6 Minutės
Patinai Andrea sepijos manipuliuoja pačia šviesa poravimosi metu, naudodami specialius permatomus žiuželius, veikiančius kaip biologiniai optiniai elementai. Nauji tyrimai rodo, kad šie galvakojai pakeičia horizontaliai poliarizuotą jūros šviesą į besikeičiančias poliarizacijos juostas, sukurdami aukšto kontrasto vizualinį signalą, pritaikytą sepijų regėjimui ir skirtą užfiksuoti partnerio dėmesį poravimosi demonstracijose.
Patinas sepija su specializuotu žiuželiu susuktu poravimosi demonstracijos pradžioje. Spalvos yra iredescencija, atsirandanti dėka iridoforų.
Kaip jie suka šviesą: poliarizacija, birefringencija ir idealus žiuželis
Sepijų akys ženkliai skiriasi nuo žmogaus akių. Jų V formos vyzdžiai yra dramatiški, o nors daugelis galvakojų žmonių akimis atrodo nežmoniškai spalvoti arba net akli spalvoms, jie geba aptikti šviesos bangų orientaciją — savybę, vadinamą poliarizacija. Poliarizacija apibūdina kryptį, kuria svyruoja elektromagnetinės bangos elektrinis laukas; poliarizuotos saulės akiniai remiasi ta pačia fizika, sumažindami akinimą filtravimo pagal šviesos orientaciją principu.
Tyrėjai, vadovaujami Aratos Nakayam os (Tokijo universitetas), parodė, kad patinai Andrea sepijos (Doratosepion andreanum) naudoja aktyvesnį triuką nei vien tik poliarizuotos spalvos atspindžiai. Dviejų išskirtinai ilgesnių poravimosi žiuželių raumenys ir jungiamieji audiniai yra birefringentiniai (dviviečių lūžių medžiaga): jie sukinėja per juos praeinančios poliarizuotos šviesos orientaciją. Kai žiuželis yra susuktas arba patemptas tam tikra geometrine forma, horizontaliai poliarizuota saulės šviesa nuo vandens paviršiaus patenka į cilindrinį žiuželį ir išeina su savo poliarizacija pasisukusia beveik 90 laipsnių. Rezultatas — pakaitomis einančios horizontaliai ir vertikaliai poliarizuotos juostos palei žiuželį — maksimalus kontrastas regai jautrioje sistemai.
Tas cilindrinis paviršius yra svarbus. Žiuželis elgiasi panašiai kaip biomaginė fazių plokštelė (waveplate): jis konvertuoja įeinančią horizontalią poliarizaciją į vertikalią ir atgal per visą demonstraciją. Sepijai, stebinčiai tokią demonstraciją poliarizacijai jautriomis akimis, modelis yra akivaizdus ir daug įspūdingesnis negu subtilūs chromatiniai pokyčiai, kuriuos pastebėtų žmogus.
Patino Andrea sepijos poravimosi demonstracija normalioje (viršuje) ir poliarizuotoje šviesoje (apačioje).
Eksperimento dizainas: jūros šviesos atkūrimas ir paslėptų signalų filmavimas
Norėdami patikrinti, ar šis poliarizacijos raštas funkcionuoja kaip tyčinis signalas, Nakayama ir kolegos sugavo laukines sepijas ir suorganizavo poravimosi susitikimus talpose, kur apšvietimą buvo galima kontroliuoti taip, kad jis imituotų atviro vandens būdingą horizontalią poliarizaciją. Naudodami poliarizacijai jautrias kameras, mokslininkai filmavo poravimosi sąveikas ir lygino jas su įprastiniu filmuotu medžiagu, kai gyvūnai nedemonstruodavo suirimo ar poravimosi pozų.
Kontrolinėse, neporavimosi pozose žiuželiai negeneravo alternuojančių poliarizacijos juostų. Signalas atsirasdavo tik poravimosi gestų metu: patinai susukdavo ir tempiavo specializuotus žiuželius, kartu demonstruodami ir iredescencines kūno juostas. Birefringentiniai audiniai pasukdavo poliarizaciją beveik 90 laipsnių, sukurdami alternuojantį raštą, kuris kitoje sepijoje su poliarizacijai jautria rega išsiskiria ryškiai, tuo tarpu plėšrūnams ar varžovams neturinčiams tokio regėjimo šis signalas lieka beveik nematomas.
Eksperimento metu atlikti tolygūs kontrolės testai užtikrino, kad neįtakotų kitokie žvilgsnių ar aplinkos veiksniai: apšvietimo kampai buvo variuojami, buvo testuojama skirtingų bangų ilgių šviesa, taip pat buvo filmuojama ir su apatinės šviesos filtravimu. Duomenys apdoroti naudojant poliarizacijos žemėlapius ir kontrasto analizes, o statistiniai tyrimai atskleidė, kad poravimosi metu pastebimas poliarizacijos signalas buvo reikšmingai didesnis už foninį triukšmą ir atsirado specifiniais motoriniais gestais.
Mokslinis kontekstas ir platesnės implikacijos
Šis tyrimas remiasi ankstesniais pastebėjimais, kad galvakojų audiniai gali poliarizuoti šviesą ir kad daug galvakojų suvokia poliarizacijos signalus. Tačiau darbas žengia toliau: poliarizacija nėra vien pasyvus audinių optikos padarinys — ji gali būti aktyviai kontroliuojama kaip komunikacijos kanalas. Evoliuciniu požiūriu tai siūlo paralelę su spalvingais seksualiniais ornamentais kitų rūšių gyvūnų — tik mechanizmas čia yra esminai kitoks, grindžiamas audinių optiniais savybėmis, o ne pigmentacija ar struktūrine spalva.
Žmonės natūraliai nemato poliarizacijos raštų, todėl visa eilė komunikacinių elgesio formų galėjo likti nepastebėta. Tyrimo autoriai teigia, kad panašiai kaip plunksnos ar pigmentacija kuria didelę įvairovę spalvinių signalų tarp gyvūnų, turinčių spalvų regėjimą, taip ir poliarizacijai jautrios rūšys gali naudoti panašiai didelį „paslėptų“ signalų žodyną. Iki galo neaišku, ar Andrea sepijos naudoja poliarizacijos raštus ir už poravimosi konteksto ribų — pvz., teritorinių demonstracijų metu, kamufliažo reguliavimui ar rūšies atpažinimui — tačiau tai atveria daug tyrimo krypčių vizualinei ekologijai.
Be to, atradimas turi technologinių atgarsių. Birefringentinės medžiagos ir kompaktiškos waveplate plokštelės naudojamos optinėje inžinerijoje; supratimas, kaip minkštasis gyvūnas suformuoja poliarizuotą šviesą raumenų ir audinių pagalba, gali įkvėpti naujus dinamiškų optinių įrenginių dizainus, kurie būtų lankstūs, energetiškai ekonomiški ir adaptuojami realiu laiku.
Eksperto įžvalga
Dr. Emily Vargas, jūrų vizualinės ekologijos specialistė Oceaniniame institute, komentuoja: „Tai vienas iš tų atradimų, kurie verčia iš naujo permąstyti, ką gyvūnai iš tikrųjų gali 'matyti'. Sepija evoliucionavo fizinę struktūrą, kuri paverčia šviesos fiziką socialiniu signalu. Tai parodo, kaip sensorinė ekologija ir biomechanika gali sąveikauti, kad sukurtų signalus, nematomus žmonėms, bet aiškius jų adresatams.“
Už biologijos ribų šis radinys gali turėti įtakos optinių medžiagų mokslui ir inžinerijai. Pavyzdžiui, kuriant aktyvias polarizacijos valdymo plokšteles ar minkštus difuzorius, idėjos, paimtos iš sepijų audinių organizavimo ir raumenų modulavimo, gali suteikti naujų sprendimų adaptuojamoms optinėms sistemoms. Tai apima tiek komunikacijos technologijas, tiek biologinių stebėjimų priemones, kurios naudoja mažiau energijos ir yra integruotos į lanksčias paskirtis.
Išvados
Nakayama ir kolegos atskleidė, kad Andrea sepijos tiesiogine prasme suka šviesą, kad sukurtų ryškų poliarizacijos signalą poravimosi metu: jos naudoja birefringentinius žiuželius, kad paverstų horizontalią jūros šviesą į besikeičiančias poliarizacijos juostas. Atranka ir evoliucija, kuri nuvedė prie tokio sprendimo, demonstruoja, kokiu įvairiapusišku būdu gyvūnai gali naudoti optiką komunikacijai. Šis atradimas plečia mūsų supratimą apie gyvūnų komunikaciją ir primena, kad sensoriniai pasauliai gali būti kur kas turtingesni nei tai, ką atskleidžia žmogaus akys.
Ateities tyrimai, kurie žemėlapiuos poliarizacijos signalus tarp įvairių rūšių ir skirtinguose kontekstuose, padės aiškiau atskleisti šią paslėptą įvairovę. Praktiniu požiūriu tai taip pat gali paskatinti naujas biologinių įkvėptų optinių technologijų kryptis. Tuo tarpu dabartinis darbas pateikia ryškų pavyzdį, kaip evoliucija gali inžineruoti optiką dėl romantiškų tikslų — arba tiksliau, dėl reprodukcijos sėkmės.
Methodologiniai aspektai ir rekomendacijos: siekiant išplėsti supratimą apie poliarizacijos signalų vaidmenį, būtina atlikti platesnes palyginamąsias studijas su kitomis sepių ir galvakojų rūšimis, naudoti integruotus elgesio ir fiziologinius matavimus bei modeliavimus, kurie apjungia audinių optiką su gyvūnų regos neuroniniais atsakymais. Taip pat svarbu tirti, kaip aplinkos kintamieji — vandens dulkingumas, apšvietimo kampai, gylis — moduliuoja signalo efektyvumą laukinėje gamtoje.
Šaltinių parengiamumas: nors šiame tekste minimali tiesioginė citavimo informacija, pagrindinis eksperimentas yra susijęs su Arata Nakayama ir Tokijo universiteto komanda; skaitytojams, norintiems gilintis, rekomenduojama ieškoti originalaus publikacijos leidinio per mokslo duomenų bazes (pvz., Web of Science, PubMed ar ornitologijos/biologijos žurnalų platformose), kur pateikti metodai, duomenys ir papildomi eksperimentiniai rezultatai.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą