Biologové si po desetiletí lámali hlavu nad paradoxem vidění chobotnic. Navzdory jejich zářivě zbarvené kůži a schopnosti rychle měnit barvu, aby splynuly s pozadím, mají hlavonožci, jako jsou chobotnice a chobotnice, oči pouze s jedním typem světelného receptoru – což v podstatě znamená, že vidí pouze černobíle.

Proč by samec riskoval, že bude během pářícího tance blikat zářivými barvami, když ho samice ani nevidí – ale blízká ryba ano a rychle ho spolkne? A jak by tito živočichové mohli sladit barvu své kůže s okolím jako kamufláž, když barvy ve skutečnosti nevidí?

Nová studie ukazuje, že hlavonožci možná skutečně vidí barvy – jen jinak než ostatní živočichové.

Její tajemství? Neobvyklá zornice ve tvaru písmene U, W nebo činky, která umožňuje, aby světlo pronikalo čočkou do oka z mnoha směrů, a ne jen přímo na sítnici.

Chromatická aberace

Člověk a další savci mají oči s kulatými zornicemi, které se smršťují na dírky a umožňují nám ostré vidění, přičemž všechny barvy jsou zaměřeny na stejné místo. Ale jak ví každý, kdo byl u očního lékaře, rozšířené zornice nejenže vše rozmazávají, ale vytvářejí kolem objektů barevné okraje – což se nazývá chromatická aberace.

“Mimozemský” genom odhaluje tajemství chobotnic

Je to proto, že průhledná oční čočka – která u lidí mění tvar, aby zaostřila světlo na sítnici – funguje jako hranol a rozděluje bílé světlo na jednotlivé barvy. Čím větší je plocha zornice, kterou světlo vstupuje dovnitř, tím více jsou barvy rozloženy. Čím menší je zornice, tím menší je chromatická aberace. Objektivy fotoaparátů a dalekohledů trpí podobně chromatickou aberací, což je důvod, proč fotografové zastavují své objektivy, aby získali co nejostřejší obraz s co nejmenším rozmazáním barev.

U hlavonožců se však vyvinuly široké zornice, které chromatickou aberaci zvýrazňují, a možná mají schopnost posuzovat barvy tím, že na sítnici zaostřují specifické vlnové délky, podobně jako živočichové jako chameleoni posuzují vzdálenost pomocí relativního zaostření. Tyto vlnové délky zaostřují tak, že mění hloubku oční bulvy, mění vzdálenost mezi čočkou a sítnicí a pohybují zornicí, čímž mění její polohu mimo osu, a tím i množství chromatické neostrosti.

“Navrhujeme, že tito tvorové mohou využívat všudypřítomný zdroj degradace obrazu v očích zvířat, čímž se z chyby stává vlastnost,” říká Alexander Stubbs, postgraduální student na Kalifornské univerzitě v Berkeley. “Zatímco u většiny organismů se vyvinuly způsoby, jak tento efekt minimalizovat, zornice chobotnic a jejich příbuzných chobotnic a sépií ve tvaru písmene U ve skutečnosti maximalizují tuto nedokonalost jejich zrakového systému a zároveň minimalizují jiné zdroje obrazových chyb, čímž rozmazávají svůj pohled na svět, ale v závislosti na barvě a otevírají jim možnost získávat barevné informace.”

Jak fungují zornice ve tvaru písmene U

Stubbs přišel na myšlenku, že hlavonožci mohou využívat chromatickou aberaci k vidění barev, poté, co fotografoval ještěry, kteří zobrazují ultrafialovým světlem, a všiml si, že UV fotoaparáty trpí chromatickou aberací. Ve spolupráci se svým otcem Christopherem Stubbsem, profesorem fyziky a astronomie na Harvardově univerzitě, vytvořil počítačovou simulaci, která modelovala, jak by ji oči hlavonožců mohly využívat k vnímání barev. Jejich závěry se objevily v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

Dospěli k závěru, že zornice ve tvaru písmene U, jakou mají chobotnice a sépie, by živočichům umožnila určovat barvu na základě toho, zda je zaměřena na jejich sítnici, či nikoli. Podobně fungují zornice ve tvaru činky u mnoha chobotnic, protože jsou ovinuty kolem oční koule do tvaru písmene U a při pohledu dolů vytvářejí podobný efekt. To může být dokonce základem barevného vidění delfínů, kteří mají zornice ve tvaru písmene U, když se stáhnou, a skákavek.

“Jejich vidění je rozmazané, ale rozmazanost závisí na barvě,” říká Stubbs. “Poměrně špatně by rozlišovali bílé předměty, které odrážejí všechny vlnové délky světla. Dokázali by ale poměrně přesně zaostřit na objekty, které mají čistší barvy, jako je žlutá nebo modrá, které jsou běžné na korálových útesech a skalách a řasách. Zdá se, že za svůj tvar zornice platí vysokou cenu, ale možná jsou ochotni žít se sníženou ostrostí vidění, aby si zachovali chromaticky závislé rozostření, a to by mohlo těmto organismům umožnit barevné vidění.”

“Provedli jsme rozsáhlé počítačové modelování optického systému těchto živočichů a byli jsme překvapeni, jak silně závisí kontrast obrazu na barvě,” říká Christopher Stubbs. “Byla by škoda, kdyby toho příroda nevyužila.”

Nedostatečný kontrast

Alexander Stubbs rozsáhle prozkoumal 60 let studií barevného vidění u hlavonožců a zjistil, že zatímco někteří biologové uváděli schopnost rozlišovat barvy, jiní hlásili opak.

Kůže octomilek dokáže vnímat světlo bez očí

Negativní studie však často testovaly schopnost zvířat vidět jednobarevné barvy nebo hrany mezi dvěma barvami stejného jasu, což je pro tento typ oka obtížné, protože stejně jako u fotoaparátu je těžké zaostřit na jednobarevnou plochu bez kontrastu. Hlavonožci jsou nejlepší v rozlišování okrajů mezi tmavými a jasnými barvami a ve skutečnosti jsou jejich obrazce na displeji typické barevnými oblastmi oddělenými černými pruhy.

“Věříme, že jsme našli elegantní mechanismus, který by mohl těmto hlavonožcům umožnit určit barvu jejich okolí, přestože mají v sítnici jediný zrakový pigment,” říká. “To je zcela jiné schéma než vícebarevné zrakové pigmenty, které jsou běžné u lidí a mnoha dalších živočichů. Doufáme, že tato studie podnítí další behaviorální experimenty v komunitě hlavonožců.”

Práci podpořilo Muzeum zoologie obratlovců Univerzity v Berkeley, grant Graduate Research Fellow Program pro Alexandra Stubbse a Harvardova univerzita.