معلومة

رؤية الأشعة فوق البنفسجية للحيوان


من المعروف جيدًا أن العديد من الأنواع ، مثل النحل وبعض أنواع الطيور كأمثلة يمكن أن ترى في الأشعة فوق البنفسجية (UV). كيف تختلف بنية عيونهم عن البشر للسماح بذلك؟

أيضًا ، كيف يتم حمايتهم من بعض الآثار الضارة للتعرض للأشعة فوق البنفسجية في العين؟


أولاً ، معظم الكائنات الحية المدركة للأشعة فوق البنفسجية لا ترى سوى الأشعة فوق البنفسجية البعيدة (حوالي 300-400 نانومتر) والتي تكون أقل ضررًا. هناك أنواع مختلفة من opsins ، والتي يتم تنشيطها بأطوال موجية مختلفة. مثل الأشعة فوق البنفسجية الأخرى ، يتم إدراكها من خلال opsins الحساسة لطول الموجة فوق البنفسجية [المرجع].

لست متأكدًا من هذا ولكن يجب أن تكون حساسية opsin للأشعة فوق البنفسجية عالية بحيث يكون الإشعاع المنخفض كافياً للإدراك ويتم تصفية الفائض. تم الإبلاغ عن آلية مرشح الأشعة فوق البنفسجية للعين البشرية والسنجاب ؛ في الغالب يستخدم مشتقات كينورينين. قد تكون آلية مماثلة موجودة في الكائنات الحية الأخرى أيضًا.


تختلف بنية العين ذات الصلة فقط في اتجاه واحد ، وأنواع المخاريط الموجودة ، وأنواع مختلفة من الأقماع تحتوي على opsins مختلفة (أصباغ حساسة للضوء). الزواحف والطيور لها 4 أنواع من المخاريط ، والثدييات لها 2 (الرئيسيات لها 3). فقدت الثدييات المبكرة اثنين من هذه الثدييات لأن الثدييات الحديثة تنحدر من الثدييات المبكرة التي كانت ليلية ، وكان أحد الثدييات التي تستجيب لضوء الأشعة فوق البنفسجية. الثدييات الحديثة مثل أحفادها عالقة مع هذا الانخفاض لأن الجينات التي تصنع تلك المخاريط الأخرى لم تعد موجودة. طورت الرئيسيات مخروطًا ثالثًا ، (وهو متغير متحور لواحد من الاثنين اللذين كانا لديهم من قبل) قامت الرئيسيات بهذا لأن العديد من الحيوانات المقلية واللون ممتازان لتحديد وقت نضج الفاكهة.


رؤية الطيور

رؤية هو المعنى الأكثر أهمية للطيور ، لأن البصر الجيد ضروري للطيران الآمن. تمتلك الطيور عددًا من التعديلات التي تمنح حدة بصرية أعلى من تلك الموجودة في مجموعات الفقاريات الأخرى ، وقد وُصف الحمام بأنه "عينان لهما أجنحة". [1] من المحتمل أن تكون الطيور من سلالة الديناصورات ذوات الأقدام ، [2] [3] تشبه عين الطيور عين الزواحف الأخرى ، مع عضلات هدبية يمكنها تغيير شكل العدسة بسرعة وبدرجة أكبر من الثدييات. [ بحاجة لمصدر ] الطيور لديها أكبر عيون بالنسبة لحجمها في المملكة الحيوانية ، وبالتالي فإن حركتها محدودة داخل تجويف العين العظمي. [1] بالإضافة إلى الجفنين الموجودين عادة في الفقاريات ، فإنه محمي بغشاء ثالث شفاف متحرك. يشبه التشريح الداخلي للعين تشريح الفقاريات الأخرى ، لكن له بنية ، عين البكتين ، فريدة من نوعها للطيور.

بعض مجموعات الطيور لديها تعديلات محددة على نظامها البصري مرتبطة بنمط حياتهم. الطيور الجارحة لديها كثافة عالية جدًا من المستقبلات والتكيفات الأخرى التي تزيد من حدة البصر. يمنحهم وضع عيونهم رؤية مجهر جيدة تمكنهم من الحكم الدقيق للمسافات. الأنواع الليلية لها عيون أنبوبية ، وعدد قليل من أجهزة الكشف عن الألوان ، ولكن كثافة عالية من الخلايا العصوية التي تعمل بشكل جيد في الإضاءة الضعيفة. طيور الخرشنة والنوارس والقطرس هي من بين الطيور البحرية التي تحتوي على قطرات زيت حمراء أو صفراء في مستقبلات اللون لتحسين الرؤية عن بعد خاصة في الظروف الضبابية.


رؤية الأشعة فوق البنفسجية للحيوان - علم الأحياء

بفضل الرؤية فوق البنفسجية ، ترى الطيور العالم بشكل مختلف تمامًا عما نراه نحن

في أوائل السبعينيات ، قام باحث باختبار قدرة الحمام على التمييز بين الألوان المكتشفة بالصدفة أن الطيور تستطيع رؤية الأشعة فوق البنفسجية (UV). تم اعتبار النتيجة غريبة ولكنها ليست مهمة للغاية. & ldquo كان من الطبيعي أن يفترض العلماء أن رؤية الطيور تشبه رؤية الإنسان ، كما يقول جيفري هيل ، عالم الطيور بجامعة أوبورن ومؤلف كتاب تلوين الطيور. & ldquo بعد كل شيء ، تنشط الطيور والبشر على حد سواء في النهار ، فنحن نستخدم الألوان الزاهية كإشارات. . لا أحد يتخيل حقًا أن الطيور قد ترى العالم بشكل مختلف. & rdquo

ولكن خلال العقود التالية ، كشفت الاختبارات المنهجية لرؤية الطيور شيئًا غير متوقع: العديد من أنواع الطيور و mdashnot فقط الحمام و mdashcan ترى ضوء الأشعة فوق البنفسجية. في الواقع ، باستثناء الطيور التي تطير ليلًا مثل البوم ، ربما تكون عيون معظم الطيور أكثر حساسية للأشعة فوق البنفسجية مما هي عليه لما نسميه الضوء المرئي. تعلم العلماء أيضًا أن العديد من الطيور لديها ريش يعكس ضوء الأشعة فوق البنفسجية. هذه الاكتشافات سويًا جعلتنا ندرك أنه يمكن أن تكون هناك إجابات جديدة على الأسئلة القديمة ، كما يقول عالم الأحياء بجامعة دريك موير إيتون. تعتمد الطيور على الرؤية لاختيار رفقاءها ، والعثور على الطعام والبحث عن الحيوانات المفترسة ، على سبيل المثال. & ldquo إذا افترضت أن الطيور ترى بالضبط ما نراه ، فقد يكون لديك إطار عمل خاطئ لفهم سلوك الطيور ، كما يقول إيتون.

إشارات سرية؟

ضع في اعتبارك كيف تختار الطيور زملائها. & ldquo بعد ظهور الدراسات الأولى على الطيور والأشعة فوق البنفسجية ، بدأ الناس يقولون ، "ربما تكون دراستك لاختيار رفيقك غير صالحة لأنك سجلت ألوان الريش بالعين المجردة ، & [رسقوو] & rdquo يقول بيتر دن ، عالم أحياء جامعة ويسكونسن و ndash الحبار الصفراء الشائعة (أدناه). يضيف هيل ، الذي بحث في اختيار الشريك في عصافير المنزل والطيور الزرقاء والنيلي buntings: & ldquo عندما بدأت العمل ، في الثمانينيات من القرن الماضي ، اعتدنا على تعليق مخططات الألوان مقابل الطيور و rsquo الريش و rdquo و mdash نفس رقائق الطلاء المربعة التي تعد معيارًا صناعيًا لمصممي الجرافيك والديكور الداخلي.

خلال العقود الثلاثة الماضية ، اختبرت سلسلة من الدراسات الفكرة المثيرة للاهتمام القائلة بأن اختيار الشريك وسلوكيات الطيور الأخرى قد تتشكل من خلال إشارات مرئية سرية لا يستطيع البشر رؤيتها. على الرغم من أن الافتراض كان غريبًا ، إلا أن ما سهل هذا الانفجار البحثي كان مبتذلًا: فقد أصبحت التكنولوجيا أفضل وأرخص. على وجه الخصوص ، زيادة التوافر وانخفاض تكلفة جهاز معمل يسمى مقياس الطيف الضوئي و mdash الذي يقيس بدقة الضوء المنعكس أو الممتص من قبل علماء السطح و mdashlet ، إذا لم يروا مثل الطيور ، على الأقل حدد ما تراه الطيور.

في البداية ، قام العديد من الباحثين بتحويل مقاييس الطيف الضوئي الخاصة بهم إلى الطيور التي لا تستخدم ريشًا لامعًا لجذب زملائها. فريق من العلماء السويديين ، على سبيل المثال ، نظر إلى الحلمة الزرقاء ، وهي من أقرباء القرقف. كما هو الحال مع العديد من أنواع الطيور ، تبدو الأثداء الزرقاء للذكور والإناث متشابهة للبشر. & ldquo تصف الأدبيات القياسية الريش بأنه متشابه إلى حد كبير بين الجنسين ، كما يقول ستافان أندرسون ، أستاذ علم البيئة الحيوانية بجامعة جوتنبرج. & ldquo تكمن المشكلة الرئيسية في هذا الاستنتاج في أنه يعتمد على العين البشرية ذات الأشعة فوق البنفسجية المنحازة للأشعة فوق البنفسجية. & rdquo باستخدام مسبار القياس الطيفي لمسح ريش الطيور التي يتم صيدها في البرية ، اكتشف أندرسون وزملاؤه أن الثدي الأزرق نفسه ليس لديه مشكلة نقول للذكور من الإناث: لدى الذكور رقعة من الريش على تاج الرأس تعكس بقوة ضوء الأشعة فوق البنفسجية الإناث لا.

اختيار ماتي

الثدي الأزرق ليس وحده. في عام 2005 ، استخدم إيتون مقياس الطيف الضوئي لمسح ريش جلود دراسة المتحف لـ 139 نوعًا من الطيور المغردة التي يظهر فيها الذكور والإناث على حد سواء ، من أجنحة شمع الأرز إلى طيور السنونو إلى الطيور المحاكية إلى المروج الغربية. على الرغم من أن العلماء سبق أن صنفوا هذه الطيور ، إلى جانب 70 في المائة من جميع أنواع الطيور المغردة ، على أنها أحادية اللون من الناحية الجنسية (تبدو الذكور والإناث متطابقة) ، إلا أن 90 في المائة من الأنواع التي تم مسحها ضوئيًا في إيتون كانت ثنائية اللون جنسياً: مختلفة بمجرد أن تأخذ في الاعتبار الأفضل تمييز الألوان (بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية) بواسطة الطيور وكمية ضوء الأشعة فوق البنفسجية ينعكس الريش. يقول إيتون: "بالنسبة للطيور نفسها ، يبدو الذكور والإناث مختلفين تمامًا عن بعضهم البعض".

قادت مثل هذه النتائج بعض الباحثين إلى التكهن بأن الدور الأساسي للرؤية فوق البنفسجية للطيور هو اختيار الزملاء. في الواقع ، في الاختبارات المعملية ، وجد أندرسون وزملاؤه أن أنثى الثدي الزرقاء تفضل بشدة الذكور الذين لديهم تيجان وألمع & rdquo غير مرئية & rdquo وأدلة على أن الريش العاكس للأشعة فوق البنفسجية التي لا يستطيع البشر رؤيتها يخدم وظيفتهم.

مع مرور الوقت ، خلص العلماء إلى أن الثدي الأزرق هو الاستثناء من القاعدة. عدد قليل جدًا من أنواع الطيور تستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية فقط و [مدش] مع عدم وجود إشارات بصرية أخرى و [مدش] لجذب واختيار الزملاء. & ldquo بشكل عام ، يعزز الانعكاس فوق البنفسجي ببساطة أنماط ألوان الريش التي يمكن للبشر رؤيتها بالفعل ، & rdquo يقول دان. من بين موضوعات دراسته ، تفضل الإناث الحنجرة الذكور الأكثر إشراقًا ، ولكن ليس بسبب انعكاس الأشعة فوق البنفسجية وحدها. إنه & rsquos أكثر سطوع الريش بشكل عام. & rdquo

إحباط طفيليات العش

إذن ، كيف تستخدم الطيور قوتها في الرؤية فوق البنفسجية؟ يقترح العلماء عددًا مذهلاً من الطرق. العديد من الطيور المغردة ، على سبيل المثال ، تزعجها طفيليات الأعشاش: الطيور مثل الوقواق وطيور البقر ذات الرأس البني التي تفرغ بيضها في عش مضيف وتترك العمل الشاق لرعاية الأطفال للآباء بالتبني غير الراغبين. اتضح أن بعض المضيفين المحتملين قادرون على التعرف على البويضات ورفضها والتي تبدو في نظر الإنسان مثل بيضها. هل يمكن للطيور أن تستجيب لإشارات الأشعة فوق البنفسجية بدلاً من الألوان المرئية للناس؟

الأدلة حتى الآن موحية لكنها غير حاسمة. في إحدى الدراسات التي أُجريت عام 2007 في جمهورية التشيك ، رفضت داء القلاع البيض التجريبي الذي صممه الباحثون ليكونوا مقلدين مثاليين. اتضح أن العلماء و [رسقوو] البيض كان لها انعكاس للأشعة فوق البنفسجية يختلف عن بيض القلاع. لكن دراسة كندية أجريت على 11 نوعًا تطفل عليها طيور البقر لم تجد أي ارتباط: قبلت بعض الأنواع البيض الذي كان يتطابق مع الأشعة فوق البنفسجية ، ورفضها البعض الآخر.

إشارات من الكتاكيت الجائعة

يدرس العلماء أيضًا ما إذا كانت إشارات الأشعة فوق البنفسجية تلعب دورًا بعد فقس البيض. فكر في الطيور الأم التي تعمل بجد ، وتنقل اليرقات إلى عش من الكتاكيت الجائعة. أي كتكوت يتم إطعامه أولاً؟ في بعض الأنواع ، يشير الآباء إلى حجم الفقس و rsquos أو كيف بصوت عالٍ وحيوي. لكن اللون هو أيضًا عامل و [مدش] سطوع التثاءب (حافة الفم) أو يبدو أن الرأس يحفز الوالدين على تقديم الطعام. يقترح بعض الباحثين أن لون الأشعة فوق البنفسجية قد يعزز هذا التأثير.

على سبيل المثال ، تحتوي البكرات الأوروبية حديثة الفقس على رقعة من الجلد العاري على الجبين تعكس ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يواجه آباؤهم تحديًا خاصًا عندما يوزعون مئويات وغيرها من المكافآت: نظرًا لأن قوابض الأسطوانة تفقس على مدار أيام ، فإن الكتاكيت التي تفقس لأول مرة أكبر وتحتاج إلى طعام أكثر من الكتاكيت التي تفقس لاحقًا. في دراسة أجريت عام 2011 ، لاحظ باحثون إسبان أن الكتاكيت الأثقل تميل إلى أن يكون لديها أقل بقع عاكسة للأشعة فوق البنفسجية للجبهة ، أما الكتاكيت الأخف فتحتوي على جبين أكثر انعكاسًا للأشعة فوق البنفسجية. لاختبار ما إذا كان هذا الاختلاف يساعد الآباء في تحديد من يجب أن يطعموه أكثر من غيرهم ، قام العلماء بوضع مستحضر يشبه الواقي الشمسي على جباه بعض الكتاكيت ، باستخدام غسول تحكم على الآخرين. اكتسبت الكتاكيت التي تحتوي على مادة مانعة وزناً أقل من زملائها في العش غير المحظورة ، و [مدش] يظهر بوضوح أنهم حصلوا على طعام أقل عندما لم يتمكنوا من الإعلان عن حالتهم التغذوية بإشارات الأشعة فوق البنفسجية.

البحث عن الطعام

قد تعتمد الطيور الأم على إشارات الأشعة فوق البنفسجية عندما تتعافى من العثور على الطعام أيضًا. تحتوي العديد من الحشرات ، بما في ذلك العث والفراشات ، على طلاء للجسم يعكس بشدة ضوء الأشعة فوق البنفسجية. العديد من البذور عاكسة أيضًا ، ويطور التوت والفواكه طبقة شمعية عاكسة للغاية أثناء نضجها. من ناحية أخرى ، لا تعكس معظم الأوراق الخضراء ضوء الأشعة فوق البنفسجية. لذلك ، حتى لو بدت ثمرة التوت الأحمر مرئية تمامًا مقابل الورقة الخضراء لعيون الإنسان ، فإن هذا التباين يزداد بالنسبة للطيور.

& ldquo أعتقد أن أكبر شيء يأتي من الاكتشاف الذي تراه الطيور في الأشعة فوق البنفسجية هو فهمنا للكيفية التي تجد بها بعض الطيور المفترسة فريستها ، يقول هيل. تخيل ، على سبيل المثال ، طائر العاسق (العاسق الأمريكي ، إلى اليمين) جاثمًا عالياً فوق سلك هاتف ، ويمسح حقلاً أسفله بكثير. لطالما تساءلت كيف يحصل الطائر الجارح على ما يكفي ليأكل ، وهو يقول. & ldquo بعد كل شيء ، يمكنك المشي في حقل عشبي 20 مرة ولا ترى الماوس أبدًا. & rdquo

لكن هذا & رسقوس لأننا لا نرى ما تراه الطيور. اتضح أن الفريسة الرئيسية للعوارض الشائعة ، فرس المرج ، تتصرف مثل كلب صغير ، باستخدام بخاخات من البول لتحديد مساراتها من خلال العشب الطويل. منذ حوالي 15 عامًا ، اكتشف باحثون فنلنديون من جامعة توركو أن بول فولي يعكس ضوء الأشعة فوق البنفسجية و mdash التي يمكن أن تراها العوامات التي ترتفع فوق الحقول المفتوحة بوضوح. & ldquo بمجرد أن تدرك أن الطيور الجارحة يمكنها تتبع المسار الصحيح للحيوان ، يصبح الأمر أكثر منطقية ، كما يقول هيل.

بالفعل هي كذلك. في حين تساءل الناس منذ فترة طويلة عما سيكون عليه الحال عند التحليق مثل الطائر ، فإن السؤال الأكثر إثارة للاهتمام و [مدش] على وجه الخصوص لعلماء الأحياء و [مدشماي] سيكون: ماذا سيكون شكل رؤية مثل طائر؟

سينثيا بيرجر كاتبة مقيمة في ولاية بنسلفانيا ومديرة التحرير السابقة لمجلة طائر حي مجلة.

الطيور والأشعة فوق البنفسجية: العيون تمتلكها

كيف تكتشف الطيور الأشعة فوق البنفسجية؟ للإجابة على هذا السؤال يجب أن تفهم بنية عين الطيور. تحتوي شبكية العين البشرية على ثلاثة أنواع من الخلايا المخروطية (المستقبلات المستخدمة في رؤية الألوان): الأحمر والأخضر والأزرق. على النقيض من ذلك ، الطيور النشطة خلال النهار لها أربعة أنواع ، بما في ذلك النوع الذي & rsquos حساس بشكل خاص لأطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية. هناك فرق آخر: في الطيور ، تحتوي كل خلية مخروطية على قطرة صغيرة من الزيت الملون تفتقر إليها الخلايا البشرية. يعمل قطرة الزيت مثل المرشح الموجود في عدسة الكاميرا. والنتيجة هي أن الطيور لا ترى ضوء الأشعة فوق البنفسجية فحسب ، بل إنها أفضل بكثير من البشر في اكتشاف الاختلافات بين لونين متشابهين.

كيف يبدو العالم لطائر برؤية الأشعة فوق البنفسجية؟ & ldquo يمكننا & rsquot أن نتخيل ، & rdquo يقول عالم الطيور في جامعة أوبورن جيفري هيل. نظرًا لأن الطيور يمكنها اكتشاف ألوان أكثر مما يستطيع البشر اكتشافها ، فقد تظهر المشاهد أكثر تنوعًا. والألوان الساطعة بالفعل لعيون الإنسان يتم تضخيمها بواسطة انعكاس الأشعة فوق البنفسجية و [مدش] وربما أكثر إشراقًا للطيور.

إنتاجية بحوث الطيور المنتجات الاستهلاكية

في التقاليد الأمريكية الكبرى ، بدأ رواد الأعمال في الاستفادة من المعرفة الجديدة حول رؤية الطيور لابتكار منتجات استهلاكية ذكية. وفيما يلي بعض الأمثلة على ذلك:

شرك أفضل للبط: يعرف صيادو الطيور المائية أنه كلما كان شرك البط أكثر واقعية ، كان يعمل بشكل أفضل. يلاحظ صياد البط مدى الحياة ، عالم الطيور موير إيتون ، & ldquo عندما دخلت في هذا البحث للأشعة فوق البنفسجية ، قلت ، & lsquo ، يجب أن أخترع طلاءًا عاكسًا للأشعة فوق البنفسجية لأشراكي! & rsquo & rdquo ضربه شخص ما به. تقدم معظم الشركات المصنعة الرئيسية للشراك الخداعية ذات الإنتاج الضخم طلاءًا عاكسًا للأشعة فوق البنفسجية كخيار في منتجاتها.

تجنب الاصطدامات. . . والقطط: في كل عام يموت ما يصل إلى مليار طائر من أمريكا الشمالية بعد اصطدامها بالنوافذ ، كما يقول الباحث في كلية موهلينبيرج دانييل كليم. تتمثل إحدى طرق تحذير الطيور من أن حاجزًا غير مرئي ولكنه صلب يسد مسار طيرانها في تزيين النوافذ بملصقات. & ldquo ولكن هذا & rsquos بالكاد مرضٍ بصريًا ، & rdquo كليم الملاحظات. سيكون الخيار الأكثر إرضاءًا للمستهلكين هو النوافذ التي تعكس ضوء الأشعة فوق البنفسجية و mdash المرئي للطيور ولكن ليس الأشخاص و mdasha مشروع Klem الذي يعمل عليه ويأمل في إقناع الشركات المصنعة بالإنتاج تجاريًا. كما يقع مئات الملايين من الطيور كل عام فريسة للقطط في الهواء الطلق. يستفيد أحد رواد الأعمال من قدرة الطيور على رؤية الأشعة فوق البنفسجية لمكافحة المشكلة من خلال تسويق طوق يدعي أنه يجعل الحيوانات المفترسة القطط أكثر وضوحًا للطيور.

ملابس التمويه لطيور الطيور: يعيد بعض مراقبي الطيور المتحمسين النظر في اختياراتهم للأزياء الآن بعد أن عرفوا أن الطيور تراها في الأشعة فوق البنفسجية. تعكس العديد من صبغات الملابس الحديثة الأشعة فوق البنفسجية ، كما هو الحال في بعض المنظفات. يمكن لصغار الطيور اليوم الاختيار من بين مجموعة متنوعة من علاجات النسيج القابلة للرش والتي ستجعل السترات المفضلة لديهم أقل وضوحًا لأن الملابس تمتص (بدلاً من عكس) أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية.

Goose Be Gone: يمكن أن يكون قطيع من الأوز الكندي الجناح فوق الرأس مقدمة للفوضى. تتمثل إحدى طرق صد ما يسمى بـ & ldquonuisance & rdquo في رش العشب بمواد كيميائية سيئة المذاق ولكنها غير ضارة مشتقة من العنب. تظهر الأبحاث أن هذا العلاج يكون أكثر فعالية عند اقترانه برذاذ آخر: مركب يعكس ضوء الأشعة فوق البنفسجية. غير مرئي للعين البشرية ، يجعل الرذاذ قطعة من العشب المعالج واضحًا تمامًا للإوز ، وهو إشارة بصرية تعزز الدرس ، & ldquo هذا الطعام مذاقه سيئًا ويبقى بعيدًا. & rdquo

حوّل حديقتك إلى ملاذ للطيور والحياة البرية الأخرى من خلال برنامج NWF & rsquos المعتمد للحياة البرية.

موارد ذات الصلة

شاهد: Live Eagle Cam
عشرة أساطير عن سلوك الطيور
تعقب الطيور المهاجرة


كيف تعرف أن الحيوان يمكنه رؤية اللون؟

تستخدم العيون لالتقاط الضوء ثم ترسل الأعصاب البصرية إشارات إلى الدماغ حيث تتم معالجة المعلومات في صورة. انقر للتكبير وقراءة التفاصيل الإضافية.

يمكن الإجابة على هذا السؤال بسهولة تامة. إذا كانت عين الحيوان تحتوي على مخاريط ، فستتمكن من رؤية بعض الألوان. ما يصعب معرفته هو الألوان التي يمكن للحيوان رؤيتها ومدى قوة أو ضعف اللون الذي سيظهر للحيوان.

يمكن للعلماء دراسة عين حيوان ومعرفة ما إذا كانت تحتوي على أقماع وما هي ألوان الضوء التي يمكن للمخاريط اكتشافها. من الممكن أيضًا حساب عدد المخاريط وموقعها في شبكية العين لفهم مدى قوة أو ضعف اللون الذي قد يظهر للحيوان.

لكن ما هو اللون الذي يراه الحيوان؟ الرؤية ، مثل كل حواسنا ، تتم معالجتها في الدماغ. بدون القدرة على الوصول إلى رأس حيوان ، من الممكن فقط معرفة الألوان التي يمكن اكتشافها وليس كيف "ينظرون" إلى الحيوان.

وينطبق هذا أيضًا على حيوان مألوف أكثر: الإنسان. قد يقول شخصان إنهما يران الحائط المطلي بلون معين ، لكن هل يرونه بنفس الطريقة؟ الجواب غير معروف في هذه المرحلة.

كيف ترى الحيوانات العالم؟ يمكننا دراسة عيون الحيوانات ولكننا قد لا نكون قادرين على معرفة بالضبط ما تراه الحيوانات المختلفة. الصور من اليسار إلى اليمين: القفز عنكبوت بواسطة Opoterser. أفعى الجرسية بواسطة كارلا مولر. البومة التي كتبها Woodwalker و Poxnar. القط بواسطة Guylaine Brunet.


أروع عيون الطبيعة أصبحت أكثر غرابة

العيون هي شهادة على إبداع التطور. يفعلون جميعًا نفس الأشياء الأساسية - اكتشاف الضوء ، وتحويله إلى إشارات كهربائية - ولكن بمثل هذه الطرق المتنوعة المدهشة. هناك عيون مفردة ومركبة وعدسات ثنائية البؤرة وأخرى صخرية ومرايا وألياف بصرية. وهناك عيون غريبة للغاية ، ومدهشة باستمرار ، لدرجة أنه بعد عقود من البحث ، لم يكتشف العلماء سوى كيفية عملهم ، ناهيك عن سبب تطورهم بهذه الطريقة. للعثور عليهم ، عليك الذهاب للسباحة.

هذه عين قريدس فرس النبي - حيوان بحري ليس فرس النبي ولا جمبري ، ولكنه قريب من سرطان البحر والكركند. إنها عين مركبة ، مكونة من آلاف الوحدات الصغيرة التي تكتشف كل منها الضوء بشكل مستقل. تلك الموجودة في النطاق الأوسط - الشريط المركزي الذي يمكنك رؤيته في الصورة - مميزون. هم الذين يسمحون للحيوان برؤية الألوان.

يمتلك معظم الناس ثلاثة أنواع من الخلايا التي تكشف عن الضوء ، أو المستقبلات الضوئية ، وهي حساسة للضوء الأحمر والأخضر والأزرق. لكن لدى قريدس السرعوف ما بين 12 إلى 16 مستقبلات ضوئية مختلفة في نطاقه الأوسط. يفترض معظم الناس أنه يجب أن يكونوا جيدًا حقًا في رؤية مجموعة واسعة من الألوان - "قنبلة نووية حرارية للضوء والجمال" ، كما وصفها الشوفان. ولكن في العام الماضي ، وجدت هانا ثوين من جامعة كوينزلاند أنهم كذلك كثير أسوأ في التمييز بين الألوان كثير أسوأ في التمييز بين الألوان كثير أسوأ في التمييز بين الألوان كثير أسوأ في التمييز بين الألوان كثير أسوأ في التمييز بين الألوان أكثر من معظم الحيوانات الأخرى! يبدو أنهم يستخدمون أكثر من عشرة مستقبلات للتعرف على الألوان بطريقة فريدة تختلف تمامًا عن الحيوانات الأخرى ولكنها تشبه بشكل غريب بعض الأقمار الصناعية.

ركز ثوين على المستقبلات التي تكتشف الألوان من الأحمر إلى البنفسجي - نفس قوس قزح الذي يمكننا رؤيته. لكن هذه الحيوانات شديدة العنف يمكنها أيضًا رؤية الأشعة فوق البنفسجية (UV). على سبيل المثال ، لدى قريدس السرعوف الصخري ستة مستقبلات ضوئية مخصصة لهذا الجزء من الطيف ، كل منها مضبوط على طول موجي مختلف. هذا هو أكثر أنظمة الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية تعقيدًا الموجودة في الطبيعة. أراد مايكل بوك من جامعة ماريلاند أن يعرف كيف يعمل.

مثلنا ، يرى جمبري السرعوف اللون بمساعدة بروتينات حساسة للضوء تسمى opsins. هذه تشكل أساس الأصباغ البصرية التي تتفاعل مع أطوال موجية مختلفة من الضوء ، مما يسمح لنا برؤية ألوان مختلفة. إذا كان لدى جمبري السرعوف ستة مستقبلات للأشعة فوق البنفسجية ، فيجب أن يحتوي على ستة أوبسين على الأقل حساسة لنكهات مختلفة من الأشعة فوق البنفسجية.

إلا أنها لا تفعل ذلك. يمكن بوك العثور على اثنين فقط.

كيف يمكن أن يكون هناك ستة أنواع من المستقبلات الضوئية مع اثنين فقط من opsins؟ كان هناك احتمال واحد. يمكن أن يكون هناك شيء ما يقوم بترشيح الضوء الذي يصيب المستقبلات المختلفة.

إليك تشبيه: لنفترض أن لديك حشدًا كبيرًا يصطف أمام ستة حراس أمن ، يجب على كل منهم الصراخ عندما يكتشفون شخصًا يحمل اسمًا محددًا. يتعرف أحدهم على آدامز وآخر يستهدف بوب ، وهكذا. لكن الحراس ليسوا أذكياء لدرجة أنهم لن يعرفوا آدم إذا قدم نفسه. لذا فإنك تجعل عملهم أسهل. لقد قمت بتجهيز نظام قائمة الانتظار بحيث يصطف آدمز فقط أمام حارس منع آدم ، ووصل بوبس فقط إلى مانع بوب ، وهكذا دواليك. يصرخ الحراس بلا تمييز ، لكنهم ما زالوا يؤدون وظائفهم بشكل صحيح. إنهم ليسوا محددين ، فأنت تفرض خصوصية عليهم.

هذا هو بالضبط ما يحدث في عين قريدس فرس النبي. عندما يدخل الضوء إلى الوحدات الموجودة في عينه ، يجب أن يمر أولاً عبر مخروط بلوري يقع فوق المستقبلات. وجد Bok أن هذه المخاريط تحتوي على مواد تحجب الأشعة فوق البنفسجية تسمى MAAs (أو الأحماض الأمينية الشبيهة بالميكوسبورين ، بالكامل). هناك أربعة ، وربما خمسة ، من هذه ، والتي تمنع أطوال موجات مختلفة قليلاً من الأشعة فوق البنفسجية. قم بدمج هذه المرشحات مع اثنين من opsins الأساسية ، وستحصل على ست فئات مختلفة من مستقبلات الأشعة فوق البنفسجية.

العديد من الحيوانات البحرية لديها واحد أو اثنين من MAAs. يستخدمون هذه المواد الواقية من الشمس لمنع الأشعة فوق البنفسجية من الوصول إلى جلدهم وعينهم ، والتسبب في أضرار قد تؤدي في النهاية إلى الإصابة بالسرطان. يستخدم جمبري السرعوف أيضًا MAAs لمنع الأشعة فوق البنفسجية ولكن لغرض فريد: تحويل عيونهم إلى الأشعة فوق البنفسجية المتطورة بشكل لا يصدق كاشفات.

من أين تأتي MAAs؟ انه غير واضح. لا يمكن لأي حيوان أن يصنع هذه المواد الكيميائية بنفسه ، لذلك يجب أن يحصل عليها من بيئته ، ربما من نظامه الغذائي أو من الميكروبات. لكن اثنين من MAAs التي اكتشفها بوك لم يسبق رؤيتهما من قبل ، لذا فمن الممكن أن يقوم جمبري السرعوف بتغيير أي MAAs واردة بطريقة ما إلى خمسة أنواع مختلفة.

"قدمنا ​​هذه النتائج الصيف الماضي في مؤتمر رؤية كبير وقال أحد زملائي: الآن ، لقد حللت جميع المشاكل. ماذا ستفعل بعد ذلك؟" يقول توم كرونين ، الذي قاد الدراسة. "نشعر بهذه الطريقة نوعًا ما. المشكلة الكبرى الآن هي: ما علاقة كل هذا بالرؤية؟ " لماذا جمبري السرعوف لديه مثل هذه العيون المعقدة يبعث على السخرية؟ هذا هو السؤال الكبير ، ولا أحد يعلم حقًا.

يحاول الفريق الآن دراسة كيفية تفاعل جمبري السرعوف مع إشارات الأشعة فوق البنفسجية المختلفة. على سبيل المثال ، وجدوا بعض الأطوال الموجية القصيرة للأشعة فوق البنفسجية مثيرة للاشمئزاز لدرجة أنهم سيتجنبون الطعام المقترن بتلك الأطوال الموجية. ربما هذا له علاقة بالإشارات العدوانية؟ يتمتع جمبري السرعوف بحياة اجتماعية غنية وقد يتواصل مع أنماط الأشعة فوق البنفسجية التي تنعكس على أجسادهم.

يقول كرونين: "هذه هي الفرضية الرئيسية ولكن لها مشاكلها الخاصة". "الإشارات لا تتطور إلا إذا كان لديك النظام البصري لرؤيتها. لذلك ليس لديك بشكل عام نظام مطبق لمشاهدة الإشارات ما لم تكن موجودة لترى شيئًا آخر ". لذا يبحث الفريق أيضًا في أنماط الأشعة فوق البنفسجية في الأماكن التي يعيش فيها قريدس فرس النبي. ولكن حتى لو كان هذا الخط من البحث مؤثرًا ، فإن العديد من الحيوانات تشترك في نفس المياه ، ولا يمتلك أي منها مثل هذه العين المعقدة. فلماذا فرس النبي الجمبري؟

عندما تحدثت إلى مارشال العام الماضي ، قال إن أسلوب رؤية قريدس فرس النبي قد يساعده على معالجة الصور بسرعة كبيرة دون مساهمة كبيرة من دماغه. قد يكون هذا مفيدًا للحيوان المفترس الذي يستخدم بعض أسرع الضربات في مملكة الحيوان. لكن بالطبع ، لا تزال هذه فرضية.

و هناك اخر طبقة التعقيد المحيرة: ترتبط المستقبلات التي تكشف اللون الأحمر إلى البنفسجي بأعصاب مختلفة عن تلك التي تكتشف الأشعة فوق البنفسجية ، ويؤدي كلا التدفقين إلى أجزاء مختلفة من الدماغ. لم يطور قريدس السرعوف طريقة مبالغة في الهندسة في الرؤية ، هو - هي فعلها مرتين.


الرؤية فوق البنفسجية وتجنب خطوط الطاقة في الطيور والثدييات

يعد تجنب الثدييات والطيور التي تعشش الأرض من الموائل لمسافة تصل إلى عدة كيلومترات من خطوط الطاقة عالية الجهد نتيجة رئيسية لتطوير البنية التحتية في المناطق النائية ، ولكن السلوك محير لأن الكابلات المعلقة ليست حاجزًا ماديًا لا يمكن اختراقه ولا ترتبط بالإنسان حركة المرور (على سبيل المثال ، Vistnes & Nellemann 2008 Pruett et al. 2009 Degteva & Nellemann 2013). علاوة على ذلك ، قد يستمر التجنب لمدة 3 عقود بعد البناء (Nellemann et al. 2003 Vistnes et al. 2004) ، مما يشير إلى التعزيز السلوكي. يوفر تكامل المعلومات الجديدة حول الوظيفة البصرية مع خصائص وظيفة خط الطاقة دليلًا دامغًا على أن التجنب قد يكون مرتبطًا بقدرة الحيوانات على اكتشاف الأشعة فوق البنفسجية (UV).

تحدث تصريفات الأشعة فوق البنفسجية على خطوط الكهرباء على شكل هالة ثابتة على طول الكابلات ومضات غير منتظمة على العوازل. طيف التفريغ (200-400 نانومتر Maruvada 2000) أقل من الحد الأدنى الطبيعي للرؤية البشرية ، الأشعة فوق البنفسجية تضعف بواسطة القرنية البشرية والعدسة ، ولكن في الطيور والقوارض وحيوانات الرنة / الرنة (رينجيفر تاراندوس) (فيما بعد الرنة) القرنية والعدسة تسمحان للأشعة فوق البنفسجية. الأول لديه opsins حساسة للأشعة فوق البنفسجية (Bowmaker 2008) ، وبالتالي ، قد يُفترض أن هالة خط الطاقة بارزة بصريًا في هذه. لا تحتوي الرنة على opsin محدد للأشعة فوق البنفسجية ، لكننا حصلنا على استجابات شبكية قوية لـ 330 نانومتر بوساطة opsins الأخرى (Hogg et al. 2011 وغير منشورة) ونقترح أن ومضات الإكليل بارزة بصريًا وسببًا لتجنب هذا النوع لخطوط الطاقة.

استند العرض الأخير للاستجابات للأشعة فوق البنفسجية في شبكية الرنة على تسجيلات الفيزيولوجيا الكهربية للقرنية (Hogg et al. 2011). هذه ، مع ذلك ، ما يقرب من 3 وحدات تسجيل أقل حساسية من القياسات النفسية الفيزيائية للإدراك البصري (Ruseckaite et al. 2011). إنها تظهر القدرة على رؤية تفريغ الأشعة فوق البنفسجية ولكنها مؤشرات ضعيفة للعتبة البصرية وتقلل من الحساسية البصرية. علاوة على ذلك ، تمتلك حيوانات الرنة وبعض الطيور سطحًا عاكسًا خلف المستقبلات الضوئية للشبكية (الشريط الصفيحي الشريطي) مما يضمن انعكاس الضوء الذي لم يتم التقاطه أثناء مروره مرة أخرى لتمرير ثانٍ ، وبالتالي زيادة حساسية الشبكية في الظلام (على سبيل المثال ، جدًا الإضاءة المنخفضة) البيئات (جونسون 1968). في حيوان الرنة ، ينثر التابيتوم المتكيف مع الشتاء الضوء بين المستقبلات الضوئية بدلاً من عكسه مما يعزز التقاط الفوتون ويزيد من حساسية الشبكية بحوالي 3 وحدات تسجيل في عتبة الشتاء (Stokkan et al. 2013).

هناك عوامل أخرى تزيد من احتمالية أن ترى الرنة الإفرازات الإكليلية في الظلام. أولاً ، يتم تعظيم حساسية الشبكية في حيوان الرنة لأن شبكية العين تكون مظلمة بشكل دائم تقريبًا أثناء الغسق الممتد لفصول الشتاء في القطب الشمالي ، وبالنظر إلى أن النطاق البصري للثدييات يبلغ حوالي 9 وحدات لوغاريتمية ، فإن العيون المظلمة تمامًا قادرة على الاستجابة لتحفيز فوتون واحد. ثانيًا ، تكون عين الرنة أكبر من عين الإنسان ، وبالتالي توفر تكبيرًا أكبر للصورة ، ومن المرجح أن تتوسع حدقة العين ، التي تتسع إلى 21 ملم مقارنة بحوالي 10 ملم في البشر ، بشكل دائم في فصل الشتاء ، مما يؤدي إلى زيادة حساسية الشبكية تقريبًا 4. يطوى. ثالثًا ، يؤدي التوسع إلى كشف المزيد من الشبكية الطرفية الحساسة للتغيرات المفاجئة في البيئة البصرية.

الحافز مهم أيضا. ينعكس التفريغ فوق البنفسجي بقوة (حوالي 90٪) ويتناثر بالثلج. وبالتالي ، في المناظر الطبيعية الثلجية ، من المرجح أن تظهر الهالة أكثر إشراقًا للحيوانات المستجيبة للأشعة فوق البنفسجية مقارنة بالتصوير التقليدي الذي يركز على تفريغ المصدر. ثانيًا ، والأهم من ذلك ، أن نمط حدوث ومضات الهالة عشوائي مؤقتًا ، والذي من المرجح أن يعيق التعود.

تشكل هذه الملاحظات حجة قوية مفادها أن الرنة ، مثل الطيور والقوارض ، قد تشهد هالة الأشعة فوق البنفسجية. بالامتداد ، نقترح أنه في الظلام ، لا ترى هذه الحيوانات خطوط الطاقة على أنها هياكل خافتة وخاملة ، ولكن بدلاً من ذلك ، كخطوط من الضوء الوامض تمتد عبر التضاريس. هذا لا يفسر التجنب في ضوء النهار أو عندما لا تنقل الخطوط الكهرباء - على الرغم من أنه من المثير للاهتمام أن الكابلات المؤرضة كهربائياً تكون أكثر خطورة على الصفائح (التي تكتشف الأشعة فوق البنفسجية إلى 355 نانومتر Lind et al. 2014) ، ربما على وجه التحديد لأنه بدون تعريف الإكليل مفقود ( Bevanger & Brøseth 2001) - ولكن قد يكون مثالًا على التكييف الكلاسيكي الذي يرتبط فيه تكوين خطوط الكهرباء بأحداث تعتبر بمثابة تهديد.


رؤية أبو بريص


لا يرى البشر الألوان جيدًا ، أو حتى على الإطلاق ، في الإضاءة الخافتة. هذا لأن الخلايا المخروطية تعمل بشكل أفضل في الضوء الساطع نسبيًا.

تساعدنا خلايا أخرى في أعيننا ، تسمى الخلايا العصوية ، على الرؤية في الضوء الخافت. ولكن نظرًا لأن الخلايا العصوية تحتوي فقط على صبغة واحدة حساسة للضوء ، فإننا نلاحظ في الليل بدرجات اللون الرمادي.

من ناحية أخرى ، تتمتع الوزغات برؤية ألوان ممتازة في الليل - وهي ميزة مفيدة للصياد الليلي. لقد تطورت عيونهم لتصبح أكثر حساسية للألوان في الليل بما يصل إلى 350 مرة من عيوننا.


ماذا لو كان لدى البشر رؤية النسر؟

إذا قمت بتبديل عينيك بنسر ، يمكنك رؤية نملة تزحف على الأرض من سطح مبنى مكون من 10 طوابق. يمكنك رسم التعبيرات على وجوه لاعبي كرة السلة من أسوأ المقاعد في الساحة. ستظهر الأشياء الموجودة مباشرة في خط رؤيتك مكبرة ، وسيكون كل شيء ملونًا ببراعة ، ويتم تقديمه في مجموعة لا يمكن تصورها من الظلال.

كلما عرف العلماء المزيد عن رؤية النسر ، كلما بدت أكثر روعة. بفضل تطوير التقنيات ، قد تكون بعض جوانب بصرهم قابلة للتحقيق في النهاية للبشر. البعض الآخر ، لا يسعنا إلا أن نتخيله.

يمكن للنسور والطيور الجارحة الأخرى أن ترى ما بين أربع إلى خمس مرات أبعد مما يمكن للإنسان العادي ، مما يعني أن لديها 20/5 أو 20/4 من الرؤية في ظل ظروف المشاهدة المثالية. يتعين على العلماء إعداد تجارب خاصة للحكم على بصر النسور و [مدش] أن مخططات العين الأبجدية لطبيب العيون الخاص بك لا فائدة منها ، بعد كل شيء & [مدش] وإعداد واحد مشترك يتضمن تدريب الطيور على الطيران عبر نفق طويل باتجاه شاشتين تلفزيونيتين. تعرض إحدى الشاشات نمطًا مخططًا ، وتحصل الطيور على مكافأة عندما تهبط عليها. يختبر العلماء حدتهم من خلال تغيير عرض الخطوط وتحديد المسافة التي تبدأ النسور في الانحراف في الاتجاه الصحيح من خلالها.

وفقًا لـ William Hodos ، الأستاذ الفخري المتميز في جامعة ماريلاند الذي درس حدة البصر للطيور منذ السبعينيات ، فإن ميزتي مقلة العين تمنح النسور رؤية أوضح. أولاً ، شبكية عينها مغطاة بكثافة أكبر بخلايا اكتشاف الضوء تسمى المخاريط مقارنة بشبكية العين البشرية ، مما يعزز قوتها في حل التفاصيل الدقيقة تمامًا مثلما تزيد كثافة البكسل العالية من قوة تحليل الكاميرات.

Second, they have a much deeper fovea, a cone-rich structure in the backs of the eyes of both humans and eagles that detects light from the center of our visual field. "Our fovea is a little shell or bowl, while in hawk or eagle it's a convex pit. Some investigators think this deep fovea allows their eyes to act like a telephoto lens, giving them extra magnification in the center of their field of view," Hodos told Life's Little Mysteries.

On top of sharp focus and a central magnifier, eagles, like all birds, also have superior color vision. They see colors as more vivid than we do, can discriminate between more shades, and can also see ultraviolet light &mdash an ability that evolved to help them detect the UV-reflecting urine trails of small prey. But there's no way to know what these extra colors, including ultraviolet, look like. "Suppose you wanted to describe the color of a tomato to someone who was born blind. You couldn't do it. We can't even guess what they're subjective sensation of ultraviolet light is," Hodos said. [Red-Green & Blue-Yellow: The Stunning Colors You Can't See]

Life with 20/5 vision

Eagle vision wouldn't change how we perform most daily activities &mdash such as reading computer screens or the newspaper, or finding milk in a crowded refrigerator &mdash but how we perceive the world and use our eyes would certainly be different. It's perhaps easiest to consider our new powers in the context of how eagles use them: for hunting.

On top of the ability to see farther and perceive more colors, we would also have nearly double the field of view. With our eyes angled 30 degrees away from the midline of our faces like an eagle's, we would see almost all the way behind our heads with a 340-degree visual field (compared to normal humans' 180 degree field) this would confer a clear advantage in hunting and self-defense.

With eagle eyes, we would swivel our heads constantly. To locate prey or any other object of interest in the distance, you'd periodically turn your head to the side to sweep your fovea (telephoto lens) across your field of view. After spotting what you're looking for in this manner, you'd redirect your head toward it and use stereoscopic vision &mdash combining the viewpoints of both eyes to gauge distance &mdash to calibrate the speed of your approach.

Enhanced perception and hunting prowess would likely come with a few drawbacks. "I would say that birds probably have a greater proportion of their brain volume devoted to visual processing than other groups of animals. Now the question of what it comes at the expense of: most birds appear not to have a well-developed sense of smell or taste," Hodos said.

It's more difficult to say how your more sophisticated cognitive processes would fare. "Birds have areas that seem to function like the cortex [the part of our brains responsible for memory, language and complex thought], but it's arguable. But in terms of their ability to solve problems and so on, they match what many mammals can do. Many birds have superb memory," he said. [The 5 Smartest Non-Primates on the Planet]

Maximizing our potential

Eagles' high-flying lifestyle requires better vision than humans need, and the physical properties of our eyeballs limit us to 20/10 or 20/8 vision at best. Natural vision that good is extremely rare, but research by David Williams, director of the Center for Visual Science at the University of Rochester, and his colleagues may soon enable laser eye surgeons to achieve 20/10-or-better vision for a large percentage of patients, placing their visual acuity halfway between that of humans and eagles.

Williams and his colleagues use an instrument called a wavefront sensor to detect distortions in human vision. They shoot light into the eye and observe how it bounces back through hundreds of tiny lenses in the sensor. The aberrations in patterns created by those lenses serve as a map of the eye's mistakes. Customized surgical techniques are being developed to implement the results of patients' wavefront measurements, in order to correct their vision beyond 20/20.

Follow Natalie Wolchover on Twitter @nattyover. Follow Life's Little Mysteries on Twitter @llmysteries, then join us on Facebook.


Animal UV vision - Biology

By studying rats' eyes and behavior, scientists have a pretty good idea of how a rat sees the world. In a nutshell, rats are dichromats: they perceive colors rather like a human with red-green colorblindness, but their color saturation may be quite faint, and color appears to be far less important to them than brightness. Rat vision is quite blurry, around 20/600 for normally pigmented rats. Albino rats, however, are probably blind or severely visually impaired, with about 20/1200 vision.

  • What do normally pigmented rats see?
    • Color vision
      • Color vision in the retina
      • Color perception
      • What is the function of UV vision?
      • Depth of focus
        • Would tiny eyeglasses help a rat see better?
        • Field of vision vs. binocular depth perception
        • Depth perception using motion parallax
        • Visual orientation
        • Vision and aging
        • Low acuity
        • Impaired vision in bright light: dazzling
        • Impaired vision in low light
          • Few rods, few photoreceptors
          • Delayed dark adaptation
          • Night blindness

          WHAT DO NORMALLY PIGMENTED RATS SEE?

          Human and rat retinas have two types of light receptors: cones are sensitive to bright light and color, and rods are sensitive to dim light and cannot see color. Human and rat retinas differ, however, in the types and density of cones in the retina, which has implications for color vision.

          Color vision in the retina: Humans have three types of color cones in our retinas. We have "trichromatic" vision, consisting of short-wavelength "blue" cones, middle-wavelength "green" cones and long-wavelength "red" cones.

          Rats have just two types of cones (called "dichromatic" vision): a short "blue-UV" and the middle "green" cones (Szel 1992). The "green" cones' peak sensitivity is around 510 nm (Radlwimmer 1998), but the "blue" cones are shifted toward even shorter wavelengths than human blue cones, peaking at 359 nm. This means rats can see into the ultraviolet, they can see colors we can't see (Jacobs et al. 1991 2001).

          About 88% of a rat's cones are the middle "green" type, and 12% are the long blue-UV cones (Jacobs et al. 2001), the blue-UV cones are located in a zone at the bottom of the retina (Szel et al. 1996). For more on how ultraviolet and red-green color vision evolved, see Shi et al. 2001 Yokoyama and Radlwimmer 1999, 2001 Shi and Yokoyama 2003.

          Color perception: So, the rat's retina is sensitive to greens and to blue-ultraviolet. Can the rat actually perceive different colors, and distinguish between them? For a long time, rats were throught to be completely colorblind (e.g. Crawford et al. 1990). Recent behavioral experiments, however have shown that rats can indeed perceive ultraviolet light, and with training can distinguish between ultraviolet and visible light, and between different colors in the blue-green range (Jacobs et al . 2001).

          What would such vision look like? Animals with red-green colorblindness would be able to distinguish blues from greens, but reds would appear dark to them. They would also have a "neutral" point in the blue-green area of the spectrum: they cannot distinguish these blue-green hues from certain shades of gray. The rat's color vision merges into the ultraviolet, however, so they can see ultraviolet shades that we cannot (see flowers under ultraviolet light to get an idea of what UV looks like).

          Rats don't have many cones, though -- 99% of the rat retina consists of rods, which sense only light and dark, and only 1% consists of cones (LaVail 1976), compared to a human's 5% (Hecht 1987). So the rat's perception of color may be fainter than ours, and color cues may not be very important to rats. In fact, brightness appears to be far more important to rats than color. It is easy to train rats to behaviorally differentiate brightnesses, but difficult to train them to behaviorally differentiate colors (Jacobs et al. 2001).

          So, while rats are physically capable of distinguishing between ultraviolets, blues, and greens, such differences may not be very meaningful to them. This gets into the whole "just noticeable difference" vs. "just meaningful difference" concept, first introduced by Nelson and Marler (1990).

          What is the function of ultraviolet vision? The function of ultraviolet vision in rodents is not well understood yet and is currently an active area of research. Here are some possibilities:

          • Urine-mark visibility: Urine is visible under ultraviolet light (humans can see rat urine using a black light). Therefore, when rodents leave urine marks in their environment, these marks may visible as well as smellable (e.g. degus, Chavez et al. 2003 voles, Koivula et al. 1999 mice, Desjardins et al. 1973). Unfortunately, these urine marks may also be visible to predators, such as dirunal raptors. Using ultraviolet cues from the urine marks, kestrels can discriminate between active and abandoned vole trails, thus increasing their hunting success (Viitala et al. 1995).

          • The body under UV : different parts of an animal's body may reflect different amounts of ultraviolet light. In degus, for example, the belly reflects more UV light than the back. Therefore, when a degu stands up on its hind legs it exposes its belly to other degus, and ultraviolet vision may come into play. When it stands on all fours its low-reflectance back could help make the degu less visible to predators (Chavez et al. 2003).

          • Twilight ultraviolet vision: Ultraviolet light is not available at night, but is abundantly available during the day. Interestingly, there is a significant increase in the ratio of ultraviolet to visible light in the morning and evening twilight hours (Hut et al. 2000). Rats are nocturnal, but they are also active during the twilight hours, starting just before sunset and ending just before sunrise (Robitaille and Bovet 1976). Ultraviolet vision would be advantageous at these twilight times of day. It is therefore possible that ultraviolet sensitivity is retained in rats because it is useful during the twilight hours.

          The rat's world is very blurry. Visual acuity is measured in cycles per degree (cpd), a measurement of the number of lines that can be seen as distinct within a degree of the visual field. Acuity of humans is about 30 cpd, normally pigmented rats is 1 cpd, and 0.5 for albino rats (Prusky et al. 2002, 2000also see Birch and Jacobs 1979 who found 1.2 cpd for pigmented rats and 0.34-0.43 cpd for albino rats). If we translate Prusky's cpd measurements into vision chart measurements, a normally pigmented rat has about 20/600 vision, and an albino rat has about 20/1200 vision.

          Rat acuity can also be measured by examining the density of ganglion cells in the retina. The denser the ganglion cells, the higher the acuity at that point of the retina. In the rat, the densest area of ganglion cells (defined as the region encompassing 75% of maximum ganglion cell density) is 52.8º wide and is located slightly above and temporal to the optic disk. The maximum density of this area is 6,774 cells/mm 2 . This isn't very dense -- the densest area of the human retina, the fovea, has up to 38,000 cells/mm 2 (Curcio and Allen 1990). The low density of ganglion cells of the rat's retina suggests a maximum visual acuity of 1.5 cpd, which is consistent with the measures found in behavioral acuity experiments (Heffner and Heffner 1992).

          Depth of focus: Combined with poor visual acuity, rats have an enormous depth of focus. Depth of focus is the range of distances at which an object is in equivalent focus for an unaccomodated eye. In humans, the depth of focus is from 2.3 meters to infinity (Campbell 1957). In rats, the depth of focus is from 7 centimeters to infinity (Powers and Green 1978), which may be due to the small size of the rat's eye and its poor acuity (Green et al. 1980).

          One consequence of this difference in depth of focus is that humans perceive blurriness after a change of about 1/3 diopter, but rats require a 14 diopter change to perceive any blurriness (Powers and Green 1978).

          Would tiny eyeglasses help a rat see better?

          To understand why, imagine that you put lenses of different strengths in front of a human's eyes and a rat's eyes, like the optometrist does when fitting you for glasses. A human can perceive slight differences in the strength of these lenses: a difference as low as 0.3 diopter. A 0.3 diopter lens is a weak lens -- it's weaker than a 0.5 diopter lens, which would correct the vision of a slightly nearsighted person with 20/25 to 20/30 vision.

          Therefore, a person with perfect 20/20 vision who puts on 0.3 diopter glasses will detect just a little blurriness. That's the lowest change in lens strength that humans can perceive.

          A rat, however, due to its enormous depth of focus, couldn't perceive such a small 0.3 diopter difference in lens strength. So, if you put tiny 0.3 diopter glasses on a rat it would perceive no change in blurriness. It would be the same with 2 diopter glasses, or 6 diopter glasses, or even 10 diopter glasses. In fact, for the rat to perceive any change in blurriness at all, you would need to put thick 14 diopter glasses on it. With such strong lenses the rat would probably perceive a slight increase in blurriness.

          The upshot of this is that rat vision is naturally very poor and cannot be corrected with glasses even if you could make glasses that small. Rat eyes are not capable of 20/20 vision. Their eyes' enormous depth of focus, combined with tiny optics, the coarse grain of the retina, their inability to change the shape of their lens to adjust focus, all add up to poor vision. The rat's 20/600 vision is probably as good as it gets. Give a rat immensely strong lenses and its vision would not improve its vision would become, if anything, slightly blurrier.

          Field of vision vs. binocular depth perception: Rats have eyes on either side of their heads. This position allows for a large field of vision but less binocular vision (Block 1969).

          Specifically, the position of the eyes on the head represents a tradeoff between field of vision and binocular vision, which is used in binocular depth perception. Laterally-placed eyes (on either side of the head) scan separate portions of the world, and the field of vision at any one point of time is enormous. Because this position allows the animal to detect threats from many directions at once, it is most common in prey animals (think horses, pigeons, gophers etc.).

          Eyes placed on the front of the head have much more overlap. This means a smaller visual field, but more binocular vision. Depth perception is useful for predators who need to coordinate their movements to capture prey, so predators often have forward-facing eyes (think raptors, cats, dogs etc.).

          Here's how binocular vision provides depth perception. Each eye sees a slightly different image. The closer an object is, the more different it will look to either eye. The brain processes the disparity between the two images and this provides a sense of depth. Also, focusing on a nearby object makes the eyes converge slightly, and the brain uses information from the eye muscles to calculate how far away the object must be. So, the move overlap between the visual fields of the two eyes, the more binocular depth perception.

          Rats don't have as much overlap as we do: their field of binocular vision is only about 76º, while ours is about 105º (Heffner and Heffner 1992). Therefore, rats have a larger field of vision than we do but poorer binocular depth perception.

          Depth perception using motion parallax: However, there are many other ways to perceive depth besides binocular vision (e.g. image displacement, motion parallax, and loom). Motion parallax is one of these non-binocular methods of perceiving depth. When one moves one's head from side to side, objects seem to change position relative to each other. Close objects seem to move more than objects that are far away. This is called relative motion parallax , and the brain uses it to calculate relative distance between objects.

          An image of the object also moves across the retina. The object's apparent movement across the retina, combined with the amplitude of the head movement are used to calculate absolute distance between the obeserver and the object. This is called retinal or absolute motion parallax (Kral 2003).

          Rats use motion parallax to estimate depth. Legg and Lambert (1990) counted the number of vertical head bobs before rats jumped between two platforms. As the gap between the platforms increased, trained rats performed more, and larger head bobs before jumping. They may be adjusting the size of their head movement until they produce a detectable amount of motion parallax (Ellis et al. 1984). As the gap widens, larger head movements are needed. Legg and Lambert (1990) found that that rats could jump accurately even if only the leading edge of the platform was visible, indicating that rats use absolute motion parallax to estimate depth. However, the fact that the rats were reluctant to jump to just a leading edge indicates that they may prefer to use relative motion parallax.

          Visual orientation: Rats orient themselves using distant visual cues (Hebb 1938, Lashley 1938). For example, Carr (1913) found that rats trained in a sideless maze lost their way if the maze was rotated, but if the the visual environment was rotated along with the maze their performance didn't suffer (Higginson 1930). The presence of visual cues in mazes speeds up the maze-learning process, while the removal of visual cues causes even a trained rat to make mistakes (Honzik 1936). Rats can discriminate between visual stimuli 51 cm away (Mostafa et al. 2002) and can tell the difference between a blocked and an open maze pathway up to 75 centimeters away (Robinson and Weever 1930).

          Rats use their vision for shorter distances, too. For example, rats can jump from a raised platform to another surface over a distance of 30 cm (Lashley 1930).

          At very short distances, however, rats may trust their whiskers more than their eyes. In one experiment, rats were placed on a sheet of glass. Half the glass was over a platform, and the other half was over a void. This is called a visual cliff experiment. Animals that rely on visual information to perceive depth, like human children, choose to step onto the glass above the platform instead of the glass over the dropoff. Rats, however, chose the deep and shallow side of the glass in equal amounts: they walked fearlessly on the glass suspended over a dropoff. Their whiskers told them there was a solid surface to walk on. In contrast, rats with clipped whiskers stayed away from the dropoff and chose the shallow side, indicating that without their whiskers they were forced to rely on vision to perceive depth (Schiffman et al. 1970).

          Vision and aging: As rats age beyond age two, the rat's retina loses many of its cells, and parts of the retina become enlarged and thickened. The capillaries that feed the retina also become greatly thickened (Weisse 1995). Therefore, old rats probably do not see as well as young rats.

          Normally pigmented rats have panoramic, blurry vision with faint greens, blues and ultraviolets. These colors may or may not be meaningful to the rats. This kind of vision probably works just fine for rats: rats can see food and other rats a short distance away, but are still sensitive to incoming hawks or dogs and distant orientation cues.

          Albinos have a number of differences in their visual systems compared to normally pigmented animals. In a nutshell, albinos have no pigment -- no melanin -- in their eyes. This means no pigment in the iris. That's why the iris looks red -- the only color left comes from blood in the capillaries. Albinos also lack pigment deeper in the eye, pigment which normally absorbs light. Without it, light inside the eye scatters. The consequence is that the albino's eye is flooded with light. Over time, the light causes retinal degeneration. In addition to all this, albinos have abnormal neural connections between the eyes and the brain. The end result of all this is that albino rats have very poor vision. Here are the specifics:

          Low visual acuity : The albino rat's inability to control levels of incoming light, the scattering of light inside the eye, and gradual retinal degeneration lead to very poor visual acuity. Albino rats have poorer visual acuity than pigmented rats (Prusky et al. 2002), estimated at about 20/1200 vision.

          Impaired vision in bright light: dazzling: Albino rats can't control levels incoming light. Normally-pigmented animals have a pigmented iris that surrounds the pupil and controls how much light shines onto the retina. Albinos lack pigment in their irises, so light passes through the iris, dazzling the retina. In bright light, albinos may not see anything at all because their retinas are overwhelmed by the incoming light.

          Impaired vision in low light:

          • Few rods, few photoreceptors: Rods require a melanin precursor to develop ( dopa ). Albinos can't make this. Without it, about 30% of the rat's rods fail to develop (Ilia et al . 2000). Not only does the albino rat have fewer rods, but even early in life the rods it does posess have fewer rod photoreceptors (called rhodopsin ) than the rods of pigmented rats (Grant et al. 2001). Rods and their photoreceptors are useful for detecting low levels of light, so albino rats may have trouble seeing in low light conditions.

          • Delayed dark adaptation: Albino rats take longer to adapt to the dark than pigmented rats. Specifically, pigmented rats adapt to the dark within 30 minutes, but albino rats take about three hours (Behn et al . 2003). This delay comes from the albino rats' lack of melanin in their eyes. Eyes that lack melanin have reduced bio-availability of calcium (Drager 1985). Calcium plays a key role in a retina's ability to adapt to the low light conditions (called dark adaptation ) (Fain et al. 2001).

          • Night-blindness in albino rats: conflicting reports : Once dark adaptation is achieved, Balkema (1988) reports that pigmented rats have a much lower dark-adaptation threshold than albinos. In other words, Balkema reports that pigmented rats can see under conditions of much lower light than albino rats. However, Green et al. (1991), Herreros et al. (1992), and Munoz et al. (1994) found no such differences in dark-adaptation thresholds between albino and pigmented rats, indicating no albino night blindness.

          Problems coordinating what the two eyes see: There are even further visual differences between albinos and normally pigmented animals, involving the eye-to-brain connection. In normal mammals, the left side of each eye is connected to the right hemisphere of the brain, and the right side of each eye is connected to the left hemisphere. Albinos have a much simpler connection: most of the left eye is connected to the right hemisphere, while most of the right eye is connected to the left hemisphere (Silver and Sapiro 1981). In addition, the deeper neural projections involved in vision are disorganized (Creel et al. 1990). The consequence is that albinos may have trouble coordinating and processing what their two eyes see.

          Poor depth perception : The albino rat's poor visual acuity leads to poor visual depth perception. In the visual cliff experiment by Schiffmann et al. (1970) described in the previous section, rats were placed above a sheet of glass over a ledge and dropoff. Pigmented and albino rats with intact whiskers relied on their whiskers instead of their eyes and chose to walk on the glass over the dropoff as often as the glass over the ledge. When the whiskers were clipped, however, the rats were forced to rely on visual cues. Pigmented rats with clipped whiskers chose the glass over the ledge. Most whiskerless albino rats also chose the glass over the ledge, but a large percentage of them (20%-33%) made no choice at all but stood stock still. This failure to choose indicates that albino rats do not use visual information to perceive depth as readily as pigmented rats do. Albinos appear to be more impaired by whisker removal than pigmented rats, probably because their fallback sensory system -- vision -- is so poor.

          Pet owners often note that albino rats bob their heads and sway frequently. This bobbing and swaying may be the albino's attempt to increase its perception of depth using its greatly impaired vision.

          Poor motion perception: Albino rats have greatly impaired motion perception. They are not motion blind, but they have poor motion perception when compared to pigmented rats. Albino rats require about twice to three times the coherence level to distinguish coherent motion patterns from dynamic noise.

          Specifically, Hupfeld and Hoffman (2006) presented rats with moving dot patterns in which dots moved randomly on a screen. A coherent moving pattern was created by a proportion of the dots moving to the right. The percentage of dots moving to the right was called the "percentage of coherence." So, a 100% coherence meant all dots moved to the right 70% coherence meant 70% the dots moved to the right while 30% moved randomly, and so forth. Both pigmented and albino rats could distinguish between a random pattern and a 100% coherence pattern. When the coherence was reduced, discrimination performance declined in both pigmented and albino rats. Pigmented rats tended to do better, but not significanly so, down to 30% coherence. Below that coherence level pigmented rats did significantly better than albinos. In sum, pigmented rats could discriminate a pattern of 12% coherence from dynamic noise, while albino rats needed about 30% coherence to make the distinction.

          Retinal degeneration: In addition to dazzling them, ambient light (even at low intensities) can cause irreversible retinal degeneration (green light Noell1966). Rods, because they are so sensitive to light, degenerate more easily than cones (Cicerone 1976, Lanum 1978), which reduces the rat's ability to see in low light. Twenty four hours of ambient light is enough to cause some degeneration, and a few weeks is enough to completely degenerate the outer retina (Lanum, 1978), by causing loss of photoreceptors and cell bodies (Wasowicz et al. 2002).

          Retinas more easily damaged: When the rat's eyes are subjected to pressure, the albino rat's retina sustains more damage than the pigmented rat's retina (Safa and Osborne 2000).

          Lens fiber anomalies: Albino rats also have abnormal lens fibers compared to pigmented rats. When the lens fibers of pigmented and albino rats are observed under the electron microscope, pigmented rat lens fibers have many "ball and socket" joints between them, but albino rats have few of these joints. The membranes of albino rat lens fibres are often ruptured (Yamada et al. 2002).

          A note about foveas: Many normally pigmented mammals like humans and other primates have an area of the retina that is packed with cones, called the fovea . The fovea is surrounded by an area with many more rods than cones. The fovea therefore has very sharp, color-sensitive vision that is useful in bright light, while the area surrounding the fovea has blurry, mostly monochromatic vision that is useful in low light conditions. Albinos of these species don't develop a fovea, so they are missing this patch of sharper color vision. However, in rats, even normally-pigmented rats don't develop a fovea (Reese 2002), so fovea hypoplasia in albinos isn't an issue in rat vision.

          What if albinos are provided with a missing enzyme during developement? Albinos have a mutated tyrosinase enzyme. This enzyme is essential for the complex chemical reaction leading to melanin. This chemical reaction passes through I-tyrosine, L-DOPA, and I-dopaquinone on its way to melanin. L-DOPA itself plays an important role in retinal development. Lavado et al. (2006) examined transgenic albino mice that had the gene for tyrosine hydroxylase spliced in to their genome. Tyrosine hydroxylase is an enzyme that will do part of what the missing tyrosinase does: it will oxidize I-tyrosine to L-DOPA, but it won't go any further toward melanin. The resulting animals were phenotypically albino, but they did not have many of the visual problems of albinos: they had normal photoreceptors, normal neural pathways in the brain, and improved visual function.

          Pigmented rats see a blurry world with only faint color, ranging from green to ultraviolet. The function of such color vision, and whether it is meaningful to rats, is currently unknown.

          Pigmented rats rely less on vision and more on smell and hearing than we do. They navigate extensively by whisker touch. Having poor vision is not as great a handicap for the rat as it is for a human. Rats live in a rich world of sound and smell and touch that enables then to navigate effectively in their world.

          Albino rats are probably severely visually impaired or blind within a few weeks of opening their eyes. Their retinas degenerate, their brains have trouble coordinating images from their two eyes, and they see poorly in both bright and dim light.

          The albino rat will therefore need to compensate for its near-blindnes by using its other senses. Unfortunately, albino rats also appear to have an impaired sense of smell when compared to pigmented rats. However, albinos do appear to have normal hearing.


          أساليب

          We extracted genomic DNA from quill bases of feathers, blood, muscle and other tissue material either with a GeneMole® automated nucleic acid extraction instrument (Mole Genetics), the DNeasy Blood and Tissue Kit (QIAGEN) or with Chelex. Standard procedures were applied except for the quill bases, which were lysated with 1% DTT. Feather material was sampled from a European green woodpecker Picus viridis killed by traffic. Live animals were not sampled for this study. Other tissue material was borrowed from museum collections and from the collections of colleagues, the National Veterinary Institute SVA in Uppsala and Uppsala City Council. We performed mtDNA barcoding with COI, following the Stockholm protocol outlined in [68], to confirm labelling of selected tissue samples and to identify species Ramphastos tucanus from an unspecified toucan tissue sample.

          Using the degenerate primers SU80a [69], SU149a, SU161a, SU193a [42] or SU200Ca, combined with SU304b [15] or SU306b [42] we amplified a gene fragment coding for residues from aa sites 81–94, located in the 2nd α-helical transmembrane region of the SWS1 opsin. We conducted PCR on an Eppendorf MasterCycler Gradient or a PE Applied Biosystems Geneamp® PCR System 9700 with reactions containing 0.5-2.5 ng/μl DNA extracts, 1 unit Taq-polymerase (Applied Biosystems) plus reaction buffer, 0.4 pmol of forward and reverse primers, 0.2 mM of each dNTP, and 2 mM MgCl2. Each PCR reaction contained 0.5–2.5 نg/ميكرومترl total DNA extracts, 1 unit Taq-polymerase (Applied Biosystems) with reaction buffer, 0.4 صmol of forward and reverse primers, 0.2 مM of each dNTP, and 2 مM MgCl2. For some reactions, PuReTaq™ Ready-To-Go™ PCR beads (GE Healthcare) replaced separate volumes of Taq-polymerase, dNTP’s and MgCl2. Initially, the reaction conditions followed [42] (بمعنى آخر. 90 s at 94°C, 5 × (30 s at 94°C, 30 s at 54°C and 1 s at 72°C), 38 × (15 s at 94°C, 30 s at 54°C and 5 s at 72°C) and 10 min at 72°C) but were later optimized to exclude the extension phase in order to minimize nonspecific amplification of longer fragments. The final version of thermocycling started with 90 s at 94°C, was followed by 48 × (5 s at 94°C, 15 s at 54°C) and ended with 1 s at 72°C. We used a different protocol for the primer pair SU80a/SU306b, namely 2 min 30 s at 95°C, 40 × (30 s at 95°C, 30 s at 54°C and 10 s at 72°C) and 1 min at 72°C. Two percent agarose gel electrophoresis for 90 min at 80 V confirmed amplification and expected fragment length. When there were extra fragments present we sometimes performed a second PCR on the products using internal primers.

          The PCR products were purified with EXOsap-IT (USB). Macrogen Inc. (South Korea) then performed double-stranded sequencing using the same primers as above plus SU200a [15], SU200Ga [60], and SU296b 5 ′ -AAG AYR AAG TAD CCS YGS G-3 ′ , which we designed for this study with the help of Primer3 online software (http://frodo.wi.mit.edu/) [70].

          We translated our DNA sequences into aa’s to identify the spectral tuning sites 86, 90, and 93 [5, 10]. From the aa residues presents at these sites we estimated λالأعلى values following Wilkie et al. [5], Yokoyama et al. [10] and Carvalho et al. [11] as outlined in [15].


          شاهد الفيديو: الأشعة فوق (كانون الثاني 2022).