En studie av 214 arter av landlevande djur i tidskriften Science Advances visar att ett djurs ekologiska nisch är en stark förutsägelse för pupillernas form.
Studien tyder på att pupillerna kan avslöja om man är jägare eller jagad. Image credit: Tambako the Jaguar / CC BY-ND 2.0.
Arter med pupiller som är vertikala slitsar har större sannolikhet att vara rovdjur som är aktiva både dag och natt.
Det är däremot mycket troligt att de som har horisontellt långsträckta pupiller är växtätare med ögon på sidorna av huvudet.
Cirkelformade pupiller kopplades samman med aktiva foragers, dvs. djur som jagar sitt byte.
För att förklara varför horisontellt förlängda pupiller, med få undantag, motsvarade betande bytesdjur som får, hjortar och hästar, vände sig studiens författare – professor Martin Banks från University of California, Berkeley, och medförfattare – till datormodeller för att studera effekterna av olika pupillformer.
Forskarna fann att de horisontella pupillerna utvidgade det effektiva synfältet. När pupillerna sträcks horisontellt är de i linje med marken och får in mer ljus framifrån, bakifrån och från sidorna.
Orienteringen bidrar också till att begränsa mängden bländande ljus från solen ovanför så att djuret kan se marken bättre.
“Det första viktiga visuella kravet för dessa djur är att de ska kunna upptäcka rovdjur som närmar sig, som vanligtvis kommer från marken, så de behöver se panorama på marken med minimala blinda fläckar. Det andra kritiska kravet är att när de väl upptäcker ett rovdjur måste de se var de springer. De måste se tillräckligt bra ur ögonvrån för att kunna springa snabbt och hoppa över saker”, förklarar professor Banks.
Men vad händer med denna orientering när djuret sänker huvudet för att beta? Om pupillen följer huvudets lutning skulle den bli mer vertikal.
“För att kontrollera detta tillbringade jag timmar på Oakland Zoo, ofta omgiven av skolungdomar på utflykter, för att observera de olika djuren. När getter, antiloper och andra betande bytesdjur sänkte huvudet för att äta roterade deras ögon för att bibehålla pupillernas horisontella linje med marken”, säger professor Banks.
“Betande djurs ögon kan rotera 50 grader eller mer i varje öga, vilket är tio gånger mer än mänskliga ögon.”
För rovdjur i bakhåll som har pupiller med vertikal spalt, noterade forskarna vikten av att noggrant mäta det avstånd som djuren behöver för att kasta sig över sitt byte.
De identifierade tre signaler som i allmänhet används för att mäta avståndet: stereopsis, rörelseparallax, där närmre objekt rör sig längre och snabbare över vårt synfält, och oskärpa, där objekt på olika avstånd är oskarpa.
De uteslöt rörelseparallax som en faktor eftersom det skulle kräva en huvudrörelse som skulle kunna avslöja rovdjurets position.
“De återstående två signalerna, binokulär disparitet och oskärpa, fungerar tillsammans med vertikalt förlängda pupiller och framåtvända ögon”, säger forskarna.
“Den binokulära synen fungerar bättre för att bedöma skillnader när konturerna är vertikala och objekten befinner sig på avstånd, medan oskärpa kommer in i bilden för horisontella konturer och mål i närområdet. Vertikala slitsade pupiller maximerar båda signalerna.”
Vertikala pupiller är dock inte jämnt fördelade bland rovdjur i bakhåll.
“En överraskande sak som vi noterade i den här studien är att de slitsade pupillerna var kopplade till rovdjur som befann sig nära marken. Så tamkatter har vertikala slitsar, men större katter, som tigrar och lejon, har inte det. Deras pupiller är runda, som hos människor och hundar”, säger medförfattaren till studien, dr William Sprague från University of California, Berkeley.
Av de 65 frontalögda rovdjuren i studien hade 44 vertikala pupiller, och 82 procent av dem hade en axelhöjd som var mindre än 16.5 tum (42 cm).
Vertikala pupiller verkar maximera små djurs förmåga att bedöma avståndet till byten.
Teamet förklarade detta genom att beräkna att signaler om skärpedjup baserade på oskärpa är effektivare för att uppskatta avstånd för korta djur än för långa.