grenzen voor jonge geesten

Abstract

Arctische rendieren hebben ongewone ogen en visie. In tegenstelling tot de meeste zoogdieren, kunnen rendieren ultraviolet licht zien, dat onzichtbaar is voor ons. Ze hebben ook een reflecterend weefsel in het oog dat verandert van een gouden kleur tijdens de zomermaanden naar een diepblauwe kleur tijdens de wintermaanden. Samen, deze speciale eigenschappen helpen rendieren zien plantaardig voedsel of roofdieren in de sneeuw, vooral tijdens de winter, wanneer het daglicht in het noordpoolgebied is zwak en paarsachtig. Een probleem met de mogelijkheid om paars en blauw echt goed te zien is dat deze kleuren zijn praktisch onzichtbaar in mist. Rood licht reist het best in mist, en daaruit volgt dat rendieren, meer dan andere zoogdieren, baat zouden hebben bij een neus die rood licht produceert. Ten minste één rendier heeft een Lichtgevende (Gloeiende) neus die goed werkt onder mistige omstandigheden. Het doel van dit artikel is om de roodheid van deze neus in te schatten en de voor-en nadelen ervan te onderzoeken.Rudolph The Red-Nosed Reindeer is een klassiek verhaal over het gedrag van dieren door Robert L. May . Het beschrijft rendieren die zichzelf dispenseren (de technische term voor het spelen van spelletjes) en het uitsluiten van een groepslid genaamd Rudolph vanwege zijn ongewoon grote, rode neus. Het licht van Rudolph ‘s neus, dat kan worden omschreven als” verblindend “in daglicht en” gloeiend ” in de nacht, bleek later nuttig op kerstavond, toen Dikke Arctische mist verstoorde de vlucht voorbereidingen van de Kerstman en zijn team van acht rendieren. Onder deze mistige omstandigheden straalde de neus van Rudolph voldoende licht uit voor een veilige vlucht en het bezorgen van geschenken over de hele wereld (figuur 1). Dit verhaal van Rudolph ‘ s neus en zijn schittering in mist is bekend bij de meeste kinderen, volwassenen en biologen, maar het wordt ook als abnormaal beschouwd, wat extreem ongebruikelijk betekent. Als algemene regel vermijden wetenschappers het bestuderen van abnormale eigenschappen. Het feit dat luminescente (gloeiende) neuzen zo zeldzaam zijn verklaart waarom de kleur en voor-en nadelen van luminescente neuzen praktisch niet bestudeerd zijn.

nieuwe bevindingen over het kleurenbeeld van rendieren kunnen belangrijke aanwijzingen bevatten over de waarde van een lichtgevende neus. Zo werd onlangs ontdekt dat arctische rendieren (wetenschappelijke naam Rangifer tarandus tarandus) ultraviolet (UV) licht kunnen zien , dat onzichtbaar is voor mensen en de meeste andere zoogdieren die voornamelijk overdag actief zijn. De voordelen van UV-zicht zijn onbekend, maar het vermogen om UV-licht te zien kan rendieren helpen om belangrijke dingen te zien, zoals roofdieren en voedsel. Bijvoorbeeld, de witte vacht van wolven en een aantal belangrijke plantaardige voedingsmiddelen, zoals korstmossen, absorberen UV-licht, waardoor de korstmossen er donker uitzien, en gemakkelijker te zien in sneeuw, omdat sneeuw UV-licht reflecteert en er helder uitziet . De voordelen van het zien van UV-licht kunnen het grootst zijn in het midden van de winter, wanneer de zon laag aan de Arctische hemel staat en de verstrooiing van licht hoog in de atmosfeer licht produceert dat voornamelijk UV en paars is .

nog verrassender is het vermogen van rendierogen om van kleur te veranderen met de seizoenen. Rendierogen hebben een spiegelachtig reflecterend weefsel genaamd een tapetum lucidum, wat Latijn is voor ” helder tapijt.”Dit weefsel veroorzaakt oogglans, een fenomeen dat het vaakst wordt gezien wanneer de koplampen van onze auto’ s in de ogen van wilde dieren of huisdieren schijnen. Een tapetum lucidum is belangrijk voor nachtdieren, omdat ze daardoor in het donker kunnen zien. Het opvallende aan rendieren is dat hun tapetum lucidum verandert van een rijke gouden kleur tijdens de zomer naar een diepblauwe kleur tijdens de winter . De factoren die deze kleurverandering veroorzaken worden begrepen, maar de voordelen, indien aanwezig, zijn mysterieus. Een idee is dat het het vermogen van rendieren kan vergroten om blauw licht te zien bij weinig licht. Het is dus duidelijk dat arctische rendieren een zeer ongebruikelijke en interessante visie hebben. Maar tegelijkertijd is dit speciale vermogen om blauw licht te zien eind December een duidelijk nadeel onder mistige omstandigheden.

lichttransmissie in mist

mist is een opeenhoping van kleine waterdruppeltjes of ijskristallen die boven het aardoppervlak hangen. Het vormt zich wanneer vochtige lucht wordt gekoeld onder een specifieke temperatuur en een deel van de waterdamp condenseert (verandert in kleine vloeibare druppeltjes). Per definitie wordt het weer als mistig beschouwd wanneer we niet meer dan 1000 m vooruit kunnen zien. In zijn boek beschreef Robert L. May de mist “zo dik als witte fizz” en bijna geen zicht (het was “donker en somber”), wat suggereert dat de mist een van de twee mogelijke soorten zou kunnen zijn geweest: stralingsmist of ijsmist. Stralingsmist ontstaat wanneer de grond de lucht erboven afkoelt door contact. Ijsmist treedt op wanneer warme lucht interageert met extreem koude lucht en de waterdamp direct verandert in een vaste stof, waardoor kleine ijskristallen in de lucht worden gevormd.

het vermogen van licht om door mist te schijnen varieert afhankelijk van de kleur van het licht. Roder licht reist het verst, maar de afstand die licht kan afleggen neemt af als de grootte van de ijskristallen of waterdruppels in de mist groot is . Als de druppels zijn boven een bepaalde grootte, dan is een proces genaamd Mie verstrooiing zal al het licht van elke kleur doven . Mie verstrooiing gebeurt in de meeste misttypes, waardoor de meeste mist erg moeilijk door te zien is, maar een gloeiende rode neus wordt voorspeld om elke andere vorm van neus te overtreffen, met rood licht dat verder reist in ijsmist omdat de ijskristallen in ijsmist kleiner zijn dan de waterdruppels in stralingsmist . Om te begrijpen hoe behulpzaam Rudolph ‘ s neus in de mist zou kunnen zijn, is het noodzakelijk om de exacte kleur van het licht dat uit zijn neus schijnt te weten.

de kleur van Rudolph ‘s neus

een aanwijzing voor de kleur van Rudolph’ s neus komt uit Barbara Hazen ‘s versie van May’ s originele verhaal . In deze versie, Rudolph verbergt zich achter een hulststruik, zodat ” zijn heldere rode neus vermengd met de heldere rode bessen.”Figuur 2 illustreert deze gebeurtenis en de hoeveelheid licht van elke golflengte, die een manier is om de kleur te meten, die stuitert, of reflecteert, van hulstbessen. Dit type grafiek wordt een reflectiespectrum genoemd. Als we aannemen dat de bessen in Figuur 2 vergelijkbaar zijn met die van hulstvruchten in het Noordpoolgebied, dan kunnen we schatten dat Rudolph ‘ s neus licht produceert met een spectrale piek van ongeveer 700 nm, omdat dit de golflengte van licht is die het sterkst wordt gereflecteerd door de hulstbessen. Een piekreflectie van 700 nm betekent dat de bessen, en dus Rudolph ‘ s neus, extreem rood moeten zijn – mogelijk de maximale roodheid die de ogen van zoogdieren kunnen zien.

deze schatting is slechts een gefundeerde gok, maar het suggereert wel dat een rood mistlicht beter is dan elke andere soort. Rudolph ‘ s neus kan vooral belangrijk zijn in de winter, wanneer de ogen van rendieren zijn beter in het zien van blauw. Omdat mist blauw licht blokkeert, is het logisch dat rendieren de grootste behoefte hebben aan mistlicht in wintermaanden zoals December. Dit helpt te verklaren waarom Rudolph ‘ s neus zo nuttig was voor het vliegen in dikke mist. Een lichtgevende rode neus kan echter ook nadelen hebben. De neuzen van rendieren hebben een complex systeem van vele kleine bloedvaten en zijn daarom vrij warm, een eigenschap die niet alleen voorkomt dat rendierneuzen bevriezen, maar ook zorgt ervoor dat warmte van het lichaam van een rendier verloren gaat aan de omringende lucht. Als er te veel warmte uit zijn gloeiende neus verloren gaat, kan Rudolph onderkoeling (een gevaarlijk lage lichaamstemperatuur) riskeren onder Extreem koude weersomstandigheden. Het is daarom uiterst belangrijk voor kinderen om calorierijk voedsel te leveren om Rudolph te helpen zijn lichaamstemperatuur op kerstavond te handhaven.

over het geheel genomen lijken de voordelen van een rode luminescente neus groter te zijn dan de nadelen, wat vragen oproept over hoe vaak rode luminescente neus bij rendieren voorkomt. Op dit moment kennen we slechts één lichtgevende neus in de rendierpopulatie, maar de voordelen ervan wijzen erop dat deze kan worden doorgegeven aan toekomstige generaties rendieren. Aan de andere kant neemt de frequentie van mistig weer wereldwijd af als gevolg van klimaatveranderingen , waardoor de voordelen van een gloeiende rode neus in de toekomst minder belangrijk kunnen worden. Een andere hypothese suggereert dat Rudolph ‘ s rode neus is geïnfecteerd met nasale parasieten en gewoon rood en gezwollen . Zulke verschillende ideeën over waarom Rudolph ‘ s neus rood is vertellen ons dat verder onderzoek nodig is, en het is te hopen dat de lezers van dit artikel zullen helpen met toekomstig onderzoek naar de eigenschappen van Arctisch licht en mist. Dergelijke studies kunnen nieuw licht werpen op de verbazingwekkende biologie en visie van rendieren.

Dankbetuigingen

ik ben dankbaar voor de archiefbijstand van J. D. Shaw, M. R. Swan, A. L. Witzel, en medewerkers van de Rauner Special Collections Library, Dartmouth College. Ik ben dank verschuldigd aan de May familie voor het vergemakkelijken en toestaan van de reproductie van Rudolph beelden. De meningen en het onderzoek dat hier wordt gepresenteerd, zijn geïnspireerd door mijn dochter Eleanor, die graag vraagt waarom.

financiering

financiering werd ontvangen van de David and Lucile Packard Foundation (Fellowship in Science and Engineering no. 2007-31754).

Mei, R. L. 1939. Rudolph het rendier met de rode neus. Chicago, IL: Montgomery Ward.Hogg, C., Neveu, M., Stokkan, K.-A., Folkow, L., Cottrill, P., Douglas, R., et al. 2011. Arctische rendieren breiden hun visuele bereik uit in het ultraviolet. J. Exp. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242/jeb.053553

Meinander, O., Kontu, A., Lakkala, K., Heikkilä, A., Ylianttila, L., en Toikka, M. 2008. Dagelijkse variaties in het UV-albedo van arctische sneeuw. Atmos. Scheikunde. Phys. 8:6551–63. doi: 10.5194 / acp-8-6551-2008

Tyler, N. J. C., Jeffery, G., Hogg, C. R., and Stokkan, K.-A. 2014. Ultraviolet zicht kan het vermogen van rendieren om planten in sneeuw te onderscheiden verbeteren. Arctic 67: 159-66. doi: 10.14430 / arctic4381

Stokkan, K.-A., Folkow, L., Dukes, J., Neveu, M., Hogg, C., Siefken, S., et al. 2013. Verschuivende spiegels: adaptieve veranderingen in retinale reflecties aan winterse duisternis bij Arctische rendieren. Proc. R. Soc. Lond. B 280: 20132451. doi: 10.1098 / rspb.2013.2451

Arnulf, A., Bricard, J., Curé, E., en Véret, C. 1957. Transmissie door nevel en mist in het spectrale gebied 0,35 tot 10 micron. J. Opt. Soc. Is. 47:491–8. doi: 10.1364 / josa.47.000491

Grabner, M., en Kvicera, V. 2011. Het golflengteafhankelijke model van extinctie in mist en nevel voor vrije ruimte optische communicatie. Kiezen. Express 19: 3379-86. doi: 10.1364 / oe.19.003379

Kumai, M. 1973. Arctische mist druppelgrootteverdeling en het effect ervan op de lichtdemping. J. Atmos. Sci. 30:635–43. doi: 10.1175/1520-0469(1973)030<0635:AFDSDA>2.0.CO;2

Price, J. 2011. Stralingsmist. Deel I: observaties van stabiliteit en drop size distributies. Grens-Laag Meteorol. 139:167–91. doi: 10.1007 / s10546-010-9580-2

Hazen, B. S. 1958. Rudolph het rendier met de rode neus. 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. Microcirculatoire onderzoeken van neusslijmvlies bij rendier Rangifer tarandus (Mammalia, Artiodactyla, Cervidae): Rudolph ‘ s neus was oververhit. Deinsea 15: 37-46. Beschikbaar vanaf: 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. Waarom Rudolph ‘ s neus rood is: observationele studie. BMJ 345: e8311. doi: 10.1136 / bmj.E8311

Torregrosa, A., O ‘ Brien, T. A., and Faloona, I. C. 2014. Kustmist, klimaatverandering en het milieu. Eos Trans. Is. 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