В безлунную ночь уровень освещенности может быть больше, чем 100m раз диммер, чем при ярком дневном свете, И все же, когда мы почти слепы и совершенно беспомощны в темноте, кошки из преследующей жертвы, и мотыльки проворно летают между цветами на наших балконах.

Пока мы спим, миллионы других животных полагаются на свои визуальные системы, чтобы выжить. То же самое относится к животным, населяющим вечную тьму глубокого моря. Фактически, подавляющее большинство животных в мире в основном активны в тусклом свете. Как их грозная визуальная эффективность возможна, особенно у насекомых, с крошечными глазами и мозгами меньше, чем размер зерна риса? Какие оптические и нейронные стратегии они развили, чтобы позволить им хорошо видеть в тусклом свете?

Чтобы ответить на эти вопросы, мы обратили внимание на ночных насекомых. Несмотря на их уменьшительные визуальные системы, оказывается, что ночные насекомые прекрасно видны в тусклом свете. В последние годы мы обнаружили, что ночные насекомые могут избежать и зафиксировать препятствия во время полета, различать цвета, обнаруживать слабые движения, изучать визуальные ориентиры и использовать их для самонаведения, Они могут даже ориентироваться, используя слабую небесную картину поляризации произведенный Луной, и перемещаться по созвездиям звезды в небе.

Во многих случаях эта визуальная работа, похоже, почти бросает вызов тому, что физически возможно. Например, ночная среднеамериканская пот-пчела, Megalopta genalis, поглощает всего пять фотонов (легких частиц) в его крошечные глаза, когда уровни света находятся на самом низком уровне - исчезающе малый визуальный сигнал, И все же, в глубокой ночи, он может перемещаться по густому и запутанному тропическому лесу в фуражной поездке и благополучно вернуться в свое гнездо - незаметную выдолбленную палку, подвешенную под лесом.

Чтобы узнать, как этот вид производительности возможен, мы недавно начали изучать ночные хокмоты. Эти красивые насекомые - колибри беспозвоночного мира - это гладкие, быстро летящие бабочки, которые постоянно ищут нектарные цветы. Как только цветок обнаружен, бабочка парит перед ним, высасывая нектар с помощью хоботка, ротовой трубки.

Ночной европейский слон hawkmoth, Deilephila elpenor, это великолепное существо, скрытое в пернатых розовых и зеленых чешуйках, и делает все его нектар, собирающийся в глубокой ночи. Несколько лет назад мы обнаружили, что эта моль может различать цвета ночью, первое ночное животное как известно.

Но эта моль недавно раскрыла еще одну из своих секретов: нейронные трюки, которые она использует, чтобы хорошо видеть в очень тусклом свете. Эти трюки, безусловно, используются другими ночными насекомыми, такими как Megalopta, Изучая физиологию нервных цепей в зрительных центрах мозга, мы обнаружили, что Deilephila могут надежно видеть в тусклом свете, эффективно суммируя фотоны, которые он собрал из разных точек в пространстве и времени.

Для времени это немного напоминает увеличение времени затвора на камере в тусклом свете. Предоставляя затвору оставаться открытым дольше, больше света достигает датчика изображения и получается более яркое изображение. Недостатком является то, что все, что движется быстро, как проезжающая машина, не будет разрешено, и поэтому насекомое не сможет его увидеть.

Нейронное суммирование

Чтобы добавить фотоны в пространство, отдельные пиксели датчика изображения могут объединяться вместе, чтобы создавать меньше, но более крупные (и, следовательно, более чувствительные к свету) «суперэлементы». Опять же, недостатком этой стратегии является то, что хотя изображение становится ярче, оно также становится более размытым, и более мелкие пространственные детали исчезают. Но для ночного животного, стремящегося видеть в темноте, способность видеть более яркий мир, который грубее и медленнее, вероятно, будет лучше, чем вообще ничего не видеть (что было бы единственной альтернативой).

Наша физиологическая работа показала, что это нейронное суммирование фотонов во времени и пространстве чрезвычайно полезно для ночных Deilephila, При всех ночных интенсивностях света, от сумерек до уровней звездного света, суммирование существенно повышает Deilephilaспособность хорошо видеть в тусклом свете. Фактически, благодаря этим нейронным механизмам, Deilephila может видеть на интенсивности света около 100 раз более темное, чем в противном случае. Преимущества суммирования настолько велики, что другие ночные насекомые, такие как Megalopta, очень вероятно полагаются на это, чтобы хорошо видеть и в тусклом свете.

Мир, замеченный ночными насекомыми, может быть не столь острым или столь же разрешенным во времени, как это испытывают их активные дети. Но суммирование гарантирует, что оно достаточно яркое, чтобы обнаруживать и перехватывать потенциальных помощников, преследовать и захватывать добычу, перемещаться в и из гнезда и вести переговоры о препятствиях во время полета. Без этой способности это было бы так же слепо, как и все остальные.

Об авторе

Эрик Варрант, профессор зоологии, Университет Лунда

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon