گیرنده‌های مادون قرمز: حس ششم مارها برای دیدن گرمای جهان
پرتوهای نامرئی: مادون قرمز چیست؟
همهٔ اجسام در اطراف ما، حتی خود ما، به دلیل داشتن دمای بالاتر از صفر مطلق۳، از خود انرژی ساطع می‌کنند. این انرژی به صورت امواج الکترومغناطیس در فضا پخش می‌شود. نور مرئی که با چشمان خود می‌بینیم، تنها بخش کوچکی از این امواج است. درست در کنار نور قرمز که کم‌انرژی‌ترین نور مرئی است، ناحیه‌ای از امواج قرار دارد که به آن مادون قرمز یا فروسرخ می‌گویند. این پرتوها را نمی‌توانیم ببینیم، اما می‌توانیم گرمای آن‌ها را روی پوست خود حس کنیم.
رابطه بین دمای یک جسم و انرژیی که تابش می‌کند را می‌توان با قانون فیزیکی معروفی توصیف کرد. اگر بخواهیم ساده بگوییم، هرچه جسم گرم‌تر باشد، انرژی بیشتری به صورت پرتوهای مادون قرمز تابش می‌کند. شدت تابش تقریباً با توان چهارم دمای مطلق۴ جسم مرتبط است: $ P \propto T^4 $. در اینجا $ P $ توان تابشی و $ T $ دمای مطلق جسم است.
ساختار و انواع گیرنده‌های حرارتی در مارها
همهٔ مارها این قابلیت را ندارند. این حس ویژه عمدتاً در دو خانواده از مارها یافت می‌شود: مارهای گرمایی‌پیت۵ (مانند افعی‌ها و مار زنگی) و مارهای پایتون۶ و بوآ۷. اما ساختار این گیرنده‌ها در این دو خانواده کمی متفاوت است.
| نوع مار | نام گیرنده | محل قرارگیری | ساختار و حساسیت |
|---|---|---|---|
| مارهای گرمایی‌پیت (افعی‌ها) | حفره‌های چهره‌ای۸ | بین سوراخ بینی و چشم، در دو طرف سر | حفره‌ای عمیق با غشایی حساس در انتها. بسیار پیشرفته و قادر به تشخیص تغییر دمای کمتر از 0.003 درجه سانتی‌گراد. |
| مارهای پایتون و بوآ | روزن‌های لبـی۹ | در امتداد لب بالایی، به صورت ردیفی از فرورفتگی‌ها | ساده‌تر از نوع حفره‌ای. هنوز بسیار مؤثر و برای شکار در شب کافی هستند. |
درون این حفره‌ها یا روزنه‌ها، یک غشای نازک وجود دارد که مانند شبکیهٔ حرارتی عمل می‌کند. این غشا پر از پایانه‌های عصبی بسیار تخصص‌یافته‌ای است که به کوچکترین تغییرات دما واکنش نشان می‌دهند. وقتی پرتوهای مادون قرمز به این غشا برخورد می‌کنند، آن را گرم می‌کنند و این گرمایش باعث ایجاد یک سیگنال الکتریکی در عصب می‌شود که به مغز مار ارسال می‌گردد.
از حس گرما تا تصویر ذهنی: مغز چگونه سیگنال‌ها را پردازش می‌کند؟
داشتن حسگرهای پیشرفته کافی نیست. مغز باید بتواند اطلاعات آن‌ها را تفسیر کند. سیگنال‌های دریافتی از گیرنده‌های سمت چپ و راست سر، به بخش ویژه‌ای در مغز مار به نام هستهٔ لوبار۱۰ ارسال می‌شوند. این بخش از مغز، مخصوص پردازش اطلاعات حرارتی است.
مغز با مقایسهٔ شدت سیگنال‌های دریافتی از هر دو طرف سر، می‌تواند جهت و فاصلهٔ منبع گرما را با دقت شگفت‌انگیزی محاسبه کند. برای مثال، اگر گرمای دریافتی از حفرهٔ سمت راست قوی‌تر از سمت چپ باشد، مغز نتیجه می‌گیرد که شکار در سمت راست قرار دارد. این پردازش، در نهایت یک "تصویر حرارتی" دو بعدی در ذهن مار ایجاد می‌کند. این تصویر مانند یک نقشهٔ گرمایی است که موقعیت شکار را در تاریکی مطلق نشان می‌دهد.
شکار در تاریکی: یک مثال عملی از توانایی فوق‌العاده
تصور کنید یک موش کوچک در شب تاریک در حال جست‌وخیز است. بدن این موش، به دلیل گرمای خود، پرتوهای مادون قرمز ساطع می‌کند. یک مار زنگی در فاصله‌ای نه چندان دور، پنهان شده است.
- پرتوهای مادون قرمز بدن موش، وارد حفره‌های چهره‌ای مار می‌شوند.
- غشای حساس درون حفره‌ها گرم شده و عصب‌ها را فعال می‌کند.
- سیگنال‌ها به سرعت به مغز مار ارسال می‌شوند.
- مغز مار با مقایسهٔ اطلاعات دو حفره، جهت دقیق و حتی فاصلهٔ تقریبی موش را تشخیص می‌دهد.
- مار با ترکیب این اطلاعات حرارتی با اطلاعات دیگرش (مانند بویایی)، یک حملهٔ سریع و مرگبار را برنامه‌ریزی و اجرا می‌کند.
این توانایی به مار اجازه می‌دهد نه تنها در تاریکی کامل، بلکه وقتی شکار در پشت بوته‌ها یا علف‌های بلند پنهان شده است، آن را با موفقیت شکار کند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاورقی
۱ Infrared Receptors
۲ Wavelength
۳ Absolute Zero (-273.15°C)
۴ Absolute Temperature
۵ Pit Vipers
۶ Python
۷ Boa
۸ Facial Pits
۹ Labial Pits
۱۰ Lobes of the Brain (Lateral Descending Trigeminal Tract)