåkelys er bedre enn noen annen type. Rudolphs nese kan være spesielt viktig om vinteren, når øynene til reinen er flinkere til å se blå. Fordi tåke blokkerer blått lys, er det fornuftig at rein har størst behov for tåkelys i vintermånedene som desember. Dette bidrar til å forklare Hvorfor Rudolphs nese var så nyttig for å fly i tykk tåke. Imidlertid kan en lysende rød nese også ha ulemper. Reinnesene har et komplekst system med mange små blodkar og er derfor ganske varme , et trekk som ikke bare hindrer reinnesene i å fryse, men også fører til at varmen fra reinens kropp går tapt til omgivende luft. Hvis For mye varme går tapt fra sin glødende nese, Kan Rudolph risikere hypotermi (en farlig lav kroppstemperatur) under ekstremt kalde værforhold. Det er derfor ekstremt viktig for barn å gi høyt kalori mat for Å hjelpe Rudolph å opprettholde kroppstemperaturen På Julaften.
samlet sett ser fordelene med en rød selvlysende nese ut til å være større enn ulempene, noe som reiser spørsmål om hvor ofte røde selvlysende neser forekommer hos reinsdyr. For tiden vet vi bare om en lysende nese i reindriften, men fordelene tyder på at den kan overføres til fremtidige generasjoner av rein. På den annen side faller frekvensen av tåkete vær over hele verden på grunn av klimaendringer , noe som kan gjøre fordelene med en glødende rød nese mindre viktig i fremtiden. En annen hypotese antyder At Rudolphs røde nese er infisert med neseparasitter og bare rød og hovent . Slike forskjellige ideer om Hvorfor Rudolphs nese er rød, forteller oss at det er behov for ytterligere undersøkelser, og det er håpet at leserne av denne artikkelen vil hjelpe til med fremtidig forskning på Egenskapene Til Arktisk lys og tåke. Slike studier kan kaste nytt lys over den fantastiske biologien og visjonen til rein.
Ordliste
SELVLYSENDE: Emitterende lys; glødende.
ULTRAFIOLETT: en type lys som er usynlig for mennesker, men synlig for noen dyr. For eksempel kan mange fugler og insekter se ultrafiolett lys.
TAPET LUCIDUM: Et speillignende reflekterende vev i øynene til noen dyr som får øynene til å skinne når sterkt lys treffer dem.
mie-SPREDNING: en prosess oppkalt Etter Gustav Mie, en tysk professor i fysikk. Det skjer når runde eller sfæriske partikler av visse størrelser forårsaker lys å spre seg.
Takk
jeg er takknemlig for arkivhjelp Av Jd Shaw, Mr Swan, Al Witzel, Og ansatte I Rauner Special Collections Library, Dartmouth College. Jeg står i gjeld Til may-familien for å tilrettelegge Og tillate reproduksjon Av Rudolph-bilder. Synspunktene og forskningen som presenteres her ble inspirert av datteren Min Eleanor, som liker å spørre hvorfor.
Finansiering
Finansiering ble mottatt Fra David Og Lucile Packard Foundation (Fellowship in Science And Engineering no. 2007-31754).
Mai, R. L. 1939. Rudolph Den Røde Nosed Reinen. Chicago, IL: Montgomery Ward.
Hogg, C., Neveu, M., Stokkan, K.-A., Folkow, L., Cottrill, P., Douglas, R., Et al. 2011. Arktisk rein utvider sitt visuelle utvalg i ultrafiolett. J. Exp. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242 / jeb.053553
Meinander, O., Kontu, A., Lakkala, K., Heikkilä, a., Ylianttila, L. og Toikka, M. 2008. Daglige variasjoner I UV-albedo av arktisk snø. Atmos. Chem. Phys. 8:6551–63. doi: 10.5194 / acp-8-6551-2008
Tyler, N. J. c., Jeffery, G., Hogg, C. R., Og Stokkan, K.-A. 2014. Ultrafiolett syn kan øke reinens evne til å diskriminere planter i snø. Arktisk 67: 159-66. doi: 10.14430 / arctic4381
Stokkan, K.-A., Folkow, L., Hertuger, J., Neveu, M., Hogg, C., Siefken, S., et al. 2013. Skiftende speil: adaptive endringer i retinal refleksjoner til vintermørke I Arktisk rein. Proc. R. Soc. Lond. B 280:20132451. doi: 10.1098 / rspb.2013.2451
Arnulf, A., Bricard, J., Curé, E., Og Vé, C. 1957. Overføring av tåke og tåke 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. Bølgelengdeavhengig modell av utryddelse i tåke og dis for fri plass optisk kommunikasjon. Velge. Express 19:3379-86. doi: 10.1364 / oe.19.003379
Kumai, M. 1973. Arktisk tåkedråpestørrelsesfordeling og dens effekt på lysdemping. J. Atmos. Sci. 30:635–43. doi: 10.1175/1520-0469(1973)030<0635:AFDSDA>2.0.CO;2
Pris, J. 2011. Stråling tåke. Del I: observasjoner av stabilitet og dråpestørrelsesfordelinger. Grense-Lag Meteorol. 139:167–91. doi: 10.1007 / s10546-010-9580-2
Hazen, B. s. 1958. Rudolph Den Røde Nosed Reinen. New York, NY: Den Gyldne Trykk.
van Der Hoven, B., Klijn, E., van Genderen, M., Schaftenaar, W., de Vogel, l. l., van Duijn, D., et al. 2012. Mikrocirkulatorisk undersøkelse av neseslimhinnen hos reinsdyr Rangifer tarandus (Mammalia, Artiodactyla, Cervidae): Rudolphs nese var overopphetet. Deinsea 15:37-46. Tilgjengelig fra: 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., Yürü, K., Folkow, L. P., Fokkens, W. J., et al. 2012. Hvorfor Rudolphs nese er rød: observasjonsstudie BMJ 345: e8311. doi: 10.1136 / bmj.e8311
Torregrosa, A., O ‘ Brien, T. A., Og Faloona, I. C. 2014. Kyst tåke, klimaendringer og miljø. Eos Trans. Er. Geofyser. 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
