뱀의 적외선 감지

적외선 열방사를 감지하는 능력은 두 개의 뱀 집단에서 독립적으로 진화했습니다. 하나는 Boidae과 Pythonidae과로 구성되고 다른 하나는 Crotalinae과입니다.흔히 피트 오르간이라고 불리는 것은 기본적으로 이 동물들이 5에서 30 μm 사이의 파장에서 복사열을 ^[1]볼 수 있게 해줍니다.광구 독사의 적외선 감각이 발달해 빛이 없어도 먹이를 정확하게 타격할 수 있고, 수 ^[2][3]미터 떨어진 곳에서 따뜻한 물체를 탐지할 수 있다.이전에는 이 장기들이 주로 먹이 탐지기로 진화했다고 생각되었지만, 최근의 증거는 체온 조절과 포식자 탐지에도 사용될 수 있다는 것을 암시하고 있으며,^[4][5] 이것은 예상했던 것보다 더 범용적인 감각 기관으로 만들어지고 있다.

계통발생과 진화

얼굴의 피트는 피트비퍼와 몇몇 보아와 비단뱀에서 평행한 진화를 겪었습니다.그것은 피트비퍼에서 한 번, 그리고 보아와 비단뱀에서 ^[6]여러 번 진화했다.구조의 전기생리학은 두 계통이 비슷하지만 전체 구조 해부학에서는 다릅니다.가장 표면적으로 볼 때, 피트는 눈과 콧구멍 사이에 머리 양쪽에 하나의 큰 구덩이를 가지고 있는 반면, 보아와 비단뱀은 비늘 안이나 사이에 윗입술과 때로는 아랫입술 사이에 3개 이상의 비교적 작은 구덩이를 가지고 있다.피트바이퍼들은 단순한 피트 구조와 달리 현탁된 감각막을 가지고 있어 더 발달되어 있다.

해부학

피트 바이퍼에서, 열 구덩이는 연단에 있는 깊은 주머니와 그 위에 막이 뻗어 있는 것으로 구성됩니다.막 뒤에는 공기가 채워진 챔버가 막의 양쪽에 공기 접촉을 제공합니다.피트막은 혈관이 높고 삼차 신경의 말단 질량(TNMs, 말단 신경질량)에서 형성된 수많은 열에 민감한 수용체들로 고도로 신경화되어 있습니다.그러므로 수용체는 분리된 세포가 아니라 삼차 신경 자체의 일부입니다.보아와 비단뱀에서 발견되는 순순 구멍은 부유막이 없고, 뱀과 크로탈린 사이에 혈관 구조의 형태가 다르지만, 비슷하게 신경화된 막이 늘어선 구멍으로 더 단순하게 구성되어 있습니다.혈관 구조의 목적은 수용체 말단에 산소를 공급하는 것 외에 자극에 의한 열복사에 의해 가열된 후 수용체를 열중립 상태로 빠르게 냉각시키는 것이다.이 혈관 구조가 없었다면 수용체는 따뜻한 자극에 노출된 후에도 따뜻한 상태를 유지하고 자극이 ^[7]제거된 후에도 동물에게 잔상을 제공할 것이다.

신경해부술

모든 경우에 안면 피트는 삼차신경에 의해 신경화된다.크로탈린에서는 피트기관으로부터의 정보가 측하삼차로를 통해 수질의 망상열핵으로 중계된다.거기서부터 반대쪽 광학 텍텀으로 중계됩니다.보아와 비단뱀에서는, 외음 피트의 정보는 외측 하향 삼차로를 통해 망상 열량을 ^[8]우회하여 반대쪽 시신경으로 직접 보내집니다.

결국 적외선 신호를 처리하는 것이 뇌의 광학 구조입니다.뇌의 이 부분은 다른 감각 정보, 특히 시각 자극뿐만 아니라 운동, 고유 수용성 및 청각도 받습니다.지각에 있는 어떤 뉴런들은 시각이나 적외선 자극에만 반응하고, 다른 뉴런들은 시각과 적외선의 결합에 더 강하게 반응하고, 다른 뉴런들은 시각과 적외선의 조합에만 반응합니다.일부 뉴런은 한 방향으로의 움직임을 감지하도록 조정된 것으로 보인다.뱀의 시각 지도와 적외선 세계 지도가 시각 구조 안에 겹쳐져 있는 것이 발견되었다.이 결합된 정보는 구조를 통해 전뇌로 ^[9]전달됩니다.

피트 기관의 신경 섬유가 지속적으로 매우 낮은 속도로 반응합니다.중성 온도 범위 내에 있는 물체는 발사 속도를 바꾸지 않습니다. 중성 범위는 기관의 수용 영역에 있는 모든 물체의 평균 열 방사선에 의해 결정됩니다.주어진 역치를 초과하는 열복사는 신경섬유의 온도 상승을 유발하고, 그 결과 신경의 자극과 그 후의 발화를 유발하며, 상승된 온도는 발화 ^[10]속도를 증가시킨다.신경섬유의 민감도는 0.001°^[11]C 이상으로 추정된다.

피트 기관은 반복되는 자극에 적응할 것이다; 만약 적응된 자극이 제거된다면, 반대 방향으로 변동이 있을 것이다.예를 들어 뱀 앞에 따뜻한 물체를 놓으면 처음에는 기관 발화 속도가 증가하지만 잠시 후에는 따뜻한 물체에 적응해 피트 기관의 신경 발화 속도가 정상으로 돌아온다.그런 다음 따뜻한 물체를 제거하면 피트 오르간은 그 물체를 제거할 때까지 그 공간을 차지했던 공간을 더 차갑게 등록하게 되고, 따라서 발사 속도는 줄어들게 됩니다.적응 지연 시간은 약 50-150ms입니다.^[10]

얼굴 피트는 실제로 핀홀 카메라와 동일한 광학 원리를 사용하여 열 방사선을 시각화하며, 열 방사원의 위치는 열 피트의 막에 있는 방사선의 위치에 따라 결정됩니다.그러나 컴퓨터 분석을 통해 얼굴 구덩이에 보이는 열 이미지를 시각화한 연구는 해상도가 매우 낮다는 것을 시사했다.피트 개구부의 크기는 작고 따뜻한 물체의 분해능을 저하시켜 피트의 작은 크기와 그에 따른 열전도 불량과 결합되어 생성된 이미지는 분해능과 대비가 매우 낮습니다.화상의 초점이나 선명화는 수평 하행 삼차도에서 일어나는 것으로 알려져 있으며, 텍텀에서 일어나는 시각과 적외선의 통합이 화상의 선명화에 도움이 될 수도 있다.

분자 메커니즘

적외선 검출 메커니즘은 적외선 검출에도 불구하고 광수용체와 유사하지 않으며 광화학 반응을 통해 빛을 검출하는 반면 뱀 구덩이의 단백질은 일시적인 수용체 전위 채널인 TRPA1로 온도 민감 이온 채널이다.빛에 ^[12]대한 화학적 반응보다는 피트 기관의 난방을 수반하는 메커니즘을 통해 적외선 신호를 감지합니다.구조와 기능 면에서 그것은 볼로미터라고 불리는 온열 감지 장치의 생물학적 버전과 유사합니다.이것은 유입되는 적외선 복사가 주어진 이온 채널을 빠르고 정확하게 따뜻하게 하고 신경 자극을 유발하며 이온 채널을 원래 온도 상태로 빠르게 냉각시키기 위해 피트막의 혈관화를 가능하게 하는 얇은 피트막과 일치합니다.이 메커니즘의 분자 전구체는 다른 뱀에서 발견되는 반면, 단백질은 훨씬 낮은 수준으로 발현되고 ^[12]열에 훨씬 덜 민감합니다.

행동 및 생태학적 영향

적외선 감지 뱀은 설치류나 조류와 같은 온혈성 먹이를 탐지하고 목표로 삼기 위해 구덩이의 기관을 광범위하게 사용한다.비록 그들이 그들의 체온을 기준으로 ^[15]먹잇감을 평가하는 것처럼 보이지는 않지만, 맹목적이거나 ^[13][14]눈을 가린 방울뱀은 가시광선이 전혀 없을 때 먹이를 정확하게 공격할 수 있다.게다가, 뱀들은 ^[16][17]먹잇감의 적외선 탐지를 용이하게 하는 매복 장소를 의도적으로 선택할 수도 있다.이전에는 이 기관이 먹이 ^[11]포획을 위해 특별히 진화한 것으로 추정되었다.그러나 최근의 증거는 피트 기관이 체온 조절에도 사용될 수 있다는 것을 보여준다.불편할 정도로 뜨거운 미로에서 시원한 열 피난처를 찾는 뱀의 능력을 시험한 실험에서, 모든 독사는 빠르고 쉽게 피난처를 찾을 수 있었지만, 진정한 독사는 그렇게 할 수 없었다.이것은 피트바이퍼들이 체온 조절 결정을 ^[4]돕기 위해 피트 기관을 사용했음을 암시한다.또한 기관이 포식적 기관이 아닌 방어적 적응으로 진화했을 수도 있고, 또는 여러 가지 압력이 ^[5]기관의 발달에 기여했을 수도 있습니다.비단뱀과 보아에서 온도 조절이나 다른 행동을 지시하는 데 열 구덩이의 사용은 아직 결정되지 않았습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 크로탈리아과
• 흡혈 박쥐의 적외선 감지
• 신경윤리학
• 열수용

레퍼런스

외부 링크

• 뱀의 적외선 시각에 관한 Physog
• 뱀의 적외선 시야 요약 기사(2013년 7월 15일 보관)