A biológusok évtizedek óta töprengenek a polipok látásának paradoxonán. Annak ellenére, hogy bőrük ragyogóan színes, és képesek gyorsan változtatni a színüket, hogy beleolvadjanak a háttérbe, a fejlábúaknak, például a polipoknak és a tintahalaknak csak egyféle fényreceptorral rendelkező szemük van – ami lényegében azt jelenti, hogy csak feketét és fehéret látnak.

Miért kockáztatná meg egy hím, hogy párzási tánc közben felvillantsa élénk színeit, ha a nőstény nem is látja őt – de egy közeli hal igen, és gyorsan elnyeli őt? És hogyan tudnák ezek az állatok álcázásként bőrük színét a környezetükhöz igazítani, ha valójában nem látják a színeket?

Egy új tanulmány szerint a fejlábúak valóban képesek színeket látni – csak másképp, mint bármely más állat.

A titkuk? Egy szokatlan pupilla – U-alakú, W-alakú vagy gombóc alakú -, amely lehetővé teszi, hogy a fény több irányból is bejusson a szembe a lencsén keresztül, nem pedig csak egyenesen a retinába.

Kromatikus aberráció

Az embereknek és más emlősöknek kerek pupillájuk van, amely tűszúrásnyira összehúzódik, hogy élesen lássunk, és minden színt ugyanarra a pontra fókuszáljunk. De mint mindenki tudja, aki járt már szemorvosnál, a kitágult pupillák nemcsak mindent homályossá tesznek, hanem színes sávokat is létrehoznak a tárgyak körül – ezt nevezik kromatikus aberrációnak.

“Idegen” genom feltárja a polipok titkait

Ez azért van, mert a szem átlátszó lencséje – amely az embernél megváltoztatja alakját, hogy a fényt a retinára fókuszálja – prizmaként működik, és a fehér fényt az alkotó színeire bontja. Minél nagyobb a pupilla területe, amelyen keresztül a fény bejut, annál jobban szétszóródnak a színek. Minél kisebb a pupillánk, annál kisebb a kromatikus aberráció. A fényképezőgépek és távcsövek lencséi hasonlóan szenvednek a kromatikus aberrációtól, ezért a fotósok azért állítják le az objektíveket, hogy a lehető legélesebb képet kapják a legkevesebb színeltéréssel.

A fejlábúak azonban olyan széles pupillákat fejlesztettek ki, amelyek kiemelik a kromatikus aberrációt, és talán képesek a színek megítélésére azáltal, hogy bizonyos hullámhosszakat a retinán fókuszba állítanak, hasonlóan ahhoz, ahogy az állatok, például a kaméleonok a távolságot a relatív fókusz segítségével ítélik meg. Ezeket a hullámhosszakat a szemgolyójuk mélységének megváltoztatásával, a lencse és a retina közötti távolság megváltoztatásával, valamint a pupilla mozgatásával fókuszálják, így változtatva annak tengelyen kívüli helyzetét és ezáltal a kromatikus elmosódás mértékét.

“Azt javasoljuk, hogy ezek az élőlények az állati szemekben mindenütt jelen lévő képromlás forrását használhatják ki, a hibát tulajdonsággá változtatva” – mondja Alexander Stubbs, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem végzős hallgatója. “Míg a legtöbb élőlény módot fejleszt arra, hogy minimalizálja ezt a hatást, addig a polipok és tintahal és tintahal rokonaik U alakú pupillái valójában maximalizálják ezt a látórendszerükben lévő tökéletlenséget, miközben minimalizálják a képhiba egyéb forrásait, elmosódva a világ látását, de színfüggő módon, és megnyitva számukra a lehetőséget a színinformáció megszerzésére.”

Hogyan működnek az U alakú pupillák

Stubbs azután jutott arra az ötletre, hogy a fejlábúak a kromatikus aberrációt használhatják a színlátáshoz, miután ultraibolya fénnyel megjelenítő gyíkokat fényképezett, és észrevette, hogy az UV kamerák kromatikus aberrációtól szenvednek. Édesapjával, Christopher Stubbs-szal, a Harvard Egyetem fizika- és csillagászprofesszorával összefogva számítógépes szimulációt dolgoztak ki annak modellezésére, hogy a fejlábúak szeme hogyan használhatja ezt a színérzékelésre. Eredményeik a Proceedings of the National Academy of Sciences című folyóiratban jelentek meg.

Arra a következtetésre jutottak, hogy a tintahalak és a tintahalakéhoz hasonló U alakú pupilla lehetővé tenné az állatok számára, hogy a színt az alapján határozzák meg, hogy az a retinájukra fókuszál-e vagy sem. Sok polip gomolygó alakú pupillája hasonlóan működik, mivel U alakban tekeredik a szemgolyó köré, és hasonló hatást kelt, amikor lefelé néz. Ez lehet az alapja még a delfinek színlátásának is, amelyeknek U alakú pupillájuk van, amikor összehúzódnak, valamint az ugrópókoké.

“A látásuk homályos, de az elmosódottság a színtől függ” – mondja Stubbs. “Viszonylag rosszul oldanák fel a fehér tárgyakat, amelyek a fény minden hullámhosszát visszaverik. De viszonylag pontosan tudnának fókuszálni a tisztább színű tárgyakra, például a sárga vagy kék színűekre, amelyek gyakoriak a korallzátonyokon, sziklákon és algákon. Úgy tűnik, borsos árat fizetnek a pupillaformájukért, de lehet, hogy hajlandóak a csökkent látásélességgel együtt élni a kromatikusan függő homályosság fenntartása érdekében, és ez lehetővé teheti a színes látást ezekben az élőlényekben.”

“Kiterjedt számítógépes modellezést végeztünk ezen állatok optikai rendszeréről, és meglepett, hogy milyen erősen függ a képkontraszt a színtől” – mondja Christopher Stubbs. “Kár lenne, ha a természet ezt nem használná ki.”

Nem elég kontrasztos

Alexander Stubbs átfogóan áttekintette a fejlábúak színlátásáról szóló 60 éves tanulmányokat, és felfedezte, hogy míg egyes biológusok a színek megkülönböztetésének képességéről számoltak be, mások ennek ellenkezőjéről.

A polipok bőre szem nélkül is érzékeli a fényt

A negatív tanulmányok azonban gyakran azt vizsgálták, hogy az állatok képesek-e egyszínű színeket vagy két azonos fényerejű szín közötti éleket látni, ami az ilyen típusú szem számára nehéz, mert – akárcsak egy fényképezőgép esetében – nehéz egy egyszínű, kontraszt nélküli színre fókuszálni. A fejlábúak a legjobbak a sötét és világos színek közötti szélek megkülönböztetésében, és valójában a megjelenítési mintáik jellemzően fekete sávokkal elválasztott színtartományok.”

“Úgy gondoljuk, hogy találtunk egy elegáns mechanizmust, amely lehetővé teheti, hogy ezek a fejlábúak meghatározzák a környezetük színét, annak ellenére, hogy egyetlen vizuális pigment van a retinájukban” – mondja. “Ez egy teljesen más rendszer, mint az embereknél és sok más állatnál elterjedt többszínű vizuális pigmentek. Reméljük, hogy ez a tanulmány további viselkedési kísérletekre ösztönzi majd a fejlábúak közösségét.”

A munkát a Berkeley Egyetem gerinces zoológiai múzeuma, az Alexander Stubbsnak nyújtott Graduate Research Fellow Program ösztöndíj és a Harvard Egyetem támogatta.