Infrared sensing in vampire bats
पिशाच चमगादड़ों ने होम्योथर्मिक (गर्म-रक्त वाले) कशेरुकी जीवों का शिकार करने के लिए अपनी नाक-पत्ती पर अवरक्त-संवेदनशील रिसेप्टर्स का उपयोग करके एक विशेष प्रणाली विकसित की है। ट्राइजेमिनल तंत्रिका तंतु जो इन आई. आर.-संवेदनशील रिसेप्टर्स को उत्तेजित करते हैं, उनके शिकार द्वारा उत्सर्जित अवरक्त तापीय विकिरण का पता लगाने में शामिल हो सकते हैं। यह चमगादड़ों को अपने शिकार पर रक्त-समृद्ध क्षेत्रों का पता लगाने में मदद कर सकता है। इसके अलावा, न्यूरोएनाटॉमिकल और आणविक अनुसंधान ने पिशाच चमगादड़ और आईआर-संवेदनशील सांपों के बीच आईआर-संवेदी तंत्र की संभावित समानताओं का सुझाव दिया है। पिशाच चमगादड़ों में अवरक्त संवेदन को अभी तक छवि बनाने के लिए परिकल्पना नहीं की गई है, जैसा कि आई. आर.-संवेदनशील सांपों के लिए था। जबकि पिशाच चमगादड़ों में आई. आर.-संवेदन पर साहित्य कम है, इस क्षेत्र में यह पहचानने के लिए प्रगति की जा रही है कि पिशाच चमगादड़ अवरक्त तापीय विकिरण को कैसे महसूस कर सकते हैं और उसका उपयोग कर सकते हैं। पिशाच चमगादड़ एकमात्र ज्ञात स्तनधारी हैं जिनका पूरा पोषण स्तनधारियों या पक्षियों के रक्त पर निर्भर करता है। फाइलोस्टोमिडे परिवार और डेसमोडोंटिना उप-परिवार में, पिशाच चमगादड़ों की तीन ज्ञात प्रजातियां हैंः डेसमोडस रोटुंडस (आम पिशाच चमगादड़), डिफिला इकोडाटा (बालों वाले पैर वाले पिशाच चमगादड़), और डायमस यंगी (सफेद पंखों वाले पिशाच चमगादड़)। पिशाच चमगादड़ों में अवरक्त संवेदन पर अधिकांश संदर्भित शोध सामान्य पिशाच चमगादड़ पर किए गए हैं क्योंकि यह सबसे अधिक पाई जाने वाली प्रजाति है। व्यवहार पिशाच चमगादड़ों का उनके प्राकृतिक आवासों में लगभग 1935 तक अध्ययन नहीं किया गया था। शिकार के दौरान, चमगादड़ पहले हवा में कुछ मिनट लक्ष्य शिकार का चक्कर लगाते हुए बिताते हैं, अंततः जानवर की पीठ या गर्दन के शिखर पर और कभी-कभी जमीन पर उतरते हैं। फिर वे काटने के लिए एक उपयुक्त स्थान की खोज करने के लिए आगे बढ़ते हैं, जिसमें सेकंड से मिनट लग सकते हैं, और आमतौर पर गर्दन या पार्श्व पर भोजन करेंगे। एक ही स्थान पर अलग-अलग चमगादड़ों द्वारा कई बार खिलाया जा सकता है। कुर्टन और श्मिट (1982) ने सबसे पहले सुझाव दिया कि पिशाच चमगादड़ों में अवरक्त धारणा का उपयोग संभवतः लक्षित शिकार पर अधिकतम रक्त प्रवाह के क्षेत्रों का पता लगाने में किया जाता है। यद्यपि गर्म रिसेप्टर्स चूहों, मनुष्यों और कुत्तों जैसी प्रजातियों के चेहरे के क्षेत्रों में भी पाए जाते हैं, पिशाच चमगादड़ों पर इन रिसेप्टर्स की अत्यधिक कम तापमान संवेदनशीलता अवरक्त संवेदीकरण के लिए विशेषज्ञता का सुझाव देती है। (शरीर विज्ञान पर अनुभाग देखें)। 1982 में, कुर्टन और श्मिट ने इन्फ्रारेड विकिरण का पता लगाने के लिए पिशाच चमगादड़ों की क्षमता की जांच करने के लिए व्यवहार अध्ययन किए। उनके अध्ययन से पता चला कि जब एक गर्म और ठंडी वस्तु के बीच एक विकल्प दिया जाता है, तो पिशाच चमगादड़ों को अवरक्त उत्सर्जक संकेत इकाई (एसयू) चुनने के लिए प्रशिक्षित किया जा सकता है। तांबे की प्लेट की पीठ के साथ एक हीटिंग तत्व से बने दो एसयू को एक दीवार पर लगाया गया था। प्रत्येक परीक्षण के लिए, एक एसयू को गर्म किया गया था जबकि दूसरे को कमरे के तापमान पर बनाए रखा गया था। एस. यू. के हीटिंग और वार्मिंग का परीक्षणों के बीच यादृच्छिक रूप से आदान-प्रदान किया गया था। यदि चमगादड़ गर्म एसयू को सही ढंग से चुनते हैं, तो उन्हें प्रत्येक एसयू के नीचे एक फीडिंग ट्यूब के माध्यम से भोजन दिया जाता है। इस अध्ययन में, घ्राण और दृश्य उत्तेजनाओं को कम किया गया ताकि यह पता लगाया जा सके कि केवल तापीय संकेत व्यवहार संबंधी सीखने को प्रभावित करते हैं। खोल के पीछे जुड़ी पूरी फीडिंग ट्यूब द्वारा घ्राण संकेतों को समाप्त कर दिया गया था जिससे चमगादड़ों को उनका पुरस्कार मिला था। मंद प्रकाश ने दो एसयूएस के दृश्य संकेतों को कम कर दिया। एनाटॉमी केंद्रीय नाक-पत्ता और पैड का एक अर्धवृत्ताकार वलय पिशाच चमगादड़ की नाक संरचना का निर्माण करता है। तीन अवसाद भी हैं जिन्हें नाक या पत्ती के गड्ढों के रूप में जाना जाता है, जो नाक-पत्ते और पैड के बीच स्थित होते हैं। दो पार्श्व गड्ढे, नाक-पत्ते के प्रत्येक तरफ एक, नाक-पत्ते की ओर 45° कोण पर स्थित होते हैं। एपिकल गड्ढे को थोड़ा ऊपर उठाया जाता है और नाक-पत्ते के सापेक्ष ऊपर की ओर और आगे की ओर निर्देशित किया जाता है। गड्ढे लगभग 1 मिलीमीटर चौड़े और 1 मिलीमीटर गहरे, बालहीन और ग्रंथिहीन होते हैं। विरल रूप से वितरित रक्त वाहिकाओं के साथ घने संयोजी ऊतक की एक परत नाक की संरचना को अछूता करती है। अकेले संरचना के आधार पर, इन गड्ढों को पहले आई. आर.-रिसेप्टरों को रखने का सुझाव दिया गया था। न्यूरोएनाटॉमी कुर्टन और श्मिट (1982) ने पहली बार सुझाव दिया कि प्रत्येक गड्ढे की संरचना का स्थान और अभिविन्यास अवरक्त विकिरण का पता लगाने में दिशात्मक जानकारी प्रदान करता है। उनके प्रारंभिक अध्ययनों से, नाक के गड्ढे आई. आर.-धारणा के उद्देश्यों के लिए आदर्श प्रतीत होते हैं। बाद में 1984 में, कुर्टेन और सहयोगियों ने केंद्रीय नाक-पत्ते और ऊपरी होंठ पर स्थित तापमान-संवेदनशील अवरक्त थर्मोरिसेप्टरों के तंत्रिका तंतुओं से इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग की, लेकिन नाक के गड्ढों में ऐसे रिसेप्टर्स नहीं पाए (शरीर विज्ञान देखें)। इसने उनकी पहले की परिकल्पना को रद्द कर दिया और स्थापित किया कि अवरक्त-संवेदनशील रिसेप्टर्स केंद्रीय नाक-पत्ते पर स्थित हैं। शेफर और सहयोगियों ने नाक-पत्ते पर भी थर्मोरिसेप्टरों के आवेगों को रिकॉर्ड करके इसकी पुष्टि की। पिशाच चमगादड़ के मस्तिष्क खंडों के क्लूवर-बरेरा और निस्ल धुंधलेपन ने अवरोही त्रिकोणीय पथ (डी. वी.) के पार्श्व में स्थित एक अद्वितीय नाभिक का खुलासा किया। नाभिक न्यूरोपिल्स और मध्यम आकार की कोशिकाओं से बना होता है, जो आई. आर.-संवेदनशील सांपों में पार्श्व अवरोही त्रिकोणीय प्रणाली में नाभिक (डी. एल. वी.) के समान होता है। यह विशेष नाभिक पिशाच चमगादड़ों की सभी तीन प्रजातियों में पाया जाता है और कोई अन्य चमगादड़ नहीं है, लेकिन आवश्यक रूप से अवरक्त संवेदन के साथ सीधे संबंध का संकेत नहीं देता है। इन सीटू संकरण अध्ययनों का उपयोग करते हुए हाल के अध्ययनों ने ट्राइजेमिनल गैन्ग्लिया (टीजी) में बड़े व्यास वाले न्यूरॉन्स का पता लगाया है जो पिशाच चमगादड़ों के लिए अद्वितीय हैं और आईआर-संवेदनशील सांपों में पाए जाने वाले न्यूरॉन्स के समान हैं। हालांकि न्यूरॉन्स के रूपात्मक संगठन आई. आर.-संवेदी सांप वंशावली के साथ अभिसारी विकास का सुझाव देते हैं, लेकिन यह स्पष्ट नहीं है कि पिशाच चमगादड़ों में अवरक्त संवेदन के लिए सटीक तंत्रिका मार्ग क्या है। शरीर विज्ञान थर्मोग्राफी, एक विधि जो किसी वस्तु पर तापमान के वितरण की तस्वीरें बनाती है, का उपयोग आम पिशाच चमगादड़ के चेहरे की संरचनाओं में तापमान भिन्नता की जांच करने के लिए किया जाता था। नाक की संरचना का तापमान चेहरे के बाकी हिस्सों की तुलना में 9 डिग्री सेल्सियस कम होता है। नाक की संरचना का तापीय इन्सुलेशन और तापमान में बनाए रखा अंतर संभवतः स्व-उत्सर्जित तापीय विकिरण के हस्तक्षेप को रोक सकता है। नाक में स्थित गर्म रिसेप्टर्स तब अवरक्त विकिरण के बाहरी स्रोतों का इष्टतम रूप से पता लगा सकते हैं। पिशाच चमगादड़ 13 और 16 सेमी (1.8x10 −4W/cm2 का शक्ति घनत्व 50 डिग्री सेल्सियस से मेल खाता है) के बीच की दूरी पर 50 माइक्रोन/सेमी2 से अधिक शक्ति घनत्व (उत्सर्जित ऊर्जा का एक उपाय) के प्रति संवेदनशील होते हैं। यह सबसे पहले उस तापमान की मात्रा निर्धारित करके निर्धारित किया गया था जिस पर पिशाच चमगादड़ गर्मी उत्सर्जक और कमरे के तापमान एसयूएस के बीच व्यवहार रूप से अंतर नहीं कर सकते थे। ऊष्मा का पता लगाने की ऊर्जा-सीमा और उत्तेजनाओं से दूरी के बीच एक सकारात्मक रैखिक संबंध मौजूद है। गणितीय गणना के माध्यम से, 8 सेमी की दूरी पर, पिशाच चमगादड़ों को उन मनुष्यों का पता लगाने में सक्षम होना चाहिए जो 80 माइक्रोन/सेमी2 का विकिरण उत्सर्जित करते हैं। तापमान सीमा माप को सीधे नाक-पत्ते और ऊपरी होंठ में थर्मोरिसेप्टरों के तंत्रिका तंतुओं को जल-परिसंचारी पीतल थर्मोड के साथ उत्तेजित करके और 10 से 40 डिग्री सेल्सियस तक तापमान में हर 5 डिग्री सेल्सियस बदलाव पर आवेगों/सेकंड को रिकॉर्ड करके मापा गया था। इन रिसेप्टर्स में 28 डिग्री सेल्सियस की सीमा होती है और 40 डिग्री सेल्सियस तक अधिकतम तापमान प्रतिक्रिया होती है, जिसके बाद या तो कोई फायरिंग नहीं होती थी या एक अनियमित फायरिंग पैटर्न होता था। यह सीमा स्तनधारियों की अन्य प्रजातियों में गर्म रिसेप्टर की तुलना में 8 डिग्री सेल्सियस कम है, जो गर्मी के प्रति अत्यधिक संवेदनशीलता का संकेत देती है। इन रिसेप्टर्स की उत्तेजना के बाद, आवेग गतिविधि में एक क्षणिक वृद्धि होती है जो अनुकूलन के कारण जल्दी से क्षय हो जाती है और इस प्रकार अस्थायी तीक्ष्णता को मजबूत करती है। इन्फ्रारेड डिटेक्शन का आणविक तंत्र टीआरपीवी1 (ट्रांसिएंट रिसेप्टर पोटेंशियल वैनिलॉइड) और टीआरपीए1 (ट्रांसिएंट रिसेप्टर पोटेंशियल कैशन चैनल ए1) सहित टीआरपी (ट्रांसिएंट रिसेप्टर पोटेंशियल) चैनलों का एक परिवार थर्मल और दर्द का पता लगाने में महत्वपूर्ण है। टीआरपीवी1 चैनल कैप्साइसिन (एक रसायन जिसे मिर्च से निकाला जा सकता है), हानिकारक तापमान सीमा (> 43 डिग्री सेल्सियस), झिल्ली-व्युत्पन्न लिपिड, कम पीएच और वोल्टेज परिवर्तनों द्वारा सक्रिय होते हैं। कैप्साइसिन द्वारा टी. आर. पी. वी. 1 के सक्रियण के परिणामस्वरूप कैल्शियम और सोडियम का प्रवाह होता है, और कार्यात्मक रूप से दर्दनाक तापीय उत्तेजनाओं का पता लगाने की अनुमति देता है। टीआरपीवी1 43 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान के जवाब में आणविक थर्मामीटर के रूप में भी कार्य कर सकता है। परिणाम कैप्साइसिन-उत्पन्न धाराओं के समान एक आंतरिक कैल्शियम और सोडियम धारा है। टीआरपीवी1 चैनलों में वोल्टेज-संवेदनशील गुण भी हो सकते हैं जो इसके सक्रियण के लिए जिम्मेदार हैं। फॉस्फोराइलेशन और उत्परिवर्तन, विशेष रूप से सी-टर्मिनस (प्राथमिक अमीनो एसिड अनुक्रम के कार्बोक्जिलिक एसिड छोर) पर, गर्मी-सक्रियण के सीमा तापमान को बदल सकते हैं। टी. आर. पी. वी. 1 चैनलों के ऊष्मा-सक्रियण के पीछे के विशिष्ट तंत्र को अभी तक समझा जाना बाकी है। टी. आर. पी. वी. 1-एस. टी. आर. पी. वी. 1-एस. (टी. आर. पी. वी. 1 लघु) कैप्साइसिन रिसेप्टर टी. आर. पी. वी. 1 का एक समरूप है और इसमें सामान्य पिशाच चमगादड़ों के त्रिकोणीय गैन्ग्लिया में टी. आर. पी. वी. 1 प्रतिलेखों का 35-46% शामिल है। इन रिसेप्टर चैनलों के पूरक डीएनए की गहरी अनुक्रमण से पता चलता है कि यह निकटता से संबंधित फल चमगादड़ों कैरोलिया ब्रेविकाउडा (<6 प्रतिशत टीआरपीवी1-एस) और अन्य फल, अमृत, या कीट खिलाने वाले चमगादड़ों (यूरोडर्मा बिलोबेटम, स्टर्निरा लिलियम, और अनौरा कल्ट्राटा) (<1 प्रतिशत टीआरपीवी1-एस) के लिए सच नहीं है। गड्ढे वाले सांपों में टीआरपीए1 चैनल, जैसे कि पश्चिमी डायमंडबैक रैटलस्नेक (क्रोटलस एट्रोक्स), अवरक्त तापीय विकिरण के प्रति भी संवेदनशील होते हैं। टी. आर. पी. ए. 1 प्रतिलेख ज्यादातर आई. आर.-संवेदनशील स्नेक लाइनेज के टी. जी. में पाए जाते हैं जैसा कि चमगादड़ों के लिए था। टीआरपीवी1-एस आइसोफॉर्म अनुलेखन के बाद के विनियमन के दौरान वैकल्पिक विभाजन के परिणामस्वरूप होता है, 23-आधार-जोड़ी अनुक्रम, एक्सॉन14ए के सम्मिलन के कारण टीआरपीवी1 सी-टर्मिनस का एक परिवर्तन, जिसमें एक स्टॉप कोडन होता है। अंतःस्थापित अनुक्रम जी. टी./ए. जी. दाता-ग्रहण स्थल के साथ चिह्नित दो इंट्रॉनों से घिरा होता है जो यू2-निर्भर विभाजन के लिए आवश्यक होते हैं। नतीजतन, एक्सॉन 14ए के समावेश या बाईपास के परिणामस्वरूप क्रमशः छोटे या लंबे समरूप होते हैं। यह सुझाव दिया जाता है कि एक्सॉन 14ए खंड के कुशल विभाजन के लिए पिशाच चमगादड़ों में टीजी के विशेष वातावरण की आवश्यकता होती है। लंबे आइसोफॉर्म (सीमा ~ 40 डिग्री सेल्सियस) की तुलना में, टीआरपीवी1-एस के लिए चैनल सक्रियण की तापमान सीमा बहुत कम है। एचईके293 कोशिकाओं और ज़ेनोपस अंडकोशिकाओं (आमतौर पर कुछ जीनों को व्यक्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली कोशिकाएं) में व्यक्त किए गए टीआरपीवी1-एस चैनलों की सीमा 30 डिग्री सेल्सियस होती है। यह पिशाच चमगादड़ (28 डिग्री सेल्सियस) में आईआर-संवेदनशील रिसेप्टर्स के तापमान सीमा से संबंधित इन विट्रो अध्ययनों के साथ अत्यधिक सुसंगत है। टी. जी. में टी. आर. पी. वी. 1-एस. चैनलों का सक्रियण तब वैम्पायर चमगादड़ों में अवरक्त संवेदन कैसे काम कर सकता है, इसके लिए एक समान तंत्र (जैसा कि आई. आर.-संवेदी सांपों में देखा गया है) का सुझाव दे सकता है। ट्राइजेमिनल नसें जो नाक-पत्ते पर विशेष तापमान संवेदनशील रिसेप्टर्स को उत्तेजित करती हैं, इन्फ्रारेड थर्मल रेडिएशन के जवाब में टीजी में टीआरपीवी1-एस चैनलों को सक्रिय कर सकती हैं। वैम्पायर बैट न्यूरोथोलॉजी इन्फ्रारेड सेंसिंग इन स्नेक्स भी देखें संदर्भ आगे पढ़ने के लिए बुलक, थियोडोर एच. और रेमंड बी. काउल्स। "एक अवरक्त रिसेप्टर की शरीर विज्ञानः पिट वाइपर्स का चेहरे का गड्ढा"। विज्ञान 115 (1952), 541-543। शट, बिल। डार्क बैंक्वेटः ब्लड एंड द क्यूरियस लाइव्स ऑफ ब्लड-फीडिंग क्रिएचर्स। न्यूयॉर्कः थ्री रिवर्स प्रेस, 2008। फाइलोस्टोमिडे पिशाच चमगादड़