Wie sehen Tiere im Dunkeln?

In einer mondlosen Nacht können Lichtniveaus mehr als 100m mal sein dunkler als bei hellem Tageslicht. Doch während wir im Dunkeln fast blind und ziemlich hilflos sind, jagen Katzen Beute, und Motten fliegen geschickt zwischen Blumen auf unseren Balkonen.

Während wir schlafen, verlassen sich Millionen anderer Tiere auf ihr visuelles System, um zu überleben. Dasselbe gilt für Tiere, die die ewige Dunkelheit der Tiefsee bewohnen. In der Tat ist die überwiegende Mehrheit der Tiere der Welt in erster Linie in schwachem Licht aktiv. Wie ist ihre beeindruckende visuelle Leistung möglich, besonders bei Insekten, mit winzigen Augen und Gehirnen, die kleiner als die Größe eines Reiskorns sind? Welche optischen und neuronalen Strategien haben sie entwickelt, damit sie im Dunkeln so gut sehen können?

Um diese Fragen zu beantworten, haben wir unsere Aufmerksamkeit auf nachtaktive Insekten gerichtet. Trotz ihrer winzigen visuellen Systeme sehen sich nachtaktive Insekten im Dunkeln erstaunlich gut. In den letzten Jahren haben wir entdeckt, dass nachtaktive Insekten Hindernisse vermeiden und fixieren können während des Fluges, Farben unterscheiden, schwache Bewegungen erkennen, lernen visuelle Orientierungspunkte und Verwenden Sie sie zum Referenzieren. Sie können sich sogar anhand des schwachen Polarisationsmusters orientieren produziert vom Mondund navigiere mit den Konstellationen von Sterne im Himmel.

In vielen Fällen scheint diese visuelle Leistung fast zu widersprechen, was physikalisch möglich ist. Zum Beispiel, die nächtliche mittelamerikanische Schweißbiene, Megalopta genalis, absorbiert nur fünf Photonen (Lichtteilchen) in seine winzigen Augen, wenn das Lichtniveau am niedrigsten ist - a verschwindend kleines optisches Signal. Und doch, mitten in der Nacht, kann er den dichten und verworrenen Regenwald auf einer Nahrungssuche durchqueren und sicher zu seinem Nest zurückkehren - ein unauffälliger ausgehöhlter Stock, der im Waldunterholz aufgehängt ist.

Um herauszufinden, wie diese Art von Leistung möglich ist, haben wir kürzlich begonnen, Nachtschwärmer zu untersuchen. Diese schönen Insekten - die Kolibris der wirbellosen Welt - sind schnittige, schnell fliegende Motten, die ständig nach nektarbeladenen Blumen Ausschau halten. Sobald eine Blume gefunden ist, schwebt die Motte davor und saugt den Nektar mit seinem Saugrüssel, einer mundartigen Röhre, heraus.

Der nachtaktive europäische Elefantenschwärmer Deilephila elpenor, ist eine wunderschöne Kreatur, die in gefiederten rosa und grünen Schuppen getarnt ist und all ihren Nektar sammelt, der sich in der Nacht sammelt. Vor einigen Jahren entdeckten wir, dass diese Nachtfalter Farbe, das erste nachtaktive Tier, unterscheiden können bekannt, dies zu tun.

Aber dieser Nachtfalter hat vor kurzem ein anderes seiner Geheimnisse enthüllt: die neuralen Tricks, mit denen er in extrem schwachem Licht gut sehen kann. Diese Tricks werden sicherlich auch von anderen nachtaktiven Insekten verwendet Megalopta. Durch das Studium der Physiologie neuronaler Schaltkreise in den visuellen Zentren des Gehirns haben wir herausgefunden, dass Deilephila kann bei schwachem Licht zuverlässig sehen, indem sie die von verschiedenen Punkten gesammelten Photonen effektiv zusammenfügt in Raum und Zeit.

Für die Zeit ist dies ein wenig wie die Verschlusszeit einer Kamera bei schwachem Licht zu erhöhen. Indem der Verschluss länger geöffnet bleibt, erreicht mehr Licht den Bildsensor und es entsteht ein helleres Bild. Der Nachteil ist, dass alles, was sich schnell bewegt - wie ein vorbeifahrendes Auto - nicht gelöst wird und das Insekt es nicht sehen kann.

Neurale Summation

Um Photonen im Raum zusammenzufügen, können die einzelnen Pixel des Bildsensors zusammengelegt werden, um weniger, aber größere (und damit lichtempfindlichere) "Superpixel" zu erzeugen. Der Nachteil dieser Strategie ist, dass das Bild zwar heller, aber auch verschwommener wird und feinere räumliche Details verschwinden. Aber für ein nächtliches Tier, das sich anstrengen muss, um im Dunkeln zu sehen, ist die Fähigkeit, eine hellere Welt zu sehen, die gröber und langsamer ist, wahrscheinlich besser als nichts zu sehen (was die einzige Alternative wäre).


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Unsere physiologische Arbeit hat gezeigt, dass diese neurale Summation von Photonen in Zeit und Raum ungemein vorteilhaft für die Nacht ist Deilephila. Bei allen nächtlichen Lichtintensitäten, von der Abenddämmerung bis zum Sternenlicht, steigt die Summation wesentlich an DeilephilaFähigkeit, bei schwachem Licht gut zu sehen. In der Tat, dank dieser neuralen Mechanismen, Deilephila kann bei Lichtintensitäten um 100 mal dunkler dimmen, als es sonst möglich wäre. Die Vorteile der Summierung sind so groß, dass andere nachtaktive Insekten, wie Megalopta, sehr wahrscheinlich darauf verlassen, um auch im gedämpften Licht gut zu sehen.

Die Welt, die von nachtaktiven Insekten gesehen wird, ist vielleicht nicht so scharf oder so gut gelöst wie die ihrer tagaktiven Verwandten. Die Summenbildung stellt jedoch sicher, dass sie hell genug ist, um potentielle Partner zu erkennen und abzufangen, Beute zu verfolgen und zu fangen, zu und von einem Nest zu navigieren und während des Fluges Hindernisse zu überwinden. Ohne diese Fähigkeit wäre es genauso blind wie der Rest von uns.

Über den Autor

Eric Warrant, Professor für Zoologie, Lund University

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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