Information

Hur exakt kan vi känna av temperaturskillnader?

Hur exakt kan vi känna av temperaturskillnader?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vi har termoreceptorer, så vi kan känna av temperatur (både varm och kall). Jag är intresserad av känsligheten hos våra termoreceptorer -
Vilken är den minsta temperaturskillnad vi kan känna?
Jag antar att olika delar/organ kan ha olika känslighet (t.ex. läppar vs fingrar), därför skulle jag vilja begränsa mitt fokus på handflatorna/fingrarna. Men om någon har jämförande data är det också välkommet.


Kort svar
Temperaturskillnader på 0,02 grader Celcius kan urskiljas, beroende på olika faktorer inklusive experimentella förhållanden och kroppslig placering.

Bakgrund
Förmågan att särskilja temperaturskillnader beror på om det är en kyl- eller uppvärmningspuls, hudtemperaturen, varaktigheten av temperaturstimulansen, ålder, kroppslig placering bland andra faktorer. Tyvärr kan jag inte komma åt den primära litteraturen förutom några enstaka mindre studier. Scholarpedia har dock ett mycket trevligt inlägg och tillhörande referenser, och jag citerar:

Det termiska sensoriska systemet är extremt känsligt för mycket små temperaturförändringar och på den hårlösa huden vid tumbasen kan människor uppfatta en skillnad på 0,02-0,07 °C i amplituderna för två kylpulser eller 0,03-0,09 °C av två värmande pulser som levereras till handen. Tröskeln för att detektera en förändring i hudtemperatur är större än tröskeln för att skilja mellan två kyl- eller värmningspulser som levereras till huden. När huden vid basen av tummen är på 33 °C är tröskeln för att upptäcka en temperaturökning 0,20 °C och är 0,11 °C för att upptäcka en temperaturminskning.

Hur snabbt hudtemperaturen förändras påverkar hur lätt människor kan upptäcka förändringen i temperatur. Om temperaturen ändras mycket långsamt, till exempel med en hastighet av mindre än 0,5 °C per minut, kan en person vara omedveten om en temperaturförändring på 4-5 °C, förutsatt att hudens temperatur förblir inom den neutrala termiken. område av 30-36 °C. Om temperaturen ändras snabbare, till exempel vid 0,1 °C/s, upptäcks små minskningar och ökningar av hudtemperaturen. […]

Du var också intresserad av palmarhuden: här är den genomsnittliga skillnaden i limen 0,02 - 0,06 °C, beroende på vilket temperatursteg som används. Dessa värden erhölls med användning av kylpulser. Med andra ord kunde skillnader i två kylpulser på 0,02 - 0,06 °C urskiljas, med högre limen som behövdes för högre pulser. Baslinjetemperaturer (29 - 39 °C) hade liten effekt (Darian-Smith et al., 1977).

Referens
Darian-Smith et al., J Invest Dermat 1977;69:146-53

Notera
De Stevens, J.C., & Choo, K.K. (1998). Temperaturkänslighet på kroppsytan under hela livslängden. Somatosensorisk & motorisk forskning, 15(1), 13-28 artikeln som kommenteras av Corvus är verkligen ett måste att läsa, men mitt uni-bibliotek har tyvärr inte tillgång till den
.


Skillnaden mellan värme och temperatur

Begreppet värme och temperatur studeras tillsammans inom vetenskapen, som är något relaterat men inte lika. Termerna är mycket vanliga, på grund av deras breda användning i vårt dagliga liv. Det finns en fin linje som avgränsar värme från temperatur, i den meningen att värme ses som en form av energi, men den temperatur är ett mått på energi.

Den grundläggande skillnaden mellan värme och temperatur är liten men betydande, värme är den övergripande energin för den molekylära rörelsen, medan temperaturen är den genomsnittliga energin för den molekylära rörelsen. Så låt oss ta en titt på artikeln nedan, där vi har förenklat de två åt dig.


Det börjar bli varmt här inne

© ISTOCK.COM/KTSIMAGE/ERAXION Även de tidigaste forskarna visste att temperatur var ett viktigt vitalt tecken, vilket tyder på sjukdom eller hälsa. På 1600-talet uppfann den italienske fysiologen Sanctorio Sanctorius en oral termometer för att övervaka patienter. Nu har 2000-talets forskare satt sig en ny, mer utmanande uppgift: att ta temperaturen på enskilda celler.

&ldquoTemperaturen är en typ av grundläggande fysisk parameter som reglerar livet,&rdquo säger Mikhail Lukin, en fysiker vid Harvard University som har utvecklat en diamantbaserad intracellulär temperatursensor. &ldquoDet bestämmer hastigheten på alla typer av processer som sker i levande system.&rdquo

Men även om temperatur är ett grundläggande vitalt tecken, har forskare en relativt dålig förståelse för hur den varierar mellan och inom celler. &ldquoDet visar sig att det inte är lätt att mäta temperaturen på ett tillförlitligt sätt inuti cellen,&rdquo säger Lukin. &ldquoDu kan inte sticka in en stor termometer där och bibehålla cellens livsduglighet.&rdquo

De senaste fem åren dock.

Även om temperaturskillnader i kroppen tenderar att variera i storleksordningen några grader, börjar forskare som mest misstänka att små skillnader kan förändra cellernas kemi och funktion, eller tipsa läkare om cancertillväxt. Här, Vetenskapsmannen profilerar flera metoder för att undersöka hur temperaturen påverkar vad som händer inuti celler.

Träffar på Hotspots
HOT STUFF: (Övre panelen) Design av en miniatyr fluorescerande termometer utvecklad i Seiichi Uchiyamas labb. När termometern är kall bibehåller dess polymerryggrad (grön) en öppen struktur. Vattenmolekyler släcker den fluorescerande enheten (visas här som en stjärna). När temperaturen stiger, fälls termometern ihop och skyddar den fluorescerande enheten från vatten, vilket gör att den kan glöda. (Nedre panelen) Termometern avslöjar att kärnan i en odlad apcell är i genomsnitt en grad varmare än cytoplasman. NAT COMMUN, 3:705, 2012 Forskare: Seiichi Uchiyama, University of Tokyo Madoka Suzuki, Waseda University, Singapore

Mål: Temperaturen påverkar otaliga processer i cellen, från genuttryck till protein-proteininteraktioner. Suzuki, Uchiyama och deras kollegor försöker mäta små variationer i temperatur mellan olika delar av celler. Detta kan belysa hur värme alstras i kroppen och hur lokal temperaturvariation förändrar en cells kemi.

Närma sig: Sensorer som innehåller fluorescerande färgämnen, kvantprickar eller andra glödande material kan ändra ljusstyrka beroende på temperatur. Under de senaste åren har forskare byggt små fluorescerande termometrar som celler kan få i sig. Med hjälp av mikroskopi kan forskare upptäcka termometrarnas glöd och utvärdera intracellulär temperatur.

Uchiyama började först kartlägga temperaturfördelning inuti enstaka celler 2012 och publicerade sin design för en fluorescerande polymertermometer (Nat Commun3:705). Termometern bestod av en fluorescerande molekyl fäst vid en polyakrylamidkedja vars konformation förändras med temperaturen, antingen släcker eller aktiverar fluorescens. Forskarna kunde visa att kärnan är varmare än cytoplasman och att mitokondrierna utstrålar betydande värme i en njurhärledd cellinje från apan. (Dessa fynd är kontroversiella, se "Temperature Quandary" nedan.)

Uchiyama har sedan dess publicerat andra fluorescerande sensordesigner, senast utvecklat en snabbare fluorescerande polymertermometer som förlitar sig på att titta på fluorescensförhållandet mellan en temperaturkänslig fluorofor och en temperaturokänslig (Analytiker140:4498-506, 2015). Forskarna använde sensorn för att mäta temperaturen i mänskliga embryonala njurceller och fann att kärnan var ungefär 1 °C varmare än cytoplasman.

När Suzuki först började designa en termometer minns han att han bara försiktigt tryckte en mikronål av glas som hade ett fluorescerande färgämne inneslutet i sin spets mot cellmembranen och såg om fluorescensen förändrades när temperaturen steg (Biophys J92:L46-L48, 2007). Så småningom började han och hans kollegor experimentera med att göra fluorescerande nanopartiklar som de kunde införa i celler. De fluorescerande molekylerna kan inte exponeras för cellens kemiska miljö, eftersom detta kan förändra deras ljusstyrka. "Nanotermometrarna bör läsa av temperaturförändringar och bör inte reagera på [andra] miljöförändringar", säger Suzuki.

För att skydda de fluorescerande reportrarna bäddade forskarna in molekylerna i en hydrofob polymer och inkapslade sedan denna hydrofoba kärna i ett hydrofilt polymerskal, vilket skapade partiklar som var i genomsnitt 140 nm i diameter. För att ytterligare skydda mot feltolkningar inkluderade Suzuki två typer av fluoroforer, en känslig för värme och en inte. Genom att mäta förhållandet mellan de två fluoroforernas ljusstyrka fann teamet att i odlade mänskliga cancerceller stimulerade med en kemikalie som sporrar cellerna att producera värme, varierade temperaturen lokalt (ACS Nano, 8:198-206, 2014).

Teamet har sedan dess utvecklat en termometer med små molekyler som består av ett gult fluorescerande färgämne som specifikt riktar sig mot mitokondrier, motorerna för värmegenerering i cellen (Chem Commun, 51:8044-47, 2015). En annan termometer med små molekyler riktar sig mot det endoplasmatiska retikulum - en organell som också verkar hjälpa cellen att generera värme (Sci Rep, 4:6701, 2014).

Suzuki hoppas att en dag kunna utveckla intracellulära termometrar med snabbare svarstider och större temperaturkänslighet så att de kan identifiera andra hotspots för värmeproduktion i cellen. För nu, säger han, kämpar sensorer för att fånga små värmeskurar som diffunderar snabbt. "Mitokondrierna och det endoplasmatiska retikulumet betraktas som värmekällor", säger Suzuki, liksom actomyosin i muskelceller. "Det kan finnas andra värmekällor som vi aldrig har föreställt oss."

Lysa starkt som en diamant
BLINGED-OUT CELLER: Mikhail Lukin och hans kollegor värmer celler genom att lysa lasrar på guldpartiklar och mäter inre temperaturer i cellerna genom att detektera spinntillstånden för defekter i nanodiamanter. NATUR, 500:54-58, 2013 Forskare: Mikhail Lukin, Harvard University

Mål: Lukin och hans medarbetare drömmer om att använda intracellulär temperatur för att sortera friska celler från sjuka, och om att reglera cellulära processer genom att värma upp eller kyla ner dem. "Det öppnar ett brett spektrum av möjligheter", säger han.

Närma sig: Lukin, en fysiker, försökte skilja sig från förpackningen genom att göra termometrar av diamantnanokristaller snarare än fluorescerande färgämnen eller polymerer. "Vi använde oss av i princip kvantdefekter i diamanter, som är de så kallade kvävevakanscentra", förklarar han. "Det är en defekt där kväve ersätter kol."

Kvävevakanscentra har atomära spinntillstånd som ändrar orientering när de störs av ljus, magnetfält eller, visar det sig, temperatur. "Om temperaturen på nanokristallen ändras, då är det som händer att separationen mellan kolatomer i nanokristallen ändras lite," vilket förändrar elektronernas spinntillstånd, säger Lukin. När forskarna lyser med en laser på diamantnanokristallerna lyser föroreningarna och avger varierande fluorescens beroende på deras spinntillstånd och temperatur. (Se "Övervaka magnetiska buggar," Vetenskapsmannen, Oktober 2013.)

För att testa sin metod introducerade forskarna också guldnanopartiklar i celler och värmde upp partiklarna med lasrar, vilket gjorde att Lukin och hans team både kunde kontrollera cellernas temperaturer och övervaka hur deras temperaturkontroll fungerade. Forskarna fann att de kunde upptäcka förändringar så små som 0,0018 °C (Natur, 500:54-58, 2013).

Lukin och medarbetare använder nu temperatur för att utforska och kontrollera utvecklingen av maskar.

"Det kan tillåta dig att selektivt reglera olika processer inuti cellen," säger han. "Det kan tillåta dig att påskynda utvecklingen av vissa processer, bromsa utvecklingen av andra eller döda cellen om du inte vill att den här specifika cellen ska spela en roll längre."

Cancermördare
MULTIPULAR PÄRLOR: Millán och Carlos har konstruerat små pärlor som både värmeceller och tar deras temperaturer. Fluorescerande joner (röda) visar temperatur. De täcker magnetiska nanopartiklar (orange) som ger värme när de utsätts för ett magnetfält. För skydd omsluter ett polymerskal (grönt och blått) den kombinerade värme-termometern. ACS NANO, 9:3134-42, 2015 Forskare: Luís Carlos, University of Aveiro, Portugal Angel Millán, Institutet för materialvetenskap i Aragón, CSIC-University of Zaragoza, Spanien

Mål: Carlos och Millán försöker döda tumörer genom att selektivt applicera dödliga nivåer av värme på cancerceller, skapa temperaturgradienter som förstör biomolekyler och utlöser celldöd. Men försök att döda cancerceller med hjälp av hypertermi tenderar att vackla i brist på ett bra sätt att säkerställa att cancercellerna blir tillräckligt varma medan den omgivande vävnaden förblir tillräckligt kall.

Närma sig: Carlos och Millán designade nyligen en nanopartikel som är både en värmare och en termometer (ACS Nano9:3134-42, 2015). Forskare som hoppas kunna både värma och ta temperaturerna på celler har i allmänhet använt separata partiklar för de två uppgifterna. Carlos och Millán ville se till att de mätte temperaturen exakt vid värmekällan, eftersom värme snabbt kan försvinna över korta utrymmen i celler. "Om vi ​​inte har termometern riktigt i kontakt med värmaren kommer vi inte att kunna mäta den effektiva lokala temperaturen", säger Carlos.

Värmaren består av en magnetisk pärla som värms upp när den utsätts för ett magnetfält. Termometern består av två fluorescerande joner, varav den ena ändrar ljusstyrkan med skiftningar i temperaturen. Dessa är alla inneslutna i ett polymerskal.

Det finns redan kliniska prövningar som testar användningen av magnetiska pärlor-inducerad uppvärmning för att döda cancer. Men forskarna tror att de med sina kombinerade värmare-termometrar kan värma celler mer exakt, vilket minskar både antalet nanopartiklar som behövs och skador utanför tumören.

"Om du internaliserar nanopartiklarna specifikt inuti cancerceller, kanske bara ett fåtal är tillräckligt för att framkalla celldöd", säger Millán. Forskarna värmer för närvarande celler i kultur och övervakar deras temperatur och reaktioner.

Mer än huddjupt
GÅR DJUP: Jaque och hans kollegor har skapat en nanotermometer som kan känna av temperaturen under huden. (Överst till vänster) Termometern är sammansatt av temperaturkänsliga kvantprickar och temperaturokänsliga fluorescerande nanopartiklar, alla inbäddade i en biokompatibel polymer. (Vänster och ovan) Transmissionselektronmikroskopibild av nanotermometern ADV MATER, 27:4781-87, 2015 Forskare: Daniel Jaque, autonoma universitetet i Madrid

Mål: Jaques team hoppas kunna utveckla metoder för att mäta temperatur under djurs hud och så småningom i mänsklig vävnad in vivo genom att använda temperatursensorer som avger fluorescerande signaler som penetrerar kött.

Närma sig: De flesta nanotermometrar har en stor begränsning: de avger ljusvågor i det synliga området. Detta fungerar bra för att observera celler i kultur eller till och med in vivo i relativt transparenta varelser, såsom maskar. Men synligt ljus kan inte berätta mycket för forskarna om celler under huden i intakta, ogenomskinliga organismer. Mycket av det infraröda spektrumet absorberas under tiden i hög grad av vatten, som finns rikligt i vävnaden.

Det finns dock våglängder som penetrerar vävnad och undviker vattenabsorptionsproblemet. Ljus mellan 650 och 950 nm – rött på gränsen till infrarött – anses vara ett biologiskt fönster. Infrarött ljus mellan 1 000 och 1 350 nm utgör ett andra biologiskt fönster.

Jaque och hans kollegor har utvecklat en termometer som förlitar sig på fluorescens som kan exciteras och avläsas i dessa biologiska fönster. Senast designade Jaque, postdoc Emma Martín Rodríguez och kollegor en termometer som exciteras i det första biologiska fönstret och avger signaler i det andra (Adv Mater, 27:4781-87, 2015).

Termometern består av kvantprickar, vars fluorescens släcks med stigande temperatur, och temperaturokänsliga fluorescerande nanopartiklar, allt inkapslat i en FDA-godkänd polymer.

Med nuvarande teknik är det möjligt att känna av temperaturen runt 1? cm under djurens hud. Men för att övergå till medicinska tillämpningar hos människor kommer forskare att behöva känna av temperaturer på mycket djupare nivåer. "Vi är bara i början av historien", säger Jaque.

Så småningom hoppas Jaque kunna använda nanotermometrar för att vägleda värmebehandling för cancer. "Du introducerar nanopartiklar som ger en realtidsmätning av temperaturen inuti din kropp", säger han. Sedan, när du värmer tumören, "kan du justera behandlingen så att kroppen inte bränner."

TEMPERATUR QUANDRY

Baffou motsatte sig de höga nivåerna av värmegenerering som avbildas i den här bilden från Uchiyamas 2012 Naturkommunikation papper. Bilden visar stora lokala temperaturspikar (vita pilar) nära mitokondrier i en levande apcell. Bokstaven N markerar kärnan. NAT GEMENSAMMA, 3:705, 2012 Forskare inklusive Madoka Suzuki och Seichii Uchiyama har nyligen mätt vad som verkar vara betydande temperaturökningar i levande celler. I vissa fall når temperaturskillnaderna upp till några grader Celsius – trots avsaknaden av någon extern uppvärmning av cellerna. I september 2014 utmanade en grupp franska forskare dessa fynd, vilket ledde till ett livligt, år långt fram och tillbaka på sidorna av Naturens metoder (11:899-901, 2014 12:801-03, 2015).

Den franska gruppen utförde beräkningar som verkade visa att en enda cell helt enkelt inte har tillräckligt med energi för att så snabbt generera en så stor temperaturskillnad på egen hand. "Glukos är en molekyl inuti celler där energi kommer ifrån", säger medförfattare Guillaume Baffou vid Aix-Marseille Universitys Institut Fresnel. "Om du fyller hela cellens volym med glukos, vilket uppenbarligen inte är fallet, och om du förbränner glukos, kommer du inte att uppnå en temperaturökning på en grad."

"Om vi ​​tillämpar termodynamikens konventionella lagar . . . vi kommer till slutsatsen att det inte är möjligt att ha temperaturskillnader inuti cellen runt en grad från interna reaktioner”, instämmer Luís Carlos vid universitetet i Aveiro i Portugal, som inte var inblandad i korrespondensen. "Men ur en experimentell synvinkel finns det flera verk gjorda av flera författare runt om i världen som visar temperaturskillnader som är större än en grad."

En möjlighet är att forskare som observerade stora temperaturökningar i celler helt enkelt gjorde experimentella fel. "Den andra hypotesen är att det är något som händer på mikro- och nanoskala när det gäller värmeöverföring som inte är väl beskrivet av den konventionella termodynamiken", säger Carlos.

Suzuki håller med om att det är omöjligt för en hel cell att bli varmare en hel grad utan värmetillförsel utifrån. Men "beräkningen bör inte beakta temperaturen i hela cellen, vattenbollen, utan en liten volym inuti cellen där värmen produceras och temperaturen mäts." Suzuki säger att nästa steg kommer att vara att mäta den termiska ledningsförmågan hos levande celler, med alla deras organeller och proteiner som fyller det inre. Detta kan hjälpa till att förklara om och hur lokala områden av celler kan värmas upp medan cellen totalt sett inte upplever radikal temperaturförändring.

"Termisk biologi är fortfarande i sin linda", säger Baffou. "Det finns ingen tillförlitlig temperaturkartläggning för celler."


F10 i Circadian Biology

Inom dygnsbiologi är vi intresserade av att förstå de biologiska processer som "tickar" av tiden och ger upphov till en organisms frilöpande period (FRP). Om dessa processers hastigheter skulle öka med temperaturen, skulle klockan gå snabbt och det skulle ta kortare tid att "ticka". Vi skulle då förvänta oss att FRP minskar när temperaturen ökar. Men i själva verket tenderar organismers FRP att ha ett Q10 vilket är nära (men inte exakt) 1: FRP ändras relativt lite med förändringar i temperatur. Detta illustreras i figuren nedan. Den blå linjen visar hur mycket en FRP skulle variera med ökande temperatur om den hade ett Q10=1.1 Den röda linjen visar hur mycket en FRP skulle variera med ökande temperatur om den hade ett Q10=2,0. De data man skulle observera för de flesta dygnsrytmer ser mer ut som den blå linjen än den röda linjen.

För att säga att för dygnsrytmer, Q10𕚳 är ett mer exakt sätt att uttrycka att klockan är temperaturkompenserad.

Även om dygnsklockor är temperaturkompenserade, akut förändringar i omgivningstemperatur kan faktiskt fungera som zeitgebers, och många organismers klockor kan dras till en vanlig temperaturcykel eller till en upprepad ökning eller minskning av temperaturen. Detta gäller särskilt för organismer som inte reglerar sin egen kroppstemperatur. Hos organismer (som däggdjur) som reglerar kroppstemperaturen har förändringar i miljötemperaturen mindre effekt. För de flesta organismer är ljus överlägset starkare zeitgeber än temperaturen. Men eftersom temperaturen kan ha en effekt på klockan kan man förvänta sig en viss individuell variation i FRP (även hos organismer av samma art) om de utsätts för olika temperaturer.

För att sammanfatta detta avsnitt: det är en överenkling att tro att alla organismer av samma art har exakt samma FRP, eftersom faktorer som ljusintensitet, eftereffekter och temperatur alla kan ge individuella variationer.

3.2. Kriterier för entrainment, skelettfotoperioder och fassvarskurvor

Det är viktigt att förstå att entrainment – synkroniseringen av klockan till miljöförhållandena – involverar en effekt av zeitgeber på den biologiska klockans faktiska “växlar”, det vill säga en förändring i inre, molekylära mekanismer som reglerar en organisms aktiviteter. Maskering (se ڈ.2 i del II) måste noggrant särskiljas från äkta entrainment. Det finns fyra fastställda kriterier för att bestämma när en organism dras med i en cue. Vi har berört var och en av dem ovan, men kommer nu att förklara dem tydligare. En genomgång av alla fyra kriterierna finns också i videon nedan, kallad “Properties of Entrainable Oscillators.

För det första, för att hävda att en organism är indragen i en specifik zeitgeber schema måste det finnas inga andra tidssignaler närvarande för organismen. Om man till exempel vill visa att växter drar med sig till ljus-mörker-cykler, måste man kontrollera för temperaturcykler: om man samtidigt utsätter växten för synkroniserade temperatur- och ljuscykler, så skulle det inte finnas något sätt även om växten medfördes. för att bekräfta att växten var indragen i ljus och inte till temperatur. Det skulle inte finnas något starkt stöd för att hävda att ljuset agerade som zeitgeber.

För det andra, närhelst en zeitgeber är närvarande, måste organismen synkronisera sina rytmer, så att deras period matchar zeitgeber’s period. (Detta kallas ibland kravet på periodkontroll vid zeitgeber). Till exempel, om en experimenterare ålägger en zeitgeber med den (konstgjorda) periodiciteten på 24,3 timmar (en “lång dag” som inte skulle inträffa naturligt), borde en mus kunna dra till den cykeln. Om zeitgeber faktiskt är effektiv, förväntar vi oss att musens start av aktivitet inträffar en gång var 24,3:e timme. I de flesta fall är kravet på periodkontroll uppenbart genom att justera FRP för att matcha en normal 24h zeitgeber.

För det tredje, en effektiv zeitgeber måste visa sig ha sin synkroniserande effekt på ett tillförlitligt sätt. Till exempel om vi tar samma organism och återigen utsätter den för samma zeitgeber schemat, då borde organismen dra till den igen, med samma relativa timing till zeitgeber cykel. Vi bör se igen (till exempel) att aktivitetsstart inträffar en gång var 24,3:e timme, och (om det är en nattlig organism som en mus) bör aktivitetsstarten inträffa i början av nattfasen. (Detta kallas kravet på a stabilt och repeterbart fasförhållande mellan zeitgeber och den endogena rytmen).

För det fjärde, om en organism är genuint indragen i en zeitgeber, sedan när vi tar bort zeitgeber, två saker borde hända. För det första borde organismen börja springa fritt, eftersom de medbringande och synkroniserande signalerna inte längre är närvarande. För det andra, om "kugghjulen" på klockan faktiskt har påverkats av den tidigare medryckningen, bör organismen börja fritt springa på ett sätt som bestäms av, och förutsägbart från, dess tidigare indragning. (Detta kallas kravet på faskontroll.) Det är detta som gör det möjligt för oss att utesluta ren maskering som en alternativ förklaring till (enbart uppenbar) indragning där endast klockans “visare” påverkas.

Alla fyra kraven illustreras schematiskt i figur 3.2 nedan.

Figur 3.2 Kriterier för Entrainment.

(a) En dagaktiv organism är frilöpande med en karakteristiskt lång (>24h) period i konstant mörker, och alla andra zeitgebers som kan kontrolleras är konstanta.

(b) Organismen dras snabbt med sig till en påtvingad LD12:12-cykel. Gul skuggning indikerar ljusfasen. (Man behöver ibland läsa bildtexter: de konventionella svarta och vita staplarna visas inte alltid för att indikera LD-cykler). Sedan andra zeitgebers har tagits bort (se a ovan) är detta delvis bevis på att en ljus-mörkercykel är en effektiv zeitgeber. Organismen synkroniseras med LD-cykeln, vilket framgår av aktivitetsstarter som riktar sig vertikalt. Således matchar perioden för aktivitetsrytmen perioden för zeitgeber (24h) uppfyller villkoret för periodkontroll.

(c) LD-cykeln avlägsnas och organismen går åter fritt. FRP är >24h som tidigare, men aktivitetsstarten är förutsägbar baserat på den tidigare indragna aktivitetsfasen i b. Notera den röda linjen genom successiva start delvis a stämmer inte överens med den liknande linjen för del c. Alltså indragning i b utövade kontroll över klockans fasning för att producera en flera timmars offset i intervallerna av frilöpning, vilket visar faskontroll av ljus.

(d) En HotCold12:12 temperaturcykel påläggs för att efterlikna föregående LD-cykel (röd skuggning indikerar tid för höga temperaturer). Under HotCold-cykeln befinner sig organismen i konstant mörker så att ljus- och temperatureffekter kan undersökas separat. Vid första anblicken verkar det som om aktiviteten synkroniseras med temperaturcykeln. För att se om detta verkligen är indragning måste vi återigen ta bort det förmodade zeitgeber (temperatur) för att se vad som händer.

(e) Temperaturcykeln tas bort och organismen går fritt. Observera att början av aktiviteten är inte förutsägbar från föregående aktivitetsstart under temperaturcykeln in d: det finns inga bevis för faskontroll efter temperatur. Istället jämföra c till e genom att följa den röda linjen har organismens klocka gått fritt hela tiden d: den bara uppenbara synkroniseringen med temperaturcykeln var helt enkelt en form av maskering.

(f) LD-cykeln påtvingas igen, och organismen dras snabbt med sig igen, vilket visar en stabilt och repeterbart fasförhållande.

Hittills har vi diskuterat indragning i LD-cykler där ljus är närvarande under en lång varaktighet. I en LD12:12-cykel får organismen 12 hela timmars ljus. Men lägg märke till att de fyra kriterierna för indragning inte kräver att zeitgeber likna en naturlig dag på detta sätt (precis som en zeitgeber behöver inte ha T =24h). Ett regelbundet schema med korta ljuspulser kan också uppfylla kriterierna för entrainment. I extremt ljuskänsliga organismer har det visat sig att en regelbunden daglig ljuspuls av endast 1 sek lång varaktighet är tillräcklig för att upprätthålla medryckning. I många organismer kan indragning upprätthållas med en daglig ljuspuls på 15 - 60 minuters varaktighet. Av skäl som kommer att bli uppenbara senare kommer utredare ibland att undersöka indragning enligt skelett fotoperioder där två ljuspulser ges dagligen. Istället för en hel 12 timmars ljusfas, till exempel, kan en utredare ersätta 12 timmars ljus med två 1 timmes pulser: en i början och en i slutet av 12 timmarsperioden. Under sådana förhållanden är indragningen mycket lik den som ses med en 12 timmars fotoperiod. Detta indikerar att ljus vid gryning och skymning (början och slutet av dagen) gör det mesta av indragningsarbetet. Ett exempel visas i fig. 3.3 nedan.

Figur 3.3: Ett dubbelplockat aktogram som visar en organism som är indragen i en skelettfotoperiod.
Svarta och vita staplar längst upp visar när lamporna är på och av.

I både LD-cykler och skelettfotoperioder utsätts organismen för den periodiska påverkan av vissa zeitgeber. Men skelettfotoperioder visar att isolerade ljuspulser kan vara effektiva för att påverka och få med sig klockan. En följd av detta är att entrainment kan studeras under mycket förenklade förhållanden där vi undersöker vad som händer med en organism när den endast utsätts för en mycket kort och icke-upprepande ljuspuls (istället för en hel 1 timmes fotofas ​​som upprepas varje 24h, som i skelettfotoperioden ovan). Forskare letar alltid efter att hitta de enklaste tillstånden som framkallar en viss effekt eftersom detta gör att alla yttre influenser kan uteslutas.

När det gäller dygnsdrift, avslöjar applicering av korta (eller "akuta") ljuspulser på organismer en fascinerande och grundläggande egenskap hos dygnsklockor: korta ljuspulser gör att dygnsklockorna återställs, och tidpunkten för ljuspulsen avgör om ljuspuls gör att återställningen blir tidigare, senare eller har ingen effekt. Det finns med andra ord en dygnsrytm i svaret på en ljuspuls. Uttryckt på ett annat sätt, effekten att en isolerad zeitgeber har på klockan beror på cirkadian tid (CT) där det administreras. Dessutom finns det en adaptiv logik i denna rytm: över evolutionär tid, om det fanns ett starkt ljus i miljön, kom det nästan säkert från solen (blixten kan vara ett möjligt undantag). Om en organisms inre tidsuppfattning förutspådde att det var dagtid, betyder det att uppleva starkt ljus inte att något strider mot förväntningarna. Men om den interna tidskänslan förutspådde att det var natt, indikerar närvaron av solljus en obalans med miljön som bör korrigeras. Under vår evolution var den inre klockan mindre ofelbar än solljusets rytm. Således utvecklades våra klockor för att återställa sig själva när deras förutsägelser om den aktuella tiden på dygnet var synkroniserade med ljusmiljön. Med detta evolutionära perspektiv i åtanke kan vi börja förstå en viktig datagrafik som kallas en fassvarskurva.

Skelettfotoperioder visar att korta ljuspulser är tillräckliga för att stödja medryckning. Ett evolutionärt perspektiv gör det möjligt för oss att konceptuellt förstå varför entrainment kan uppstå som svar på akuta ljuspulser. Om en organisms klocka för närvarande förutspår att det är dag och organismen sedan upplever en stark ljuspuls, finns det inget som tyder på att något är fel. Klockan har ingen anledning att göra en korrigering. Empiriskt, över ett stort antal arter, har en ljuspuls under den subjektiva dagen minimala effekter på dygnsklockan. Anta nu att en nattlig råtta vaknar för att börja sina nattliga aktiviteter. Vad indikerar ett starkt ljus på himlen för den gnagaren, när organismen förväntar sig subjektiv natt? Probably that it arose too early, because that bright light is probably the sun, which has not yet set. As a corrective, the rat might wish to make an adjustment to its internal sense of time and reset the clock so that the next day it gets up a little bit later. This kind of adjustment to the clock is called a phase delay. Conversely, consider a rat that has woken up and has been pursuing its activities in darkness for several hours. Everything seems in order: the rat anticipates subjective night, and the enfironment is dark. Suppose after several hours of activity, the rat’s internal sense of time indicates that it has 2 more hours of darkness to continue its nighttime activities. But if at this time, there is exposure to a bright light, the circadian system will interpret this as a sunrise. Clearly, the circadian system is running late and should have started and finished activity early than it did. Remarkably, a bright light pulse late in the subjective night causes organisms to reset their clocks so that their active phase begins earlier in the next cycle. This adjustment to the clock is called a phase advance. As these examples indicate, under natural conditions, small adjustments to the clock are usually made around dawn and dusk as clocks may deviate slightly from the proper phase. Organisms would rarely experience conditions where the clock became multiple hours out of alignment with the day-night cycle. Thus, what happens in response to light in the middle of the subjective night is not of great relevance to natural entrainment.

By graphing how much the circadian clock shifts in response to an acute zeitgeber, depending on the circadian time of the organism, we can produce what are called phase response curves (PRCs) . A schematic example is shown below. The X axis tracks the time at which a zeitgeber is applied, and on the Y axis, we plot how much it affected the clock.

Figure 3.4: The basic shape of a PRC.

A phase response curve (PRC) can summarize a tremendous amount of data regarding how a zeitgeber affects an organism’s clock. Two videos, embedded below, explain how PRCs are constructed. First, a video on “Naming Conventions” explains the terminology of “phase shifts.” Second, a video on “Phase Response Curves” explains how a PRC summarizes data about phase shifts in response to a zeitgeber. We will briefly review the basics below, using an example in which light is used as a zeitgeber.

 

To gather the data for a PRC, scientists experiment with variations on light-dark cycles by using acute light pulses, during which the lights go on for a predetermined period of time before going out. For example, a light pulse might be fifteen minutes long, much less than the light duration of light in a natural daily cycle. These light pulses cause phase shifts , or changes in the timing of the onset, offset, peak, or other notable feature of a circadian rhythm. For example, an acute light pulse to a free-running rat might alter when its next onset of activity inträffar.

A PRC relies on the fact that phase shifts can be precisely quantified. By convention, phase shifts are distinguished as positive or negative. A negative phase shift signifies a delay. For example, suppose a rat is free-running, and its onset of activity is occuring with a short period, once every 23.5h. We now apply an acute light pulse, and we find that after the pulse, the next onset of activity occurs 23.9h after the previous onset of activity. The onset of activity was delayed by 0.4h compared to when we would have predicted its occurence on the basis of FRP. We would say that the light pulse caused a negative phase shift of 0.4h. Conversely, a positive phase shift indicates an advance. Suppose a light pulse caused the rat's next onset of activity to occur 23h after its previous onset of activity. The onset of activity was advanced by 0.4h. We would say the light pulse caused a positive phase shift of 0.4h. 

What we have illustrated in these brief examples is that whether a light pulse causes a positive or a negative phase shift depends on when the pulse is delivered with respect to the organism’s circadian time . An pulse of light during the organism's subjective day will have a different effect than an identical pulse of light during the organism's subjective night. In our example above, it could have been the very same light pulse (the same duration, the same light intensity, etc.) that caused a positive phase shift or a negative phase shift of 0.4h: the organism's response depends on the phase of circadian time in when the pulse is applied. The phase response curve provides a quantitative representation of this phenomenon, plotting phase shifts as a function of circadian time.

With the way that an organism's clock and its PRC is built, an organism is always able to change its internal clock to fix itself when put in a periodically light and dark environment. The "dead zone" is the organism's "sweet spot," and the clock will reset itself so that the dead zone aligns with the middle of the light phase. If light ever occurs with too much deviation from the sweet spot, the PRC shows us how the organism's clock will phase shift positively or negatively until the "dead zone" matches mid-day.


What is temperature and what does it truly measure?

Everybody has used a thermometer at least once in their lives, but even without one, our bodies are decent sensors for measuring how hot or cold things are upon contact. We refer to this property as temperature which, in more technical terms, represents the average kinetic energy of the atoms and molecules comprising an object.

Heat or temperature?

Before we go any further with our discussion, it’s important to get something out of the way.

Often heat and temperature are used interchangeably — this is wrong. While the two concepts are related, temperature is distinct from heat.

Temperature describes the internet energy of a system, whereas heat refers to the energy transferred between two objects at different temperatures.

But, as you might have noticed, heat can be very useful when describing temperature.

Imagine a hot cup of coffee. Before pouring the hot elixir of life, the cup had the same temperature as the air surrounding it. However, once it came in contact with the liquid, heat was transferred, increasing its temperature. Now, if you touch the cup, you can feel that it’s hot.

But, given enough time, both the cup and its contents will reach thermal equilibrium with the ambient air. Essentially, they all have the same temperature, which is another way of saying there is no longer a net transfer of energy. Physicists call this the “zeroth law of thermodynamics”. By this principle, heat can only flow from a body that has a higher temperature than another body with which it is in contact — and never the other way around.

The dance of molecules

Everything in this universe is in motion, and motion begets kinetic energy. The faster a particle is moving, the more kinetic energy it has. In fact, kinetic energy increases exponentially with particle velocity.

Where does temperature fit into all of this? Well, temperature is simply an average measure of the kinetic energy for particles of matter. Another way of putting it would be that temperature simply describes the average vibration of particles.

Because the motion of all particles is random, they don’t all move at the same speed and in the same direction. Some bump into each other and transfer momentum, further increasing their motion. For this reason, not all particles that comprise an object will have the same kinetic energy.

In other words, when we measure an object’s temperature, we actually measure the average kinetic energy of all the particles in the object. However, it’s just an approximation.

Within this line of reasoning, the higher the temperature, the higher the motion of the particles. Conversely, when the temperature drops, the motion of the particles is slower. For instance, dyes spread faster through hot water than cold water.

This is why at a temperature of absolute zero, the motion of particles grinds to a halt. Absolute zero is just a theoretical construct and, in practice, it can never be achieved. However, physicists have been able to cool things to a fraction of a degree above zero, trapping atoms and molecules, or creating exotic phases of matter such as the Bose-Einstein condensate (BEC).

It’s important to note that temperature isn’t dependent on the number of molecules involved. A boiling cup of water has the same temperature as a boiling pot of water — both containers have water molecules with the same average kinetic energy, regardless of the quantity of matter involved.

Temperature scales

There are various scales used to describe temperature. In the United States, the most commonly used unit for temperature is Fahrenheit, while much of the rest of the world uses Celsius (or Centigrade). Physicists often prefer to measure temperature in Kelvin, which is also the standard international unit for temperature.

For the Kelvin scale, zero refers to the absolute minimum temperature that matter can have, whereas in the Celsius scale, zero degrees is the temperature at which water freezes at a pressure of one atmosphere (273.15 Kelvin). At 100 degrees Celsius, water begins to boil at a pressure of one atmosphere, offering a neat, linear and relatable scale for describing temperature.

A worthy mention goes to the Rankine scale, which is most often used in engineering. The degree size is the same as the Fahrenheit degree, but the zero of the scale is absolute zero. Often just R for “Rankines” rather than °R is used for expressing Rankine temperatures. The zero of the Rankine scale is -459.67°F (absolute zero) and the freezing point of water is 491.67R.

How temperature is measured

Because of our innate ability to sense how hot or cold things are, humans have had little use for precise measurements of temperature throughout history. However, there have always been mavericks bent on learning about things just for the sake of unraveling nature or getting a kick out of doing science.

Hero, a Greek philosopher and mathematician, is credited with the idea for the first thermometer, writing in the 1st century CE about the relationship between temperature and the expansion of air in his work Pneumatics.

The ancient text survived the degradation of the Roman Empire and the dark ages that followed, until it resurfaced during the Renaissance.

An assortment of Galileo thermometers of various sizes. The bigger the size, the more precise the instrument. Kredit: Amazon.

It is believed that Hero’s work inspired Galileo Galilei to invent the first device that precisely measures temperature. The Galileo thermometer is composed of multiple glass spheres each filled with a colored liquid mixture that often contains alcohol but can even be simply water with food coloring added.

Each bubble has a metal tag attached to it that indicates temperature, which also serves as a calibrated counterweight that’s slightly different from the others. These floating balls sink or float inside the surrounding water sinking or climb up the water column slowly and gracefully. People still use them to this day, mostly for decorative purposes.

For more precise measurements, there’s the traditional mercury thermometer whose fluid expands at a known rate as it gets hotter and contracts as it gets cooler. It’s then just a matter of reading the measurement indicated by where the column of liquid ends on the scale.

Robert Fludd, an English physician, is credited with designing the first thermometer in 1638 that had a temperature scale built into the physical structure of the device. Daniel Fahrenheit designed the first mercury-based thermometer in 1714 that ultimately went on to become the gold standard of temperature measurement for centuries.


What happens at absolute zero?

The curious things that happen at low temperatures keep on throwing up surprises. Last week, scientists reported that molecules in an ultra-cold gas can chemically react at distances up to 100 times greater than they can at room temperature.

In experiments closer to room temperature, chemical reactions tend to slow down as the temperature decreases. But scientists found that molecules at frigid temperatures just a few hundred billionths of a degree above absolute zero (−273.15°C or 0 kelvin) can still exchange atoms, forging new chemical bonds in the process, thanks to weird quantum effects that extend their reach at low temperatures.

“It’s perfectly reasonable to expect that when you go to the ultra-cold regime there would be no chemistry to speak of,” says Deborah Jin from the University of Colorado in Boulder, whose team reported the finding in Vetenskap (DOI&colon 10.1126/science.1184121). “This paper says no, there’s a lot of chemistry going on.”

Annons

Ny vetenskapsman takes a look at the weird and wonderful realm of the ultra-cold.

Why is absolute zero (0 kelvin or −273.15°C) an impossible goal?

Practically, the work needed to remove heat from a gas increases the colder you get, and an infinite amount of work would be needed to cool something to absolute zero. In quantum terms, you can blame Heisenberg’s uncertainty principle, which says the more precisely we know a particle’s speed, the less we know about its position, and vice versa. If you know your atoms are inside your experiment, there must be some uncertainty in their momentum keeping them above absolute zero – unless your experiment is the size of the whole universe.

What is the coldest place in the solar system?

The lowest temperature ever measured in the solar system was on the Moon. Last year, NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter measured temperatures as low as −240°C in permanently shadowed craters near the lunar south pole. That’s around 10 degrees colder than temperatures measured on Pluto so far. Brrrrrrrrr.

What is the coldest natural object in the universe?

The coldest known place in the universe is the Boomerang Nebula, 5,000 light years away from us in the constellation Centaurus. Scientists reported in 1997 that gases blowing out from a central dying star have expanded and rapidly cooled to 1 kelvin, only one degree warmer than absolute zero. Usually, gas clouds in space have been warmed to at least 2.7 kelvin by the cosmic microwave background, the relic radiation left over from the big bang. But the Boomerang Nebula’s expansion creates a kind of cosmic refrigerator, allowing the gases to maintain their unusual cool.

What is the coldest object in space?

If you count artificial satellites, things get chillier still. Some instruments on the European Space Agency’s Planck space observatory, launched in May 2009, are frozen down to 0.1 kelvin, to suppress microwave noise that would otherwise fog the satellite’s vision. The space environment, combined with mechanical and cryogenic refrigeration systems using hydrogen and helium, chill the coldest instruments to 0.1 kelvin in four sequential steps.

What is the lowest temperature ever achieved in the laboratory?

The lowest temperature ever recorded was back here on Earth in a laboratory. In September 2003, scientists at the Massachusetts Institute of Technology announced that they’d chilled a cloud of sodium atoms to a record-breaking 0.45 nanokelvin. Earlier, scientists at the Helsinki University of Technology in Finland achieved a temperature of 0.1 nanokelvin in a piece of rhodium metal in 1999. However, this was the temperature for just one particular type of motion – a quantum property called nuclear spin – not the overall temperature for all possible motions.

What weird behaviour can gases display near absolute zero?

In everyday solids, liquids and gases, heat or thermal energy arises from the motion of atoms and molecules as they zing around and bounce off each other. But at very low temperatures, the odd rules of quantum mechanics reign. Molecules don’t collide in the conventional sense instead, their quantum mechanical waves stretch and overlap. When they overlap like this, they sometimes form a so-called Bose-Einstein condensate, in which all the atoms act identically like a single “super-atom”. The first pure Bose-Einstein condensate was created in Colorado in 1995 using a cloud of rubidium atoms cooled to less than 170 nanokelvin.


How can we measure light precisely and how can the universe expand?

How is it possible that we can measure the speed of light so precisely?? The speed of something can only ve measured in reference to another object, can't we just measure the speed of light in two directions and have the exact speed at which that point in the earth is moving ( C - measured C = speed of that point of earth.

Extra question: How is it that the universe is expanding? I have a big theory on this but how is it that we can measure the expansion of the universe?? That doesn't make any sense to me because if the universe is expanding we are also expanding, how can we know that what we percieved as 10 meters is now 20 meters if our instruments for measures also expanded and our own body, mind, eyes, atoms, and even the photons in the universe also expanded?

I say this cause scientists say the universe expands faster than the speed of light.

Extra extra bonus final boss easy question

How can something not pass the speed of light if the momentum formula is f=m.v being f force, m mass and v volume. To move something of 1 kg faster than the speed of light you need more newtons than speed of light, does a newton always take the same energy to achieve or does one newton take more energy in relation to the one that was applied before??

Thanks in advance for clearing my mind! I think a lot about this things but school is shit, I'm 16 and we are learning movement, I wanna learn about plancks not fucking a.t+iv=fv, that's easy boring shit. (Sorry for small rant)

Edit: that's my record of internet points in this site, thanks to everyone for answering.

The speed of something can only ve measured in reference to another object, can't we just measure the speed of light in two directions

The speed of light is alltid the same, even if you're moving. It's only speeds Nedan the speed of light which are relative.

What you're describing is almost exactly the Michelson-Morley experiment - measuring the speed of light in two directions. But it doesn't work because light is alltid measured to be moving at c, even by two people who are measuring the same light but moving at different speeds themselves.

Space and time "rotate" into one another as you change your speed in a way which essentially conspires to maintain the speed of light as you measure it. What one experimenter sees as space (and time) is not quite the same as what another (relatively moving) experimenter sees as space (and time).

Hijacking this top comment to pose another related question:

We know that the effects of time dilation increase exponentially as we approach c, with time quite literally "freezing" at C (which we know is impossible for any object with mass). In a theoretical universe where c travel is possible, travel from any two points in the universe is literally instantaneous. With this in mind, and with the obvious understanding that light has no concept of "time," wouldn't we assume that light emitted from the big bang reached the edge of the current universe. instantly? As in, the age of the universe is 0? How do we meld our perception of time and the measured age of the universe With the fact that the reference frame containing light emitted from the big bang has experienced no passage of time?

I guess a more direct way to ask this question is this: I understand the experience of time is entirely relative, and that in essence the calculated age of the universe shouldn't be thought of in our concept of how "long" a year is-- it's literally the number of times the earth has circled the sun (or would have if it existed), which is objective and measurable. But I just cant wrap my mind around the fact that in existant reference frames the age of the universe remains null

Would anything weird happen if light somehow traveled at a lower or higher speed? Would it eventually become something different from light?

To the first question. You can measure the speed by synchronizing two clocks, taking one very far away and then sending an object from one to the other at a very specific moment in time and then counting how long it takes before it arrives. If your measurements are sufficiently fast you can even measure the delay of light in very small distances in processors for example.

To the second question. I don't know much of the details behind the mechanisms of the expansion of the universe but it isn't so much that everything just gets larger but that the space in which objects are located gets larger. It acts like a sort of force accelerating content inside space out. As long as the forces holding objects together are larger, the objects will not grow in size themselves. We know it is expanding because distant objects move away from us which causes a doppler shift in the frequency at which they send their light. They look more red if they fly away from us and more blue if they move towards us. Similar to how an ambulance sounds different when it comes to you and moves away from you.

The formula f=mv is not correct. It should be F=ma. Where everything is the same but a is the acceleration. These equations however need to be corrected if you account for relativity which limits our velocity and those equations get much more complicated to a point where I'm not comfortable going into detail and I also don't think it would help you too much at this point. I think the most important lesson for you to take away from this is that some equations in physics aren't perfect but just sufficiently good within certain conditions and as long as you are not going a significant fraction of the speed of light for example. The principles that will happen once you start reaching the speed of light is that time doesn't move equally fast for different frames of reference which causes all kinds of non-relativistic physics to stop working properly.

If something goes really fast (99.99% speed of light for example), its time from the perspective of a stationary observer would ɺlmost' stand still. You might see the problem with definitions of force here.

"The formula f=mv is not correct. It should be F=ma."

As the OP mentioned Momentum, I think the correction in his equation isn't "v" to "a", but "f" to "p". p=mv is the correct equation for momentum

The first experiment you talked about doesn't make sense in my mind, what does sending an object between two points have to do if you can't send it at the speed of light.

Then from your second answer how is it that things expand but they don't if gravity is stronger between them?? Objects far away have gravity towards their own particles, if the forces that are "pulling them apart" are stronger than the gravity they have towards the universe then they aren't expanding, they are just travelling in a direction, I recall reading that the universe is expanding at an increasing rate so it's either expanding with its own atoms also expanding so it's a logical fallacy (can't be proven wrong), or it's not expanding and it's just being pulled apart by other stuff outside the universe, or there are other factors that we aren't taking into account. I used to think that we can't see stuff very far from us since we aren't in the centre of the universe and light hasn't traceled here yet but idk.

You cleared my mind on the third question and produced me more questions for the other two so thank you so much for replying.

We can just measure the speed of light like we can measure any other speed. The speed of light is only 300,000,000 meters per second. We can easily make things that make measurements at 1000 times per second or more. So all you would need to measure the speed of light is a distance 150 kilometers long, a mirror and a sampling rate of 1000 times per second. This is exactly how we got our first measurement of the speed of light. We created a pulsing light beam and then shot it at a mirror, then had a spinning disc that we could change the RPM of next to the emitter, this lets us measure very precisely what the travel time of the pulses are.

Our own bodies, atoms, and eyes are not expanding. The force pushing everything away from each other is ridiculously weak and almost any object's gravity can overcome it. The space between galaxies is very very big though, much bigger than the space inside of galaxies, so the dark energy force that is causing the universe to expand is greater than the incredibly tiny force pulling galaxies towards each other, so galaxies move away from each other, but the forces inside galaxies and between very close galaxies like our own local group is more than enough to keep those things together.

The speed of light does not work the way you think it works, and has nothing to do with light itself. What we call the speed of light is actually the speed of causality. Light in it's own reference frame moves almost infinite distance in almost zero time. Light moves much much much much faster than the speed of light in it's own reference frame. So f=ma works until infinity in your own reference frame. It is only outside stationary observers that see things moving at the speed of light. We don't really know what causes this, but one theory is that it's the Higgs field. The Higgs field is a sea of quantum particles that fills the universe and imparts mass to objects in the universe, letting them interact with other objects.

If you're familiar with how the speed of sound in a medium works, we get the speed of sound because it is the maximum speed that particles in air, steel, or water can transmit a wave from one particle to another. The speed of light/the speed of causality is thought to work in the same way. When you move from one location to another in the universe your mass has to go with you before you can move again. So as you move faster and faster the Higgs field has trouble handing off your mass from the particles at your previous position, to your new position fast enough. Because you cannot experience time without mass you do not experience these delays with the Higgs field updating your position, but outside observers see you moving in slow motion much like watching a laggy video on YouTube that is constantly buffering. Just because people watching a video of an SR-71 Blackbird with very slow buffering see it taking much more time to cross a distance, doesn't mean the plane in the video is going any bit slower. The plane is still moving ridiculously fast, it's just that you as an outside observer experience it moving much slower due to the buffering. Likewise outside observers see things moving at or near the speed of light with progressively more buffering. Those things going near the speed of light are still moving incredibly fast, quadrillions of meters per second or more in their own reference frames, but we can only update their positions at a maximum speed of about 300 million meters per second when we observe those objects.


Receptorer

Receptors are biological transducers that convert energy from both external and internal environments into electrical impulses. They may be massed together to form a sense organ, such as the eye or ear, or they may be scattered, as are those of the skin and viscera. Receptors are connected to the central nervous system by afferent nerve fibres. The region or area in the periphery from which a neuron within the central nervous system receives input is called its receptive field. Receptive fields are changing and not fixed entities.

Receptors are of many kinds and are classified in many ways. Steady-state receptors, for example, generate impulses as long as a particular state such as temperature remains constant. Changing-state receptors, on the other hand, respond to variation in the intensity or position of a stimulus. Receptors are also classified as exteroceptive (reporting the external environment), interoceptive (sampling the environment of the body itself), and proprioceptive (sensing the posture and movements of the body). Exteroceptors report the senses of sight, hearing, smell, taste, and touch. Interoceptors report the state of the bladder, the alimentary canal, the blood pressure, and the osmotic pressure of the blood plasma. Proprioceptors report the position and movements of parts of the body and the position of the body in space.

Receptors are also classified according to the kinds of stimulus to which they are sensitive. Chemical receptors, or chemoreceptors, are sensitive to substances taken into the mouth (taste or gustatory receptors), inhaled through the nose (smell or olfactory receptors), or found in the body itself (detectors of glucose or of acid-base balance in the blood). Receptors of the skin are classified as thermoreceptors, mechanoreceptors, and nociceptors—the last being sensitive to stimulation that is noxious, or likely to damage the tissues of the body.

Thermoreceptors are of two types, warmth and cold. Warmth fibres are excited by rising temperature and inhibited by falling temperature, and cold fibres respond in the opposite manner.

Mechanoreceptors are also of several different types. Sensory nerve terminals around the base of hairs are activated by very slight movement of the hair, but they rapidly adapt to continued stimulation and stop firing. In hairless skin both rapidly and slowly adapting receptors provide information about the force of mechanical stimulation. The Pacinian corpuscles, elaborate structures found in the skin of the fingers and in other organs, are layers of fluid-filled membranes forming structures just visible to the naked eye at the terminals of axons. Local pressure exerted at the surface or within the body causes deformation of parts of the corpuscle, a shift of chemical ions (e.g., sodium, potassium), and the appearance of a receptor potential at the nerve ending. This receptor potential, on reaching sufficient (threshold) strength, acts to generate a nerve impulse within the corpuscle. These receptors are also activated by rapidly changing or alternating stimuli such as vibration.

All receptors report two features of stimulation, its intensity and its location. Intensity is signaled by the frequency of nerve impulse discharge of a neuron and also by the number of afferent nerves reporting the stimulation. As the strength of a stimulus increases, the rate of change in electrical potential of the receptor increases, and the frequency of nerve impulse generation likewise increases.

The location of a stimulus, whether in the external or internal environment, is readily determined by the nervous system. Localization of stimuli in the environment depends to a great extent on pairs of receptors, one on each side of the body. For example, children learn very early in life that a loud sound is probably coming from a nearer source than a weak sound. They localize the sound by noticing the difference in intensity and the minimal difference in time of arrival at the ears, increasing these differences by turning the head.

Localization of a stimulus on the skin depends upon the arrangement of nerve fibres in the skin and in the deep tissues beneath the skin, as well as upon the overlap of receptive fields. Most mechanical stimuli indent the skin, stimulating nerve fibres in the connective tissue below the skin. Any point on the skin is supplied by at least 3, and sometimes up to 40, nerve fibres, and no two points are supplied by precisely the same pattern of fibres.

Finer localization is achieved by what is called surround inhibition. In the retina, for example, there is an inhibitory area around the excited area. This mechanism accentuates the excited area. Surround excitation, on the other hand, is characterized by an excitatory area around an inhibitory area. In both cases contrast is enhanced and discrimination sharpened.

In seeking information about the environment, the nervous system presents the most-sensitive receptors to a stimulating object. At its simplest, this action is reflex. In the retina a small region about the size of a pinhead, called the fovea, is particularly sensitive to colour. When a part of the periphery of the visual field is excited, a reflex movement of the head and eyes focuses the light rays upon that part of the fovea. A similar reflex turns the head and eyes in the direction of a noise. As the English physiologist Charles Sherrington said in 1900, “In the limbs and mobile parts, when a spot of less discriminative sensitivity is touched, instinct moves the member, so that it brings to the object the part where its own sensitivity is delicate.”


Reviewing the Strategy and Determining Success

Another important part of laboratory temperature monitoring is tracking historical data and fluctuations. The right monitor collects data and compiles reports for you. With these reports in hand, it’s easy to see patterns and trends.

From there, you can determine if you’re meeting your goals. You might think your current system is working well, only to see lab temperatures change many times a day. This kind of information can help as you review and revise your strategy.

The system can also give insight into how often the temperature exceeds thresholds. It can even provide data about when fluctuations occur, so you can link those changes back to causes.

With so much information at your fingertips, it’s easy to decide your next steps. Revising your strategy has never been easier.


Diskussion

The suggestion that most amino acid substitutions are slightly deleterious was originally offered to resolve contradictions between the predictions of neutral theory and empirical observations (15). In exploring how this novel premise might realign predictions and data, a number of theoretical studies simulated molecular evolution under predefined distributions of mutant selection coefficients (see, for example, ref. 32). The results presented here suggest that a priori assumption of a particular distribution of mutant selection coefficients is inappropriate for steady-state models of nearly neutral evolution. The distribution of mutant selection coefficients is determined by the operation of the evolutionary dynamic on the landscape of all possible genotypes and therefore cannot be assumed a priori. In fact, the distribution determined by the evolutionary dynamic will differ in important ways from distributions assumed a priori. For instance, we found that the steady-state distribution of mutant selection coefficients will take a form that causes the number of fixations involving an additive fitness change Δx to equal the number of fixations involving an additive fitness change -Δx. This property will not, in general, be exhibited by distributions of mutant selection coefficients assumed a priori.

Although we find that the premise that most substitutions are slightly deleterious may be incorrect, many of the deductions that rely on this premise remain in tact. For example, steady-state nearly neutral evolution may still provide an explanation for the constancy of the rate of molecular evolution across organisms with very different generation times. According to detailed balance, on average, for one adaptive substitution with a given selection coefficient to occur, a corresponding deleterious substitution must also take place. Because deleterious mutations are much less likely to fix than adaptive ones, fixation of deleterious mutations remains the rate-limiting step in molecular evolution, and Ohta's (16) rationale for the molecular clock may still hold. Other classical arguments, such as Ohta's explanation for the surprisingly weak relationship between polymorphism and population size, can be rephrased along similar lines.

An important simplifying assumption in our analysis was that mutations are sufficiently rare that the fixation probability of a mutation is not affected by other segregating alleles. Although future work may determine whether the methods presented here can be generalized to incorporate interactions among segregating sites, we must presently address the applicability of theory that omits such important processes as hitchhiking (15, 33) and background selection (12). Most straightforwardly, the results presented here can be viewed as an approximation that becomes acceptably accurate under certain population parameters. For example, in small populations, mutations are rare, and therefore our simplified evolutionary dynamics and the results we have derived from them become decent approximations of reality (4). More generally, however, the theory considered here may allow us to more adequately understand the behavior of models that frequently serve either as null models or as theoretically tractable heuristics in studies of more complicated molecular evolutionary dynamics. For instance, revising the premise that slightly deleterious substitutions predominate may affect how the null hypothesis of steady-state nearly neutral evolution is simulated in studies measuring rates and effects of adaptation in the genome. Or, to offer another example, closed-form expressions for the effect of population size on key population genetic statistics may facilitate evaluation of the suggestion that the effects of hitchhiking or background selection can be approximated theoretically by a rescaling of population size in neutral theory (12, 34).

Besides adopting important simplifying assumptions, the theory treated here reduces the complexity of dynamics by treating the averages of large numbers of degrees of freedom. Although such averages are clearly meaningful in the classical systems of statistical physics, in which the number of degrees of freedom is generally on the order of Avogadro's number, one may reasonably ask whether averages are actually useful in genetic systems, in which the number of degrees of freedom is so much smaller. Although population genetics initially concerned itself with the dynamics at one or a few sites of interest, the recent flood of genomic data has allowed measurement of averages over many sites. For instance, it is now common to compare average evolutionary rates or average levels of codon bias across many genes in the genome (35, 36). Such studies encounter tremendous noise, and predictions are far from precise (especially by the standards of statistical physics), but averaging across sites within genes and comparing large numbers of genes often allow detection of important trends.

The applicability of the theory treated here should also be discussed in light of Eq. 9 , which gives the probability that any given genotype is fixed in the population. The time scales of evolution do not allow exhaustive exploration of large and rugged fitness landscapes instead, populations are often confined to exploration of a local fitness peak. Such metastable states do not reflect an equilibrium in the strict sense because, given sufficient time, the system would eventually leave each local peak. Nonetheless, under the approximation that the local landscape is bounded by valleys that cannot be traversed, Eq. 9 and the results that follow from it would apply.

A number of authors (3, 37–39) have noted parallels between statistical physics and evolution. In 1930, R. A. Fisher wrote that “. the fundamental theorem [of natural selection] bears some remarkable resemblance to the second law of thermodynamics. It is possible that both may ultimately be absorbed by some more general principle” (3). In accordance with this suggestion, we have shown that the mathematical description of evolution of a finite population in a constant environment is analogous to that of a thermodynamic system. Our treatment does not address how evolutionary systems, which are themselves physical systems, are subject to the laws of statistical physics [as, for example, Schrödinger suggests (40)]. The analogy we have developed does, however, show that the methods used to describe systems in statistical physics can be applied to evolutionary systems in a useful way. This analogy leads to a general analytical form for the steady-state distribution of fixed genotypes, thus reducing the solution of a large family of evolutionary models, including Fisher's geometric model, to several straightforward substitutions. The close parallels between statistical physics and evolutionary dynamics also prove useful in elucidating basic evolutionary relationships, such as that between genetic load and effective population size, and in revealing new generalizations about dynamic behavior at steady state, such as the equality of the number of adaptive and deleterious substitutions. Finally, the analogy permits derivation of an energy function for evolutionary dynamics of a finite population. The form of this energy function is precisely that of free energy, and the maximization of free fitness is precisely analogous to the second law of thermodynamics.