Jsme omezeni svými vlastními nápady. K vnímání reality dochází díky funkci různých orgánů a jen málokdo chápe, že jde o dosti omezené vidění. Možná vidíme velmi matnou verzi skutečné reality, protože naše smysly jsou nedokonalé. Ve skutečnosti nemůžeme vidět svět očima jiných forem života. Ale díky vědě se můžeme přiblížit. Studiem můžete zjistit, jak jsou stavěny oči jiných zvířat a jak fungují. Například srovnání s naším zrakem, určení počtu čípků a tyčinek nebo tvaru jejich očí či zorniček. A to nás alespoň nějak přiblíží onomu světu, který jsme neidentifikovali.
Obsah
- Jak vidí ptáci?
- Jak vidí hmyz
- Jak psi vidí
- Jak vidí kočky
- Jak vidí hadi?
- Jak vidí korýši?
- Jak vidí opice?
- Jak vidí koně a zebry
- Jak vidí ryby?
Jak vidí ptáci?
Ptáci mají čtyři typy čípků, neboli takzvané světlocitlivé receptory, zatímco lidé pouze tři. A zorné pole dosahuje až 360%, ve srovnání s osobou je to 168%. To umožňuje ptákům vizualizovat svět ze zcela jiné perspektivy a mnohem bohatší než vnímání lidského zraku. Většina ptáků také vidí v ultrafialovém spektru. Potřeba takového vidění vzniká, když dostanou jídlo. Bobule a další ovoce mají voskový povlak, který odráží ultrafialovou barvu, díky čemuž vynikají proti zelenému listí. Některý hmyz také odráží ultrafialové světlo, což dává ptákům výraznou výhodu.
Vlevo je, jak pták vidí náš svět, vpravo je člověk.
Jak vidí hmyz
Hmyz má složitou strukturu oka, sestávající z tisíců čoček, tvořících povrch podobný fotbalovému míči; ve kterém každá čočka je jeden „pixel“. Stejně jako my má hmyz tři receptory citlivé na světlo. Každý hmyz má odlišné vnímání barev. Například někteří z nich, motýli a včely, mohou vidět v ultrafialovém spektru, kde se vlnová délka světla pohybuje mezi 700 hm a 1 mm. Schopnost vidět ultrafialové barvy umožňuje včelám vidět vzory na okvětních lístcích, které je vedou k pylu. Červená je jediná barva, kterou včely nevnímají jako barvu. Čistě červené květy se proto v přírodě vyskytují jen zřídka. Dalším úžasným faktem je, že včela nemůže zavřít oči, a proto spí s otevřenýma očima.
Vlevo je to, jak včela vidí náš svět, vpravo je člověk. Věděl jsi? Kudlanky a vážky mají největší počet čoček a toto číslo dosahuje 30 000.
Jak psi vidí
Spoléhat se na zastaralá data, mnozí stále věří, že psi vidí svět černobíle, ale to je mylný názor. Nedávno vědci zjistili, že psi mají barevné vidění, stejně jako lidé, ale je to jiné. V sítnici je ve srovnání s lidským okem méně čípků. Jsou zodpovědné za vnímání barev. Charakteristickým rysem vidění je absence čípků, které rozpoznávají červenou barvu, takže nemohou rozlišovat odstíny mezi žlutozelenou a oranžově červenou barvou. Je to podobné jako barevná slepota u lidí. Díky většímu počtu prutů vidí psi ve tmě pětkrát lépe než my. Dalším rysem zraku je schopnost určit vzdálenost, což jim velmi pomáhá při lovu. Ale na blízko vidí rozmazaně, potřebují vzdálenost 40 cm, aby viděli předmět.
Srovnání toho, jak vidí pes a člověk.
Jak vidí kočky
Kočky se nemohou soustředit na malé detaily, takže vidí svět trochu rozmazaně. Je pro ně mnohem snazší vnímat předmět v pohybu. Ale názor, že kočky jsou schopny vidět v absolutní tmě, vědecký výzkum nepotvrdil, ačkoli ve tmě vidí mnohem lépe než ve dne. Přítomnost třetího víčka u koček pomáhá při lovu křovím a trávou, smáčí povrch a chrání ho před prachem a poškozením. Zblízka to vidíte, když kočka napůl dřímá a film vykukuje napůl zavřenýma očima. Dalším rysem kočičího vidění je schopnost rozlišovat barvy. Například hlavní barvy jsou modrá, zelená, šedá, ale bílou a žlutou lze zaměnit.
Jak vidí hadi?
Zraková ostrost, stejně jako jiná zvířata, hadi nesvítí, protože jejich oči jsou pokryty tenkým filmem, díky kterému je viditelnost zakalená. Když had svlékne kůži, film se stáhne spolu s ním, díky čemuž je vidění hada v tomto období obzvláště jasné a ostré. Tvar zornice hada se může měnit v závislosti na způsobu lovu. Například u nočních hadů je vertikální, zatímco u denních je kulatá. Bičáci mají nejneobvyklejší oči. Jejich oči trochu připomínají klíčovou dírku. Kvůli této neobvyklé struktuře očí had dovedně používá své binokulární vidění – to znamená, že každé oko tvoří úplný obraz světa. Hadí oči mohou vnímat infračervené záření. Je pravda, že „vidí“ tepelné záření nikoli očima, ale speciálními orgány citlivými na teplo.
Jak vidí korýši?
Krevety a krabi, kteří mají také složené oči, mají vlastnost, která není zcela pochopena – vidí velmi malé detaily. Tito. jejich vidění je dosti drsné a na vzdálenost větší než 20 cm je pro ně obtížné něco vidět, pohyb však rozeznávají velmi dobře.
Není známo, proč krab kudlanka potřebuje vidění lepší než ostatní korýši, ale takto se vyvinul v procesu evoluce. Předpokládá se, že nejsložitější vnímání barev mají kudlanky raky – mají 12 typů zrakových receptorů (člověk má pouze 3). Tyto zrakové receptory jsou umístěny na 6 řadách různých ommatidiových receptorů. Umožňují rakovině vnímat kruhově polarizované světlo a také hyperspektrální barvu.
Jak vidí opice?
Lidoopi mají trichromatické barevné vidění. Duruculi, kteří vedou noční život, mají jednobarevný – s tím je lepší navigovat ve tmě. Vize opic je dána jejich životním stylem a stravou. Opice podle barvy rozlišují jedlé a nejedlé, rozpoznávají stupeň zralosti plodů a bobulí a vyhýbají se jedovatým rostlinám.
Jak vidí koně a zebry
Koně jsou velká zvířata, takže potřebují široký záběr. Mají výborné periferní vidění, které jim umožňuje vidět téměř vše kolem sebe. To je důvod, proč jejich oči směřují do stran, a ne přímo jako lidé. To ale také znamená, že mají před nosem slepé místo. A vždy vše vidí ve dvou částech. Zebry a koně vidí v noci lépe než lidé, ale vidí většinou v odstínech šedé.
Jak vidí ryby?
Každý druh ryby vidí jinak. Například žraloci. Zdá se, že žraločí oko je velmi podobné lidskému, ale působí úplně jinak. Žraloci jsou barvoslepí. Žralok má za sítnicí další reflexní vrstvu, která mu dodává neuvěřitelnou zrakovou ostrost. Žralok vidí v čisté vodě 10x lépe než člověk.
Když mluvíme obecně o rybách. Ryby v zásadě nejsou schopny vidět dále než 12 metrů. Začnou rozlišovat předměty ve vzdálenosti dvou metrů od nich. Ryby nemají víčka, ale přesto jsou chráněny speciální fólií. Dalším rysem vidění je schopnost vidět za vodu. Proto se rybářům nedoporučuje nosit světlé oblečení, které je může vyděsit.
Dolíčky umístěné v blízkosti hadích očí jsou orgány citlivé na tepelné záření. Díky velkému průměru vstupního otvoru se „tepelný snímek“ na membráně ukazuje jako extrémně rozmazaný, ale had z něj dokáže rekonstruovat poměrně ostrý obraz okolního světa (obrázek z článku Phys. Rev. Lett., 97, 068105)
Orgány, které hadům umožňují „vidět“ tepelné záření, poskytují extrémně rozmazaný obraz. Přesto si had ve svém mozku vytváří jasný tepelný obraz okolního světa. Němečtí vědci přišli na to, jak to může být.
Některé druhy hadů mají jedinečnou schopnost zachytit tepelné záření, což jim umožňuje „vidět“ svět kolem sebe v naprosté tmě. Je pravda, že „vidí“ tepelné záření nikoli očima, ale speciálními orgány citlivými na teplo (viz obrázek).
Struktura takového orgánu je velmi jednoduchá. Vedle každého oka je otvor o průměru asi milimetru, který vede do malé dutiny přibližně stejné velikosti. Na stěnách dutiny je membrána obsahující matrici termoreceptorových buněk o rozměrech přibližně 40 x 40 buněk. Na rozdíl od tyčinek a čípků sítnice nereagují tyto buňky na „jas světla“ tepelných paprsků, ale na místní teplota membrány.
Tyto varhany fungují jako camera obscura, prototyp kamer. Malý teplokrevný živočich na studeném pozadí vyzařuje „tepelné paprsky“ ve všech směrech – vzdálené infračervené záření o vlnové délce přibližně 10 mikronů. Tyto paprsky procházející otvorem lokálně ohřívají membránu a vytvářejí „tepelný obraz“. Díky nejvyšší citlivosti receptorových buněk (jsou detekovány teplotní rozdíly v tisícinách stupně Celsia!) a dobrému úhlovému rozlišení si had může všimnout myši v absolutní tmě z docela velké vzdálenosti.
Z fyzikálního hlediska je záhadou právě dobré úhlové rozlišení. Příroda tento orgán optimalizovala tak, aby lépe „viděl“ i slabé zdroje tepla, tedy jednoduše zvětšila velikost vstupu – otvoru. Ale čím větší je clona, tím je obraz rozmazanější (mluvíme, zdůrazňujeme, o nejobyčejnější díře, bez jakýchkoli čoček). V situaci hada, kdy jsou clona a hloubka fotoaparátu přibližně stejné, je obraz tak rozmazaný, že z něj nelze vydolovat nic jiného než „někde poblíž je teplokrevné zvíře“. Pokusy s hady však ukazují, že dokážou určit směr bodového zdroje tepla s přesností asi 5 stupňů! Jak se hadům podaří dosáhnout tak vysokého prostorového rozlišení s tak hroznou kvalitou „infračervené optiky“?
Protože skutečný „tepelný obraz“, říkají autoři, je velmi rozmazaný a „prostorový obraz“, který vzniká v mozku zvířete, je zcela jasný, znamená to, že na cestě od receptorů k mozek, který jakoby upravuje ostrost obrazu. Tento aparát by neměl být příliš složitý, jinak by had velmi dlouho „přemýšlel“ nad každým přijatým obrazem a reagoval by na podněty se zpožděním. Navíc podle autorů toto zařízení téměř nepoužívá vícestupňová iterativní mapování, ale je spíše jakýmsi rychlým jednokrokovým převodníkem, který pracuje podle programu trvale napevno zapojeného do nervového systému.
Vědci ve své práci dokázali, že takový postup je možný a vcelku reálný. Provedli matematické modelování toho, jak se „tepelný obraz“ vyskytuje, a vyvinuli optimální algoritmus pro opakované zlepšování jeho jasnosti a nazvali jej „virtuální čočka“.
Navzdory velkému jménu, přístup, který použili, samozřejmě není něco zásadně nového, ale jen druh dekonvoluce – obnovení obrazu zkaženého nedokonalostí detektoru. Toto je opak rozmazání obrazu a je široce používán v počítačovém zpracování obrazu.
V analýze však byla důležitá nuance: zákon dekonvoluce nebylo třeba hádat, bylo možné jej vypočítat na základě geometrie citlivé dutiny. Jinými slovy, bylo předem známo, jaký konkrétní obraz vytvoří bodový zdroj světla v jakémkoli směru. Díky tomu bylo možné s velmi dobrou přesností obnovit zcela rozmazaný obraz (běžné grafické editory se standardním dekonvolučním zákonem by tento úkol nezvládly ani zdaleka). Autoři také navrhli konkrétní neurofyziologické provedení této transformace.
Zda tato práce řekla nějaké nové slovo v teorii zpracování obrazu, je diskutabilní. Určitě to však vedlo k neočekávaným zjištěním ohledně neurofyziologie „infračerveného vidění“ u hadů. Lokální mechanismus „obyčejného“ vidění (každý zrakový neuron bere informace ze své vlastní malé oblasti na sítnici) se zdá tak přirozený, že je těžké si představit něco úplně jiného. Ale pokud hadi skutečně používají popsanou dekonvoluční proceduru, pak každý neuron, který přispívá k celkovému obrazu okolního světa v mozku, nepřijímá data vůbec z bodu, ale z celého kruhu receptorů probíhajících přes celou membránu. Lze se jen divit, jak se přírodě podařilo zkonstruovat takové „nelokální vidění“, které kompenzuje vady infračervené optiky netriviálními matematickými transformacemi signálu.
