Peajalgsete kamuflaaži saladused

Peidus tavaline kaheksajalg (Octopus vulgaris). Kas saate seda märgata? Foto autorilt Roger Hanlon

Roger Hanloni vaimustus peajalgsetest sai alguse varsti pärast seda, kui ta päevavalguse temast eemale peletas.

Ta snorgeldas 1968. aastal Panamas madalal korallriffil, kui veeplahvatus pühkis üle tema kõhu, ehmatades teda. 'Ma tiirutasin ringi ja otsisin, mis mind nii väga hirmutas,' meenutab ta. 'Ma ei näinud, mis see oli, aga vahtisin lihtsalt seda korallide lohku ja lõpuks nägin seal kaheksajalga istumas.'

Ta jälgis olendit kannatlikult, võttes arvesse selle muutuvat kamuflaaži, kui see aeglaselt toituma liikus. Umbes 20 minuti pärast jäin ma eluks ajaks konks,“ ütleb ta.

Hanlon on nüüd ülikooli vanemteadur Merebioloogiline labor Massachusettsi osariigis Woods Hole'is, kus tema labor keskendub peamiselt peajalgsete kamuflaaži ja signaalimise taga olevate mehhanismide, samuti nende pehme kehaga olendite käitumise ja sensoorsete kogemuste uurimisele. Hanloni sõnul on tema meeskond 35 aasta jooksul avaldanud enam kui 200 teaduslikku artiklit peajalgsete kohta.

Üks Hanloni lummav omadus on nende pehme kehaga olendite muutumise kiirus. 'Väga vähesed loomad suudavad oma kamuflaaži muuta, eriti kiiresti,' ütleb ta. 'Nende peamist kaitseallikat ei tuvastata ega tuvastata ning nad on seda võimet arendanud suuremal määral kui teised meile teadaolevad loomad.' Vähemalt 30 tema avaldatud uuringust on hõlmanud eksperimentaalseid seadistusi, mille eesmärk on mõistatada, kuidas peajalgsed muudavad oma värvi ja kehamustrit 'nii kiiresti ja nii keeruka tulemusega'.

Ja Hanlonil on veel üks pretensioon kuulsusele: ta on teadusreede ühe populaarseima video inimtäht.Kus on kaheksajalg?”, nagu ka selle järg, „Kus on seepia?”

Teadusreede võttis Hanloniga kokku, et arutada, mida ta on peajalgsete kamuflaaži kohta seni õppinud, millised põletavad küsimused on veel alles ja miks meie MolecularConceptori videos kajastatud kaheksajalgsed kaadrid olid eriti muljetavaldavad.

Olete kirjeldanud peajalgsete värvimist kui kolmekihilist süsteemi. Kas saate seda täpsustada?
Teil on kromatofooride [pigmenteeritud elundite] pealmine kiht; siis on teil keskmine kiht iridofoori, mis toodavad sillerdavat struktuurset värvust; ja siis on teil leukofooride aluskiht [leuca tähendab valget]. Seega on nahas mängus kaks mehhanismi ning pigmentide ja helkurite kombinatsioon annab optilise mitmekesisuse.

Kromatofooride pealmine kiht on tegelikult kolmevärviline ja kolmekihiline – kollane, punane ja pruun. Seal on üks suur närvikimp, mis kontrollib kõiki kolme kihti. Teine neuronite komplekt kontrollib sillerdamise muutust. Alumisel kihil pole neuroneid; see näeb alati kogu aeg sama välja. Kuid kui laiendate pigmente valikuliselt valge valge aluskihi mõnele osale, mitte teistele, loote suure kontrasti.

Seega mängivad need kolm kihti värvi ja mustriga. Peajalgsetel on nahas ka muhke, mida nimetatakse papillideks. Kas need aitavad kaasa naha tekstuurile?
Jah, täpselt õige. Midagi, mis on nende loomade puhul tõeliselt ainulaadne, mida ühelgi teisel loomarühmal pole, on naha tempermalmist 3-D tekstuur. See 3-D tekstuur on kamuflaaži lisaatribuut, mis on visuaalse pettuse jaoks väga oluline.

Viimastel aastatel oleme teinud tööd selle nimel, et anatoomiliselt välja selgitada, kuidas need konarused tekitavad, ja see on põhimõtteliselt lihaseline hüdrostaat. Kaheksajala või seepia papillidel on kontsentrilised lihased ja vertikaalselt orienteeritud lihased ning kontsentrilisi pigistades lõdvestavad need vertikaalsed ja muhk tõuseb üles. Ja kui nad tõmbavad vertikaalseid kokku ja lõdvestavad kontsentrilisi, läheb muhk alla, umbes nagu vett täis õhupall – pigista keskele, midagi peab mujal andma. See on väga toores selgitus selle kohta, kuidas see toimib, kuid see on põhimõtteliselt kõik.

Üks piinavaid küsimusi on: kuidas nad seda kontrollivad? Nendel loomadel puudub binokulaarne stereopsis nagu inimestel – nende silmad on seal, kus on teie kõrvad, nii et nad vaatavad ühe silmaga tausta 3D-tekstuuri ja seejärel taastoodavad seda oma nahas. See on tõesti üsna tähelepanuväärne, kuid veel tundmatu mehhanism.

Kas peajalgsetel on piiratud hulk kamuflaaži, millele toetuda, või on nende varieeruvus piiramatu?
See pole absoluutselt piiramatu. Mis mind sellesse kõigesse tõmbas, on see, kui kiiresti see kõik toimub. Kuidas nad saavad taustal analüüsida nii palju visuaalset teavet ja seejärel orkestreerida kümneid miljoneid kromatofoore, jumal teab, kui palju miljoneid iridofoore, rääkimata kõigist nendest nahapuhangutest – ja neid on tuhandeid – ja teha seda kõike sekundiga. ? Visuaalse töötluse maht, mis peaks toimuma kogu neid ümbritseva teabe vaatamiseks, nõuaks Volkswagoni suurust superarvutit ja teate, kaheksajalgadel on suur aju, kuid see pole nii suur. Peab olema otsetee sellele näiliselt võimatule asjale, mida nad teevad.

Ja otsetee on see, et kamuflaažimustreid pole kümneid ja kümneid. Olen analüüsinud kümneid tuhandeid nende loomade pilte vee all ja laboris ning leiame kolm kuni viis põhimustri malli, mida nad kasutavad mis tahes taustal kamuflaaži loomiseks. See on täiesti intuitiivne. Kuid see on kiiruse põhjuseks.

Idee on järgmine: kui loomadel on teha ainult kolm peamist mustriotsust, vajavad nad taustal ainult ühte lihtsat visuaalset vihjet, mis käskis neil muster 1 sisse lülitada, teist visuaalset vihjet mustri 2 sisselülitamiseks ja teistsugust. 3. mustri jaoks. Nii et see lihtsustab närvide töötlemist tohutult – võib-olla saavad nad ignoreerida enamikku informatsioonist, mida nad ümbritsevas keerulises korallrahus näevad. Me nimetame neid mustreid ühtlaseks, laiguliseks ja häirivaks.

Värvi ja kontrasti osas on mõningaid erinevusi, kuid nad teevad mustriotsuse väga kiiresti ja kõik ülejäänu tuleb mõni millisekund hiljem. Me ei mõista kogu närviosa – meil pole piisavalt andmeid –, kuid ma arvan, et meie üldine idee peab eksperimenteerimisele vastu.

Muide, me pole seda avaldanud, kuid me vaatame palju loomi. Mul on pilte liblikatest ja lindudest, orca-vaaladest ja igasugustest loomadest ning mõne kunstilise litsentsiga saate need sobitada nendesse vormiliste, laiguliste ja häirivate kategooriatesse. Mulle meeldib seda seletada nii, et need loomad on aru saanud, kuidas kasutada ära kõigi loomade kiskjate nägemise põhilisi konserveeritud omadusi. Ma arvan, et see on võtmepunkt.

Kas neid saab segada ja sobitada erinevaid mustreid?
Nad võivad neid veidi segada ja sobitada. Oleme tegelikult teinud ja avaldanud katseid, kus andsime loomale [euroopa seepiale] vasakusse silma teavet, mis ütles 'muutke häiriv', ja andsime talle erinevat teavet paremasse silma, mis ütles 'muutke laiguliseks' ja me tahtsime. et näha, mida loom teeb. Mida nad kunagi ei tee, on ühelt poolt laiguline ja teiselt poolt häiriv, sest iga selline kahepoolne asümmeetria leitakse üles ja see oleks kindlasti surnud liha. Nii et nad segavad ja sobitavad veidi ühtlaselt kogu kehapinna ulatuses. See on tõesti lahe süsteem, väga kohandatav.

Põletav küsimus raskekujuliste nägemisteadlaste seas on see, kas nende kamuflaažimustrite vahel on järjepidevus või kas need on diskreetsed alamhulgad. See argument ei ole täielikult lahendatud.

Kas peajalgsed kasutavad erinevatel eesmärkidel erinevat tüüpi kamuflaaži?
Jah, absoluutselt. Kui need on tasasel kahemõõtmelisel taustal või pehmel kolmemõõtmelisel taustal, kasutavad nad üldist tausta sarnasust [mida mõned võivad nimetada tausta sobitamiseks], mis on mõeldud tuvastamise vähendamiseks.

Kuid kui te ei saa avastamist vältida, kasutate nn häirivat mustrit, mis takistab tuvastamist. Nii et sel juhul näeb loom sõna otseses mõttes endast erinevat, luues mustri igasuguseid suure kontrastsusega komponente, nii et on raske aru saada, kus on serv, kus on pea ja kus on kõik lisandid.

Ja nad teevad ka seda, mis on kõige rumalam termin, maskeraadi, mis näeb visuaalsel taustal välja nagu mõni muu objekt. Näiteks kui seepia liigub üle avatud liivatasandiku ja läheduses on kivi või vetikas, näeb loom end pigem kivi või vetika kui liiva moodi välja – nad vaatavad konkreetselt seda objekti ja enam-vähem jäljendades seda.

Samuti on miimika, mis näeb välja ja käitub nagu teine ​​loom. Indoneesia ja Florida miimika kaheksajalg muutub lameda kala või lesta lamedaks kujuks, kui nad on avatud liivatasandikul, ja ujuvad sellise käitumisega ning samuti pane peale muster, mis näeb paljudel juhtudel välja nagu lest. Nii et sel juhul jäljendavad nad piirkonnas väga levinud kalu. See ei ole iseenesest kamuflaaž; see on omamoodi alamhulk, milles nad jällegi ei näe välja nagu kaheksajalg.

Ma saan aru, et peajalgsed on värvipimedad.
Jah, kõik tõendid, mis meil on, ütlevad, et nad on värvipimedad, kuid näivad, et nad vastavad taustale. Kuidas nad siis seda teevad? Ja vastus on, me lihtsalt ei tea.

Kuid see toob kaasa potentsiaalselt uue, põneva asja. Kuna nad ei saanud aru, kuidas nad värvisobivad, küsisime, kas nad suudavad valgust kuidagi väljaspool silmi tajuda või mitte. Tegime geeniotsingu ja tegime palju antikehatöid ning näitasime, et opsiini molekulid on jaotunud kogu seepia ja kalmaari nahas ning teine ​​labor näitas, et need on kaheksajalal. Need on samad opsiini molekulid, mis on looma võrkkesta valgust tuvastavas valguses. See tähendab, et hüpoteetiliselt suudavad loomad oma nahaga kuidagi valgust tuvastada.

Meie rühm näitas ka, et seal pole mitte ainult samad opsiini molekulid, vaid ka kaks teist molekuliklassi, mida on vaja kaskaadsüsteemis võrkkesta valguse tuvastamiseks, on ka nahas – veelgi rohkem tõendeid selle kohta, et nad on selleks, et midagi teha. valgusega. Kuid me ei esitanud häid käitumistõendeid, mis näitaksid, et nahk reageerib valgusele.

Kuid Todd Oakley labor UC Santa Barbaras avaldas eelmisel aastal meie omaga paberi ja kasutas mudelorganismina kaheksajalga ja pani naha valgusele reageerima. Meie kaks artiklit avaldati ühiselt aastal Eksperimentaalbioloogia ajakiri .

Kuid see ei ulatu värviküsimuseni, sest opsiini molekulid, mida me suutsime eristada, on endiselt häälestatud ainult ühele värvile. See tähendab, et need on ühevärvilised. Kuid värvi eristamiseks peate olema dikromaat, trikromaat või tetrakromaat.

Meie viimane hüpotees on, et need opsiinid nahas võivad reguleerida naha üldist heledust või intensiivsust. Siiski võib nahas olla teisi opsiine, mis on häälestatud teistele lainepikkustele, või võib juhtuda, et kromatofoori pigmendid katavad neid opsiini molekule – näiteks kollane pigmentkromatofoor, mis katab siniseks häälestatud opsiini, võib anda teile värvide eristamise. . Kuid me venitame siin bioloogiat; andmeid pole.

Kas te tõesti loodate peajalgsete kohta midagi välja selgitada?
Kas need on kiskjate silmis tõesti taustaga kooskõlas? See on suur küsimus, mis ulatub peajalgsetest palju kaugemale. Milline näeb maailm välja vaataja silmades?

Kõik, mida me teeme ja kuidas me näeme, kõik meie arvutiekraanid ja kõik on mõeldud ainult inimeste nägemiseks ja see ei ole selline, nagu maailm teistele loomadele välja näeb, seega oleme just välja töötanud hüperspektraalse [tähendab, palju värve] kaamera. mille igas pikslis on kolme värvi asemel 16 värvi, mis levivad ultraviolettkiirgusest läbi nähtava vahemiku.

Nüüd teeme pildi rifil maskeeritud kaheksajalast või liblikast metsas, läheme tagasi järeltöötlusse ja küsime, kuidas see näeb välja lindude kiskja nagu kull või sukelduja jaoks. lind või veealune kala, mis on tetrakromaatiline? Me võtame välja enamiku 16 värvist ja jätame sisse kaks, kolm või neli, millele me teame, et kiskjaloom on häälestatud, ning kujutame seda värviruumis, mis on hoolikamalt kohandatud sellele, mida see kiskja, mitte inimene suudab. vaata.

See on läbimurre, sest varem ei võimaldanud tehnoloogia inimestel teha kaameraid, milles oli nii palju värve. See kaamera on ehitatud; oleme seda maal kasutanud umbes aasta. Veealust korpust valmistatakse nii, nagu me räägime. Sensoorökoloogid, sensoorsed bioloogid ja nägemusinimesed on juba pikka aega tahtnud teada, milline maailm teistele loomadele välja näeb, ja nüüd on meil võimalus edasi liikuda. Ma arvan, et see muudab tõesti meie vaadet nii maal kui merel selle kohta, mis värvi loomad näevad, kas värviga varjatud saagis või kaaslase ligitõmbamise märkamisel või muul sellisel viisil.

Pean küsima teadusreede saate 'Kus on kaheksajalg?' video. Alguses ütlesite, et karjusite – kas karjusite vees või siis, kui nägite salvestatud kaadreid?
Ma karjusin kohe vees! Ma lihtsalt teadsin, et mul on midagi tõeliselt suurepärast. Ma filmisin seda looma 45 minutit. Kui ma 10 minutit hiljem veest välja tulin, karjusin ma verist mõrva ja kõik arvasid, et mul on sukeldumisõnnetus. [Ta kinnitas neile, et temaga on kõik korras.]

Miks see üks kaheksajalg sind karjuma pani, kui oled neid organisme nii palju aastaid uurinud?
Sest ma polnud kunagi seda dramaatilist jada nii selgelt raamituna visuaalselt näinud. Olen sellest ajast saadik proovinud sellist jada pildistada ja pole kunagi lähedale jõudnud. See oli õnnelik löök, kuid õnn soosib valmistujaid – uurisin looma väga regulaarselt ja lähenesin talle erinevatel kiirustel ning see oli viies kord, kui lähenesin talle, ja seekord, mitte kiiresti. , tulin sisse üliaeglaselt ja kaardusin ringi. Videokaamera kupliport ei olnud loomast kaugemal kui kolm kuni neli tolli, enne kui ta otsustas liikuda, sest ma tulin nii aeglaselt sisse ja see muutis. See oli lihtsalt täiuslik torm, et kõik koos juhtuks.

See intervjuu on avaruse ja selguse huvides toimetatud.

Liituge teadusreede toetusmerega

Iga 8-dollarise annetusega (iga peajalgsete nädala päeva kohta) saate sponsoreerida erinevat illustreeritud peajalgset. Peajalgse märk koos teie eesnime ja linnaga on osa meie ettevõttest Toetajate meri !

Anneta