Biologit ovat vuosikymmeniä pohtineet mustekalan näkökyvyn paradoksia. Huolimatta loistavan värisestä ihostaan ja kyvystään vaihtaa nopeasti väriä sulautuakseen taustaan, pääjalkaisilla, kuten mustekaloilla ja kalmarilla, on silmät, joissa on vain yhdenlainen valoreseptori – mikä tarkoittaa periaatteessa sitä, että ne näkevät vain mustaa ja valkoista.

Miksi uros ottaisi riskin vilauttaa kirkkaita värejään parittelutanssin aikana, jos naaras ei edes näe sitä – mutta läheinen kala näkee sen, ja se nielaisee sen nopeasti? Ja miten nämä eläimet voisivat sovittaa nahkansa värin ympäristöönsä naamiointina, jos ne eivät itse asiassa näe värejä?

Uusi tutkimus osoittaa, että pääjalkaiset saattavat itse asiassa nähdä värejä – vain eri tavalla kuin muut eläimet.

Heidän salaisuutensa? Epätavallinen pupilli – U:n, W:n tai nyytin muotoinen – jonka ansiosta valo pääsee silmään linssin läpi monesta suunnasta eikä vain suoraan verkkokalvolle.

Kromaattinen aberraatio

Ihmisillä ja muilla nisäkkäillä on silmät, joissa on pyöreät pupillit, jotka supistuvat neulanrei’iksi, jotta näemme terävästi ja kaikki värit keskittyvät samaan kohtaan. Mutta kuten kaikki silmälääkärissä käyneet tietävät, laajentuneet pupillit eivät ainoastaan tee kaikkea epäselväksi, vaan luovat myös värikkäitä hapsuja esineiden ympärille – tätä kutsutaan kromaattiseksi aberraatioksi.

“Alien”-genomi paljastaa mustekalan salaisuuksia

Tämä johtuu siitä, että silmän läpinäkyvä linssi – joka ihmisillä muuttaa muotoaan tarkentaakseen valon verkkokalvolle – toimii kuin prisma ja jakaa valkoisen valon sen osatekijöiksi. Mitä suuremman pupillialueen kautta valo tulee silmään, sitä enemmän värit hajaantuvat. Mitä pienempi pupilli on, sitä pienempi on kromaattinen poikkeama. Kameroiden ja kaukoputkien linssit kärsivät samalla tavoin kromaattisesta aberraatiosta, minkä vuoksi valokuvaajat sulkevat objektiivinsa saadakseen terävimmän kuvan, jossa on vähiten värien epätarkkuutta.

Pääjalkaiset ovat kuitenkin kehittäneet leveät pupillit, jotka korostavat kromaattista aberraatiota, ja niillä saattaa olla kyky arvioida värejä tuomalla tietyt aallonpituudet tarkentumaan verkkokalvolla samaan tapaan kuin eläimet, kuten kameleontit, arvioivat etäisyyksiä suhteellisen tarkennuksen avulla. Ne tarkentavat näitä aallonpituuksia muuttamalla silmämunan syvyyttä, muuttamalla linssin ja verkkokalvon välistä etäisyyttä ja liikuttamalla pupillia niin, että sen akselin ulkopuolinen sijainti muuttuu ja siten myös kromaattisen epätarkkuuden määrä.

“Ehdotamme, että nämä olennot saattavat käyttää hyväkseen eläinsilmissä kaikkialla esiintyvää kuvan heikkenemisen lähdettä, jolloin vika muuttuu ominaisuudeksi”, sanoo Alexander Stubbs, jatko-opiskelija Kalifornian yliopistosta Berkeleystä. “Vaikka useimmat organismit kehittävät tapoja minimoida tämä vaikutus, mustekalojen ja niiden mustekalan ja seepian sukulaisten U-muotoiset pupillit itse asiassa maksimoivat tämän epätäydellisyyden niiden visuaalisessa järjestelmässä samalla, kun ne minimoivat muut kuvavirheen lähteet, hämärtävät niiden näkymää maailmasta, mutta väririippuvaisella tavalla ja avaavat niille mahdollisuuden saada väritietoa.”

Miten U:n muotoiset pupillit toimivat

Stubbs keksi ajatuksen, että pääjalkaiset voisivat käyttää kromaattista aberraatiota nähdäkseen värejä sen jälkeen, kun hän oli kuvannut ultraviolettivalolla näyttäviä liskoja ja huomannut, että UV-kamerat kärsivät kromaattisesta aberraatiosta. Hän kehitti yhdessä isänsä, Harvardin yliopiston fysiikan ja tähtitieteen professorin Christopher Stubbsin kanssa tietokonesimulaation, jolla mallinnettiin, miten pääjalkaisten silmät voisivat käyttää tätä värin havaitsemiseen. Heidän tuloksensa ilmestyvät Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä.

He päättelivät, että kalmarin ja seepian kaltainen U:n muotoinen pupilli antaisi eläimille mahdollisuuden määrittää värin sen perusteella, onko se tarkentunut sen verkkokalvolle vai ei. Monien mustekalojen käpälänmuotoiset pupillit toimivat samalla tavalla, sillä ne ovat kietoutuneet silmämunan ympärille U:n muotoon ja tuottavat samanlaisen vaikutuksen alaspäin katsottaessa. Tähän saattaa jopa perustua värinäkö delfiineillä, joilla on U:n muotoiset pupillit supistuessaan, ja hyppyhämähäkeillä.

“Niiden näkö on sumea, mutta sumeus riippuu väristä”, Stubbs sanoo. “Ne olisivat verrattain huonoja erottamaan valkoisia kohteita, jotka heijastavat kaikkia valon aallonpituuksia. Mutta ne pystyisivät melko tarkasti tarkentamaan kohteisiin, jotka ovat puhtaampia värejä, kuten keltaista tai sinistä, jotka ovat yleisiä koralliriutoilla, kivillä ja levillä. Näyttää siltä, että ne maksavat kovan hinnan pupillin muodosta, mutta saattavat olla valmiita elämään heikentyneen näöntarkkuuden kanssa säilyttääkseen kromaattisesti riippuvaisen epätarkkuuden, ja tämä saattaisi mahdollistaa värinäön näissä eliöissä.”

“Suoritimme laajoja tietokonemallinnuksia näiden eläinten optisesta järjestelmästä, ja olimme yllättyneitä siitä, miten voimakkaasti kuvan kontrasti riippuu väristä”, Christopher Stubbs sanoo. “Olisi sääli, jos luonto ei hyödyntäisi tätä.”

Ei tarpeeksi kontrastia

Alexander Stubbs kävi laajasti läpi 60 vuoden tutkimukset pääjalkaisten värinäöstä ja havaitsi, että vaikka jotkut biologit olivat raportoineet kyvystä erottaa värejä, toiset raportoivat päinvastaista.

Octopuksen iho voi aistia valoa ilman silmiä

Negatiivisissa tutkimuksissa testattiin kuitenkin usein eläimen kykyä nähdä yksivärisiä värejä tai kahden yhtä kirkkaan värin välisiä reunoja, mikä on tälle silmätyypille vaikeaa, koska kameran tapaan on vaikea tarkentaa yksiväriseen väriin, jossa ei ole kontrastia. Pääjalkaiset pystyvät parhaiten erottamaan tummien ja kirkkaiden värien väliset reunat, ja itse asiassa niiden näyttökuviot ovat tyypillisesti mustilla palkeilla erotettuja värialueita.

“Uskomme löytäneemme tyylikkään mekanismin, jonka avulla nämä pääjalkaiset voivat määrittää ympäristönsä värin, vaikka niiden verkkokalvolla on vain yksi näköpigmentti”, hän sanoo. “Tämä on täysin erilainen järjestelmä kuin moniväriset näköpigmentit, jotka ovat yleisiä ihmisillä ja monilla muilla eläimillä. Toivomme, että tämä tutkimus kannustaa pääjalkaisten yhteisöjä tekemään lisää käyttäytymiskokeita.”

UC Berkeleyn selkärankaisten eläintieteen museo, Alexander Stubbsin Graduate Research Fellow Program -apuraha ja Harvardin yliopisto tukivat työtä.