Přemýšleli jste někdy o tom, jak váš milovaný mazlíček vidí svět? Co třeba majestátní orel na obloze nebo motýl poletující kolem? A had svíjející se ve vysoké trávě?
Různá zvířata vidí svět jinak a někdy je tento rozdíl prostě úžasný a velmi často se lidský pohled nemůže pochlubit polovičními schopnostmi některých zvířat.
Hadi: zázraky infračerveného vidění jako hlavní pomocník při lovu
Oči hroznýšů, krajt a chřestýšů vytvářejí tepelný obraz oběti, což jejich majitelům umožňuje přesně určit její polohu. Chřestýši jsou špičkou v oboru se senzory 10krát lepšími než jakýkoli moderní infračervený senzor.
Fádní život prizmatem psího vidění
Naši malí chlupatí přátelé mají nepochybně úžasný čich, ale jejich zrak je špatný, protože svět pro ně nemá barvy.
Skrytá komunikace mezi skarabey
Skarabeus je jedním z pouhých dvou druhů na světě, které jsou schopny rozlišovat mezi typy polarizovaného světla. Vědci si myslí, že brouci tuto schopnost komunikace využívají. Protože toto světlo je viditelné pouze pro příslušníky jejich vlastního druhu, neztrácejí se navzájem, když se skrývají před predátory.
Kočičí vidění vítězí v noci
Kočky mají špatný zrak. Stejně jako psi jsou vůči květinám prakticky imunní. Dokud nenastane noc, svět kolem nich je pošmourný a zatažený. Kočky potřebují šestkrát méně světla než lidé, aby dobře viděly kvůli velkému počtu čípků citlivých na světlo v sítnici.
Noční gekoni nebo živá kamera pro noční vidění
Oči těchto zvířat jsou 350krát citlivější na světlo než lidské oči. Pro srovnání: rozdíl mezi sovou a člověkem je „jen“ 100násobný.
Vysoká světelná citlivost tlupy s obrovskými kužely v sítnici vystavuje noční oblohu těmto gekonům ve všech jejích barvách, díky čemuž je jejich noční vidění nejlepší mezi nočními lovci.
Vize krávy: tráva není zelenější, ale můžete ji vidět více
Pro chodící krávu není pastvina plná zeleně: vidí převážně oranžovou a červenou. Toto omezení barev je kompenzováno téměř 360º viděním.
Motýli: barvy pro člověka neviditelné
Motýli mají ve srovnání s lidmi velmi špatnou zrakovou ostrost, ale nedostatek jasnosti je kompenzován jejich schopností vidět červenou, modrou a zelenou část ultrafialového spektra.
Motýli, stejně jako včely, vidí na květech zvláštní ultrafialové vzory pylu.
Včely vnímají barvy rychleji než lidé
Včelí pracovitost se týká všech částí včely – i jejích očí. Jejich fotoreceptory vnímají světlo třikrát rychleji než lidé. Navíc vidí části ultrafialového spektra, které jsou pro člověka nepřístupné.
Vědci se domnívají, že včely využívají tuto schopnost k navigaci mezi stonky vysoké trávy při hledání květin k opylení.
Chameleoni: cool oči, které se nejen dívají
Chameleoni jsou jediní obratlovci, kterým stačí jedno oko, aby mohli vnímat stále blíž. Jsou také schopni pohybovat oběma očima nezávisle na sobě. Díky svým objemným očím jsou chameleoni schopni vidět 360º, zatímco u lidí je toto číslo 180. Ke všemu výše uvedenému maskování získáme velmi schopného predátora, který se navíc dokáže před svými predátory schovat.
Žirafy: komunikace a bezpečí
Žirafy využívají svou výšku a bystrý zrak, aby zpozorovaly predátory a varovaly ostatní zvířata před hrozícím nebezpečím. Také jejich schopnost vidět barvy a velké zorné pole jim pomáhá sledovat ostatní žirafy.
S pomocí svého zraku mohou žirafy komunikovat pomocí speciálního systému pohledu. Například pohled varuje ostatní před hrozícím nebezpečím, jiný může být použit k tomu, aby řekl ostatním žirafám, aby se držely dál.
Obří chobotnice: největší oči na světě
Oči obří chobotnice jsou velké jako basketbalový míč. Tyto neúměrně velké oči umožňují chobotnicím spatřit vorvaně (jejich hlavního predátora) ze vzdálenosti delší, než je délka fotbalového hřiště v úplné tmě.
Krabi kudlanky: satelitní vidění
Jejich oči jsou jedny z nejunikátnějších a nejzáhadnějších v říši zvířat. Většina zvířat má tři fotoreceptory, pomocí kterých vidí a rozlišují barvy. Kudlanky jich mají 12. Může se zdát, že díky tomu mají výbornou schopnost rozlišovat barvy, ale není tomu tak, jejich zrak je ve skutečnosti horší než člověk.
Pravděpodobně u krabů kudlanek dochází k rozpoznávání barev v samotných fotoreceptorech, které přenášejí hotové informace do mozku; Tato schopnost je jedinečná ve světě zvířat. Podobně jako brouci skarabeové jsou schopni vnímat polarizované světlo, které lze využít pro zvláštní druh tajné komunikace.
Jak slepí jsou netopýři?
Podle převládajícího stereotypu jsou netopýři slepí, což je však ve skutečnosti daleko od pravdy. Kaloni, také známí jako létající lišky, mají čípky i tyčinky, což jim dává barvu a denní vidění.
Některé druhy netopýrů však stále spoléhají na echolokaci, která vyzařuje ultrazvuk, aby v noci „vycítila“ přítomnost kořisti a „viděla“.
Dolíčky umístěné v blízkosti hadích očí jsou orgány citlivé na tepelné záření. Díky velkému průměru vstupního otvoru se „tepelný snímek“ na membráně ukazuje jako extrémně rozmazaný, ale had z něj dokáže rekonstruovat poměrně ostrý obraz okolního světa (obrázek z článku Phys. Rev. Lett., 97, 068105)
Orgány, které hadům umožňují „vidět“ tepelné záření, poskytují extrémně rozmazaný obraz. Přesto si had ve svém mozku vytváří jasný tepelný obraz okolního světa. Němečtí vědci přišli na to, jak to může být.
Některé druhy hadů mají jedinečnou schopnost zachytit tepelné záření, což jim umožňuje „vidět“ svět kolem sebe v naprosté tmě. Je pravda, že „vidí“ tepelné záření nikoli očima, ale speciálními orgány citlivými na teplo (viz obrázek).
Struktura takového orgánu je velmi jednoduchá. Vedle každého oka je otvor o průměru asi milimetru, který vede do malé dutiny přibližně stejné velikosti. Na stěnách dutiny je membrána obsahující matrici termoreceptorových buněk o rozměrech přibližně 40 x 40 buněk. Na rozdíl od tyčinek a čípků sítnice nereagují tyto buňky na „jas světla“ tepelných paprsků, ale na místní teplota membrány.
Tyto varhany fungují jako camera obscura, prototyp kamer. Malý teplokrevný živočich na studeném pozadí vyzařuje „tepelné paprsky“ ve všech směrech – vzdálené infračervené záření o vlnové délce přibližně 10 mikronů. Tyto paprsky procházející otvorem lokálně ohřívají membránu a vytvářejí „tepelný obraz“. Díky nejvyšší citlivosti receptorových buněk (jsou detekovány teplotní rozdíly v tisícinách stupně Celsia!) a dobrému úhlovému rozlišení si had může všimnout myši v absolutní tmě z docela velké vzdálenosti.
Z fyzikálního hlediska je záhadou právě dobré úhlové rozlišení. Příroda tento orgán optimalizovala tak, aby lépe „viděl“ i slabé zdroje tepla, tedy jednoduše zvětšila velikost vstupu – otvoru. Ale čím větší je clona, tím je obraz rozmazanější (mluvíme, zdůrazňujeme, o nejobyčejnější díře, bez jakýchkoli čoček). V situaci hada, kdy jsou clona a hloubka fotoaparátu přibližně stejné, je obraz tak rozmazaný, že z něj nelze vydolovat nic jiného než „někde poblíž je teplokrevné zvíře“. Pokusy s hady však ukazují, že dokážou určit směr bodového zdroje tepla s přesností asi 5 stupňů! Jak se hadům podaří dosáhnout tak vysokého prostorového rozlišení s tak hroznou kvalitou „infračervené optiky“?
Protože skutečný „tepelný obraz“, říkají autoři, je velmi rozmazaný a „prostorový obraz“, který vzniká v mozku zvířete, je zcela jasný, znamená to, že na cestě od receptorů k mozek, který jakoby upravuje ostrost obrazu. Tento aparát by neměl být příliš složitý, jinak by had velmi dlouho „přemýšlel“ nad každým přijatým obrazem a reagoval by na podněty se zpožděním. Navíc podle autorů toto zařízení téměř nepoužívá vícestupňová iterativní mapování, ale je spíše jakýmsi rychlým jednokrokovým převodníkem, který pracuje podle programu trvale napevno zapojeného do nervového systému.
Vědci ve své práci dokázali, že takový postup je možný a vcelku reálný. Provedli matematické modelování toho, jak se „tepelný obraz“ vyskytuje, a vyvinuli optimální algoritmus pro opakované zlepšování jeho jasnosti a nazvali jej „virtuální čočka“.
Navzdory velkému jménu, přístup, který použili, samozřejmě není něco zásadně nového, ale jen druh dekonvoluce – obnovení obrazu zkaženého nedokonalostí detektoru. Toto je opak rozmazání obrazu a je široce používán v počítačovém zpracování obrazu.
V analýze však byla důležitá nuance: zákon dekonvoluce nebylo třeba hádat, bylo možné jej vypočítat na základě geometrie citlivé dutiny. Jinými slovy, bylo předem známo, jaký konkrétní obraz vytvoří bodový zdroj světla v jakémkoli směru. Díky tomu bylo možné s velmi dobrou přesností obnovit zcela rozmazaný obraz (běžné grafické editory se standardním dekonvolučním zákonem by tento úkol nezvládly ani zdaleka). Autoři také navrhli konkrétní neurofyziologické provedení této transformace.
Zda tato práce řekla nějaké nové slovo v teorii zpracování obrazu, je diskutabilní. Určitě to však vedlo k neočekávaným zjištěním ohledně neurofyziologie „infračerveného vidění“ u hadů. Lokální mechanismus „obyčejného“ vidění (každý zrakový neuron bere informace ze své vlastní malé oblasti na sítnici) se zdá tak přirozený, že je těžké si představit něco úplně jiného. Ale pokud hadi skutečně používají popsanou dekonvoluční proceduru, pak každý neuron, který přispívá k celkovému obrazu okolního světa v mozku, nepřijímá data vůbec z bodu, ale z celého kruhu receptorů probíhajících přes celou membránu. Lze se jen divit, jak se přírodě podařilo zkonstruovat takové „nelokální vidění“, které kompenzuje vady infračervené optiky netriviálními matematickými transformacemi signálu.
