frontiere pentru mințile tinere
rezumat
renii arctici au ochi și viziune neobișnuite. Spre deosebire de majoritatea mamiferelor, renii pot vedea lumina ultravioletă, care este invizibilă pentru noi. De asemenea, au un țesut reflectorizant în ochi care se schimbă de la o culoare aurie în lunile de vară la o culoare albastru intens în lunile de iarnă. Împreună, aceste trăsături speciale îi ajută pe reni să vadă alimente vegetale sau prădători în zăpadă, mai ales în timpul iernii, când lumina zilei din Arctica este slabă și violacee. O problemă cu posibilitatea de a vedea purpuriu și albastru foarte bine este că aceste culori sunt practic invizibile în ceață. Lumina roșie călătorește cel mai bine în ceață și rezultă că renii, mai mult decât alte mamifere, ar beneficia de un nas care produce lumină roșie. Cel puțin un ren este raportat că are un nas luminescent (strălucitor) care funcționează bine în condiții de ceață. Scopul acestei lucrări este de a estima roșeața acestui nas și de a explora avantajele și dezavantajele acestuia.
Introducere
Rudolph renul cu nasul roșu este o poveste clasică a comportamentului animalelor de Robert L. May . Descrie renii care se despart (termenul tehnic pentru a juca jocuri) și exclude un membru al grupului pe nume Rudolph din cauza nasului său neobișnuit de mare, roșu. Lumina din nasul lui Rudolph, care poate fi descrisă ca” orbitoare “în lumina zilei și” strălucitoare ” noaptea, s-a dovedit mai târziu utilă în Ajunul Crăciunului, când ceața arctică groasă a întrerupt pregătirile de zbor ale lui Moș Crăciun și ale echipei sale de opt reni. În aceste condiții de ceață, nasul lui Rudolph a emis suficientă lumină pentru un zbor sigur și livrarea de cadouri în întreaga lume (Figura 1). Această poveste a nasului lui Rudolph și strălucirea sa în ceață este familiară majorității copiilor, adulților și biologilor, dar este, de asemenea, considerată anormală, ceea ce înseamnă extrem de neobișnuită. Ca regulă generală, oamenii de știință evită să studieze trăsături anormale. Faptul că nasul luminescent (strălucitor) este atât de rar explică de ce culoarea și avantajele/dezavantajele nasului luminescent sunt practic nestudiate.
- Figura 1 – notele originale ale lui Robert L. May din observațiile sale de ren au fost scrise într-un stil poetic numit tetrametru anapestic.
- CAIETUL său a inclus schițe de Denver L. Gillen și această pagină ilustrează strălucirea roșie sau luminiscența nasului Roșu al lui Rudolph în condiții atmosferice întunecate și întunecate (reprodus cu permisiunea Bibliotecii Rauner Special Collections, Colegiul Dartmouth).
noile descoperiri despre viziunea culorilor renilor ar putea conține indicii importante despre valoarea unui nas luminescent. De exemplu , s-a descoperit recent că renii arctici (denumirea științifică Rangifer tarandus tarandus) pot vedea lumina ultravioletă (UV), care este invizibilă pentru oameni și pentru majoritatea celorlalte mamifere care sunt active în primul rând în timpul zilei. Beneficiile viziunii UV sunt necunoscute, dar capacitatea de a vedea lumina UV ar putea ajuta renii să vadă lucruri importante, cum ar fi prădătorii și mâncarea. De exemplu, blana albă a lupilor și unele alimente vegetale importante, cum ar fi lichenii, absorb lumina UV, făcând lichenii să pară întunecați și mai ușor de văzut în zăpadă, deoarece zăpada reflectă lumina UV și arată strălucitoare . Beneficiile de a vedea lumina UV ar putea fi cele mai mari în mijlocul iernii, când soarele este scăzut pe cerul Arctic și împrăștierea luminii ridicate în atmosferă produce lumină care este în principal UV și purpurie .
și mai surprinzătoare este capacitatea ochilor de ren de a-și schimba culoarea odată cu anotimpurile. Ochii de ren au un țesut reflectorizant asemănător unei oglinzi numit tapetum lucidum, care este latină pentru “tapiserie strălucitoare”.”Acest țesut provoacă strălucirea ochilor, fenomen care se vede cel mai adesea atunci când farurile mașinilor noastre strălucesc în ochii animalelor sălbatice sau a animalelor de companie. Un tapetum lucidum este important pentru animalele nocturne (active pe timp de noapte), deoarece le permite să vadă în întuneric. Lucrul remarcabil despre Reni este că tapetum lucidum se schimbă de la o culoare aurie bogată în timpul verii la o culoare albastru intens în timpul iernii . Factorii care determină această schimbare de culoare sunt înțeleși, dar avantajele, dacă există, sunt misterioase. O idee este că ar putea crește capacitatea renilor de a vedea lumina albastră în condiții de lumină slabă. Deci, este clar că renii arctici au o viziune extrem de neobișnuită și interesantă. Dar, în același timp, această abilitate specială de a vedea lumina albastră la sfârșitul lunii decembrie este un dezavantaj clar în condiții de ceață.
transmisia luminii în ceață
ceața este o acumulare de picături mici de apă sau cristale de gheață suspendate deasupra suprafeței Pământului. Se formează atunci când aerul umed este răcit sub o temperatură specifică și o parte din vaporii de apă se condensează (se transformă în picături mici de lichid). Prin definiție, vremea este considerată ceață atunci când nu putem vedea mai mult de 1000 m înainte. În cartea sa, Robert L. May a descris ceața” la fel de groasă ca fizzul alb “și vizibilitate aproape zero (era” întunecată și mohorâtă”), ceea ce sugerează că ceața ar fi putut fi unul dintre cele două tipuri posibile: ceață de radiații sau ceață de gheață. Ceața de radiații se întâmplă atunci când solul răcește aerul de deasupra acestuia prin contact. Ceața de gheață apare atunci când aerul cald interacționează cu aerul extrem de rece și vaporii de apă se schimbă direct într-un solid, formând mici cristale de gheață suspendate în aer.
capacitatea luminii de a străluci prin ceață variază în funcție de culoarea luminii. Lumina mai roșie călătorește cel mai departe, dar distanța pe care o poate parcurge lumina scade dacă dimensiunea cristalelor de gheață sau a picăturilor de apă din ceață este mare . Dacă picăturile sunt peste o anumită dimensiune, atunci un proces numit împrăștiere Mie va stinge toată lumina de orice culoare . Împrăștierea Mie se întâmplă în majoritatea tipurilor de ceață, ceea ce face ca cea mai mare parte a ceții să fie foarte dificil de văzut, dar se preconizează că un nas roșu strălucitor va eclipsa orice alt tip de nas, lumina roșie călătorind mai departe în ceața de gheață, deoarece cristalele de gheață din ceața de gheață sunt mai mici decât picăturile de apă din ceața de radiații . Pentru a înțelege cât de util ar putea fi nasul lui Rudolph în ceață, este necesar să cunoaștem culoarea exactă a luminii care strălucește din nas.
culoarea nasului lui Rudolph
un indiciu al culorii nasului lui Rudolph provine din versiunea Barbara Hazen a poveștii originale a lui May . În această versiune, Rudolph se ascunde în spatele unui tufiș holly, astfel încât ” nasul său roșu aprins s-a amestecat cu fructele de pădure roșii aprinse.”Figura 2 ilustrează acest eveniment și cantitatea de lumină a fiecărei lungimi de undă, care este o modalitate de măsurare a culorii, care ricoșează sau reflectă, din fructele de pădure. Acest tip de grafic se numește spectru de reflexie. Dacă presupunem că boabele prezentate în Figura 2 sunt similare cu cele ale fructelor holly din Arctica, atunci putem estima că nasul lui Rudolph produce lumină cu un vârf spectral de aproximativ 700 nm, deoarece aceasta este lungimea de undă a luminii reflectată cel mai puternic de boabele holly. O reflexie de vârf de 700 nm înseamnă că boabele și, prin urmare, nasul lui Rudolph, trebuie să fie extrem de roșii – posibil roșeața maximă pe care ochii mamiferelor o pot vedea.
- Figura 2-o versiune ulterioară a Rudolph renul cu nasul roșu a discutat despre culoarea similară a fructelor de pădure coapte și a nasului lui Rudolph.
- ilustrația lui Richard M. Scarry este prezentată, împreună cu o imagine a fructelor coapte de holly (denumire comună: engleză / Crăciun holly; Denumire științifică: ilex aquifolium). Graficul prezintă spectrele de reflexie ale boabelor, care descriu practic roșeața și luminozitatea culorii lor. Regiunea umbrită de roșu reprezintă variația, iar linia neagră reprezintă media într-un eșantion de 10 fructe de pădure.
această estimare este doar o presupunere educată, dar sugerează că o lumină roșie de ceață este mai bună decât orice alt tip. Nasul lui Rudolph poate fi deosebit de important iarna, când ochii renilor sunt mai buni la a vedea albastru. Deoarece ceața blochează lumina albastră, este logic ca renii să aibă cea mai mare nevoie de o lumină de ceață în lunile de iarnă, cum ar fi Decembrie. Acest lucru ajută la explicarea motivului pentru care nasul lui Rudolph a fost atât de util pentru zborul în ceață groasă. Cu toate acestea, un nas roșu luminescent poate avea și dezavantaje. Nasurile Renilor au un sistem complex de multe vase de sânge minuscule și , prin urmare, sunt destul de calde, o trăsătură care nu numai că împiedică înghețarea nasurilor renilor, dar determină și pierderea căldurii din corpul renilor în aerul din jur. Dacă se pierde prea multă căldură din nasul său strălucitor, Rudolph ar putea risca hipotermia (o temperatură corporală periculos de scăzută) în condiții de vreme extrem de rece. Prin urmare, este extrem de important ca copiii să ofere alimente bogate în calorii pentru a-l ajuta pe Rudolph să-și mențină temperatura corpului în Ajunul Crăciunului.
în general, avantajele unui nas luminescent roșu par a fi mai mari decât dezavantajele, ceea ce ridică întrebări cu privire la cât de des apar nasurile luminescente roșii la Reni. În prezent, cunoaștem un singur nas luminescent în populația de reni, dar avantajele sale sugerează că ar putea fi transmise generațiilor viitoare de reni. Pe de altă parte , frecvența vremii cețoase scade la nivel mondial din cauza schimbărilor climatice, ceea ce poate face ca beneficiile unui nas roșu strălucitor să fie mai puțin importante în viitor. O ipoteză diferită sugerează că nasul roșu al lui Rudolph este infectat cu paraziți nazali și pur și simplu roșu și umflat . Astfel de idei diferite despre motivul pentru care nasul lui Rudolph este roșu ne spun că sunt necesare investigații suplimentare și se speră că cititorii acestui articol vor ajuta la cercetările viitoare privind proprietățile luminii arctice și a ceții. Astfel de studii ar putea arunca o nouă lumină asupra biologiei și viziunii uimitoare a renilor.
Glosar
LUMINESCENT: emițătoare de lumină; strălucitoare.
ULTRAVIOLET: un tip de lumină care este invizibilă pentru oameni, dar vizibilă pentru unele animale. De exemplu, multe păsări și insecte pot vedea lumina ultravioletă.
TAPETUM LUCIDUM: Un țesut reflectorizant asemănător unei oglinzi în ochii unor animale care face ca ochii lor să strălucească atunci când lumina puternică îi lovește.
împrăștierea MIE: un proces numit după Gustav Mie, profesor German de fizică. Se întâmplă atunci când particulele rotunde sau sferice de anumite dimensiuni determină împrăștierea luminii.
mulțumiri
sunt recunoscător pentru asistența arhivistică a lui J. D. Shaw, Mr Swan, A. L. Witzel și a personalului Bibliotecii Rauner Special Collections, Colegiul Dartmouth. Sunt dator familiei May pentru facilitarea și permiterea reproducerii imaginilor Rudolph. Opiniile și cercetările prezentate aici au fost inspirate de fiica mea Eleanor, căreia îi place să întrebe de ce.
finanțare
finanțarea a fost primită de la Fundația David și Lucile Packard (Fellowship in Science and Engineering nr. 2007-31754).
Mai, R. L. 1939. Rudolph renul cu nasul roșu. Chicago, IL: Montgomery Ward.
Hogg, C., Neveu, M., Stokkan, K.-A., Folkow, L., Cottrill, P., Douglas, R. și colab. 2011. Renii arctici își extind raza vizuală în ultraviolet. J. Exp. Biol. 214:2014–9. doi: 10.1242/jeb.053553
Meinander, O., Kontu, A., Lakkala, K., Heikkil, A., Ylianttila, L. și Toikka, M. 2008. Variații diurne în albedo UV de zăpadă arctică. Atmos. Chem. Fizică. 8:6551–63. doi: 10.5194 / acp-8-6551-2008
Tyler, N. J. C., Jeffery, G., Hogg, C. R. și Stokkan, K.-A. 2014. Viziunea ultravioletă poate spori capacitatea renilor de a discrimina plantele în zăpadă. Arctic 67: 159-66. doi: 10.14430 / arctic4381
Stokkan, K.-A., Folkow, L., Dukes, J., Neveu, M., Hogg, C., Siefken, S. și colab. 2013. Oglinzi schimbătoare: modificări adaptive ale reflecțiilor retiniene la întunericul de iarnă în renii arctici. Proc. R. Soc. Lond. B 280: 20132451. doi: 10.1098 / rspb.2013.2451
Arnulf, A., Bricard, J., Cur, E., și V Otrivret, C. 1957. Transmiterea prin ceață și ceață în regiunea spectrală 0,35 până la 10 microni. J. Opt. Soc. Am. 47:491–8. doi: 10.1364 / josa.47.000491
Grabner, M., și Kvicera, V.2011. Modelul dependent de lungime de undă de dispariție în ceață și ceață pentru comunicarea optică a spațiului liber. Opt. Expres 19: 3379-86. doi: 10.1364 / oe.19.003379
Kumai, M. 1973. Distribuția dimensiunii picăturilor de ceață arctică și efectul său asupra atenuării luminii. J. Atmos. Sci. 30:635–43. doi: 10.1175/1520-0469(1973)030<0635:AFDSDA>2.0.CO;2
Preț, J. 2011. Ceață de radiații. Partea I: observații privind stabilitatea și distribuțiile de dimensiuni ale picăturilor. Meteorol Strat Limită. 139:167–91. doi: 10.1007 / s10546-010-9580-2
Hazen, B. S. 1958. Rudolph renul cu nasul roșu. New York, NY: presa de aur.
van der Hoven, B., Klijn, E., van Genderen, M., Schaftenaar, W., De Vogel, L. L., van Duijn, D. și colab. 2012. Investigații microcirculatorii ale mucoasei nazale la renii Rangifer tarandus (Mammalia, Artiodactyla, Cervidae): nasul lui Rudolph a fost supraîncălzit. Deinsea 15: 37-46. Disponibil de la: 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 Oktokr Oktokk, K., Folkow, L. P., Fokkens, W. J. și colab. 2012. De ce nasul lui Rudolph este roșu: studiu observațional. BMJ 345: e8311. doi: 10.1136 / bmj.E8311
Torregrosa, A., O ‘ Brien, T. A. și Faloona, I. C. 2014. Ceață de coastă, schimbări climatice și mediu. Eos Trans. Am. Geophys. Uniunea 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
