Co vidí ptáci Evoluce vybavila ptáky soustavou barevného vidění, které převyšuje vidění všech savců včetně lidí.
60
SCIENTIFIC AMERICAN
J U LY 2 0 0 6
Timothy H. Goldsmith
My lidé obvykle
M A R T I N H A R V E Y Pe t e r A rn o l d , I n c .
předpokládáme, že naše zraková soustava je v evolučním žebříčku na samém vrcholu. Ta nám umožňuje uvědomovat si prostor trojrozměrně, registrovat předměty na určitou vzdálenost a bezpečně se orientovat v prostoru. Skvěle nám umožňuje rozlišovat další jednotlivce a zaznamenávat jejich emoce pouhým pohledem do jejich obličeje.Ve skutečnosti jsme takoví vizuální živočichové, protože máme potíže představit si smyslový svět tvorů, jejichž schopnosti sahají do dalších oblastí, napřík lad netopýra lovícího v noci, který je schopen vyhledávat malý hmyz pouhým poslechem ozvěn svého vlastního pronikavého pískání.
AFRICKÝ ZOBOROŽEC (Bucorvus leadbeateri), stejně jako všichni ptáci vidí svět v mnohem pestřejší barevné škále, kterou si dokážeme jen stěží představit. Ptáci mají tuto schopnost, protože si v očích ponechali barvy zpracovávající čípky (kónické buňky), které savci ztratili již před miliony let. S C I E N T I F I C A M E R I CAN ČESKÉ VYDÁNÍ
61
Barevné vidění lidí
Pigment 424
Pigment 530 Pigment 560
Relativní pravděpodobnost absorpce
Lidé a někteří další primáti vidí barvy prostřednictvím tří typů čípků v oční sítnici. Každý tento typ obsahuje odlišný pigment, který je citlivý na daný rozsah vlnových délek světla. Tyto tři typy buněk jsou maximálně citlivé na vlnové délky přibližně 560, 530 a 424 nanometrů. Dvě slabé vertikální čáry v grafu vznikají z vlnových délek, které jsou rovnoměrně pohlcované pigmentem 560. Přestože fotony z paprsků s vlnovou délkou 500 nanometrů (zelenomodrá) mají více energie než fotony z paprsků s vlnovou délkou 610 nanometrů (oranžová), obojí způsobují stejnou reakci pigmentu a způsobují tedy stejné podráždění kónické buňky. Jeden čípek proto nemůže mozku odhalit vlnovou délku absorbovaného světla. K odlišení jedné vlnové délky od druhé musí mozek porovnat signály buněk s různými zrakovými pigmenty.
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 400
450
500
550
600
650
Vlnová délka (nanometry) a přená šejí je na tmav ší místa nebo na místa osvět lená svět lem s větší vlnovou dél kou. Od počátk u dvacátého stolet í pa k r a kou sk ý př í rodov ě dec K a rl von Fr isc h se s v ý m i s t u d e nt y (a j e jic h s t u d e nt y) dok á z a l , ž e v č e l y a mravenci nevidí pouze UV-světlo jako zřetelnou bar v u, a le v y užívají U V-zá ření jako součást astrokompasu. Zjištění, ž e velké množ st v í dr uhů hmyzu vnímá U V-zá ření, vedlo k myšlence, ž e tato spektrá lní oblast posk y t uje osobn í smy slové k a ná ly, k teré v y u ž ív ají pta č í predátoři. Nic však nemohlo bý t dá le od pravdy. Posledních 35 let práce prokázalo, že ptáci, ještěři, želv y a mnoho dr uhů r yb má ve své sítnici U V-receptor y. Proč jsou tedy savci ta k od l išní? Co způsobi lo, ž e jejich ba rev né vnímání je ochuzeno? Hledání odpovědí odha lilo fascinující evoluční pří běh a vedlo k nov ým pohledům do mimořádně bohatého v izuá lního světa ptáků.
ZÁKLADNÍ POJMY
Jak se vyvíjelo barevné vidění
Barevné vidění obratlovců závisí na čípcích v sítnici. Ukázalo se, že ptáci, ještěři, želvy a mnoho druhů ryb má čtyři typy čípků, zatímco většina savců má pouze dva typy. n Předchůdci savců měli všechny typy sítnicových čípků, ale během jejich vývoje, kdy žili převážně v noci a barevné vidění tedy nebylo zásadní k jejich přežití, prvotní savci dva typy ztratili. n Předchůdci ze skupiny starověkých primátů regenerovali třetí typ buněk prostřednictvím mutace jedné z existujících buněk. n Většina savců má však stále jen dva typy sítnicových čípků, což způsobuje, že barevné vidění savců, včetně lidí, je zřetelně omezeno v porovnání s vizuálním světem ptáků.
Tato zjištění nejlépe pochopíte, pokud se nejpr ve doz v íte některá zák ladní fakta ohledně způsobu v nímání barev jednot liv ý mi organismy. Za pr vé, v y řadíme obv yk lé myl né představ y. Je pravdou, ja k se většina dět í uč í ve škole, ž e předmět y absorbují některé vlnové délk y světla a odráž ejí zby tek , a ž e bar v y, které v nímáme na předmětech, souv isejí s vlnov ý mi délk ami odráž eného světl a . B a r v a v e s k ut e č n o s t i n e n í v l a s t n o s t í s v ě t l a n e b o předmět u, kter ý svět lo odráží. Je to v jem, kter ý vznik á v mozku. Barevné vidění u obratlovců začíná v sítnicov ých čípcích, v rst vě ner vov ých buněk , které přenášejí v iz uá lní sig ná l do mo zk u. K a ž dá tato kón ic k á bu ň k a obsa huje pigment, kter ý se sk ládá z někter ých va riant proteinov ých opsinů blízce pří buzných v itaminu A. Jak mile pigment absorbuje světlo (nebo přesněji, jak mile absorbuje
n
62
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É VYDÁNÍ
srpen–září 2008
JEN CHRISTIANSEN; ZDROJ: TIMOTHY H. GOLDSMITH
Naše zna losti ohledně barevného v idění jsou docela přirozeně za lož eny na lidském pohledu. Na spolupracujících lidech mohou vědci snadno provádět experiment y, díky kter ým by zjistili, které směsice barev v y padají stejně nebo odlišně. Ačkoliv vědci získali v ysvětlující informace st ud iem mnoha da l šíc h d r u hů z a zna menáv á n í m činnosti ner vov ých buněk, až do počátku sedmdesát ých let dvacátého století jsme nevěděli, že mnoho obratlovců (většinou v y jma savců) v idí bar v y v části spektra, které není v iditelné pro lidi - blízko ultraf ia lového. Odha lení ultraf ia lového v idění a z vědavost v ýznamného Angličana Sira Johna Lubbocka, zahájily st udium hmyzu. Lubbock, přítel a soused Charlese Dar wina, člen parlamentu, bankéř, archeolog a přírodovědec, objevil někdy před rok em 18 82 , ž e m r av enc i p ř i U V-s v ě t le b e rou k u k l y
balíček energie zvaný foton), přidaná energie způsobí, že sítnice změní t var spuštěním řetězce molekulárních rea kcí vedoucích k pod rá ž dění kónické bu ň k y. Toto podráž dění post upně vede k aktivaci sítnicov ých neuronů, jejichž jeden soubor v ysílá impulsy do zrakov ých ner v ů, které převádějí informace o přijatém světle do mozku. Čím je světlo intenzivnější, tím v íce fotonů je absorbová no zra kov ý mi pig ment y a t ím větší je pod rá ž děn í jednotliv ých čípků a objev í se jasnější světlo. Avšak informace přenášená jednotliv ými čípk y je omezena. Tato buňka sama o sobě nedokáže informovat mozek o vlnové délce s vět la , k teré způsobuje její pod rá ž děn í. Něk teré vlnové délk y jsou absorbovány lépe než jiné a jednotlivé zrakové pigment y jsou charakterizovány spektrem, které popisuje, jak se s určitou vlnovou délkou absorpce mění. Zrakov ý pigment dokáž e absorbovat současně dvě vlnové délk y, ale i přes jejich fotony obsahující r ůzné energie je čípek nedokáž e rozlišit, protož e obě způsobují, ž e sítnice změní sv ůj t var, a tak spustí stejný molekulární řetěz ec reakcí vedoucí k podráž dění. Vše, co mů ž e čípek udě l at , je sp o č ít at fotony, k teré absorbuje. Nedok á ž e
rozlišovat jednotlivé vlnové délk y. Proto můž e bý t čípek rovnoměrně podráž děn intenzivním světlem při relativně slabě absorbované vlnové délce a t lumený m svět lem při snadno absorbované vlnové délce. Dů ležit ý m závěrem, ke kterému zde chceme dojít je dů ležit ý fakt: aby mozek v iděl bar v u, musí porovnat reakce dvou nebo v íce t ř íd čípk ů obsa hujících r ůzné zrak ové pig ment y. P ř ítom nost v íce ne ž dvou t y pů č ípk ů v sítnici umožňuje dokonce větší schopnost v idět r ůzné bar v y. Opsiny odlišující jeden čípek od dr uhého posk yt ují k líč ke st udiu evoluce barev ného v idění. Vědci dokáží určit evoluční souv islosti opsinů v r ůzných třídách č íp k ů a p o d l e r ů z n ý c h d r u h ů ž i v o č i c h ů z k o u m á n í m uspořádání báze nuk leotidů (nebo DNA) v genech, které t y to proteiny kódují. Výsledné evoluční stromy prozrazují, že opsiny vznik ly ze starověk ých proteinů, které existova ly již před vznikem hlav ních skupin živočichů, kteří v současnosti obý vají Zemi. Dokáž eme v ysledovat t ř i linie pigment ů v sítnicov ých čípcích obrat lovců pojmenované desk riptiv ně po spektrá lní oblasti, ve které jsou nejcitlivější – d louhé vlnové délk y, st ředně d louhé
JEN CHRISTIANSEN; ZDROJ: TIMOTHY H. GOLDSMITH
PTAČÍ VÝHODA Pomocí rozboru DNA současných druhů byli vědci schopni podívat se do minulosti a určit, jak se čípkové pigmenty během vývoje obratlovců změnily. Tato práce ukazuje, že pravěcí obratlovci měli čtyři typy čípků (barevné trojúhelníky), kde jednotlivé z nich obsahovaly různé pigmenty. Savci během počátku evoluce ztratili dva tyto typy – pravděpodobně proto, že tito živočichové žili nočním životem a čípky nejsou potřeba pro vidění v šeru. Ptáci a většina plazů má naopak čtyři spektrálně odlišné typy sítnicových čípků. Po vymření dinosaurů se začali savci měnit a linie, která dala vzniknout starověkým primátům – africké opice, lidoopi a lidé - regenerovala třetí čípek prostřednictvím duplikace a následné mutace genu pro jeden ze zbývajících pigmentů. Protože se lidé vyvíjeli z této linie primátů, máme na rozdíl od většiny savců tři čípky (místo dvou) a trichromatické barevné vidění – zdokonalené vidění, které se však nemůže vyrovnat mnohem pestřejšímu vizuálnímu světu ptáků.
w w w. S c i A m . c z
dce Předchů ptáků
První ptá
ci
Dnešní p
hůdce Předc ců v a s čný Spoleůdce h c před ovců obratl
igmenty ípkové p Dnešní č absorbovatelné h) (nejlépe y v nanometrec élk vlnové d LIDÉ PTÁCI 424 nm 370 nm 445 nm 530 nm 508 nm 560 nm 565 nm
táci
První
savci
První áti cí prim starově
Dnešn
í lidé
men vý pig čípko ován í t e ř T r gene je zre ednictvím ace ř t s plik o ké du é pr ípkov genetic e. č a v D c nty muta pigmetraceny a z u jso
t
S C I E N T I F I C A M E R I C A N ČESKÉ VYDÁNÍ
63
vlnové délk y, k rátké vlnové délk y a U V. Všechny hlavní sk upiny obrat lovc ů mají v sítnici t yč ink y a ta ké č ípk y. Tyčinky obsahující zrakov ý pigment rhodopsin umožňují v idění za šera. R hodopsin je podobný str ukt urou i absorpčními vlastnostmi čípkov ým pigment ům, které jsou mnohem citlivější na vlnové délky ve středním zrakovém spektr u a z těchto pigment ů se v y v inuly před stamiliony let. Ptáci mají čt y ři spektrá lně odlišné čípkové pigment y získané z kaž dé ze čt y ř evolučních linií. Savci však mají pouze dva čípkové pigment y, jeden ma ximálně citliv ý na U V-světlo a dr uhý citliv ý na dlouhé vlnové délk y. Pravděpodobný m v ysvět lením tohoto nedostatk u je, ž e během poč áte č n í ho v ý voje v d r u hohorác h (před 2 45 – 65 miliony let) byli savci ma lí, nev ý razní a žili v noci. Jak
BARVA ve skutečnosti není vlastností světla nebo předmětu, který světlo odráží. Je to vjem, KTERÝ VZNIKÁ V MOZKU.
se v y v íjely jejich oči pro život v noci, stáva li se v íce záv islí na v ysoce citliv ých t yčinkách a méně záv islí na barev ném v idění. Následně př išli o dva ze čt y ř čípkov ých pigment ů, které měli po sv ých předcích, o pigment y přetr vávající u většiny plazů a ptáků. Vyhynutí dinosaur ů před 65 miliony let představovalo pro savce nové příležitosti pro da lší v ý voj a ti se začali diferencovat. Jedna skupina, do které patřili předchůdci člověka a ostatních současných primát ů, zača la žít ve dne, přesídlila do stromů a zača la se živ it převážně ovocem. Ba r v y k v ě t ů a ovoce se č a sto od r á ž ejí od okol n í z eleně, a le savci pouz e s jedn ím č ípkov ý m pig mentem c it l iv ý m na d lou hé vl nové dél k y nebyl i sc hopn i v idět kontrastní bar v y v zelené, žluté a čer vené oblasti spektra. Řešení pro t y to primát y existova lo v nástrojích evoluce. V buněčném dělení, které probíhalo během t vorby vajíček a spermií, docházelo příležitostně k nerovnoměrné záměně součástí chromosomů a k t vorbě zárodečné buňk y, k terá mě l a c h romosom obsa hujíc í jeden nebo v íce [AUTOR ] TIMOTHY H. GOLDSMITH je bývalým profesorem molekulární, buněčné a vývojové biologie na univerzitě Yale a členem Americké akademie umění a věd. V průběhu padesáti let studoval vidění korýšů, hmyzu a ptáků. Podporoval také zájem o evoluci lidského vědomí a chování a spolupracoval s vědci z institutu Gruter Institute pro výzkum práva a chování. Po více než deset let, předtím než odešel na odpočinek, učil Goldsmith studenty humanitní a sociální vědy a s Williamem Zimmermanem napsal dílo Biology, Evolution and Human Nature.
64
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É VYDÁNÍ
n ic méně v ý sled kem e voluč n í obnov y a post rádá jeden pigment tetrachromatické zrakové soustav y ptáků, mnoha plazů a r yb. Naše genetické dědict v í nás některé znev ýhodňuje také jinak. Oba naše geny pro pigment y vnímání d lou hých vlnov ých délek le ží na chromosomu X . Protož e samci mají pouz e jeden chromosom X , mutace v k terém k ol i v z pi g mentov ý c h g enů mohou z p ů s obit u post i ž eného jed ince sn í ž enou schopnost roz l išová n í mezi čer vený mi a z elený mi odst íny. Sa mice t r pí t ímto problémem mnohem méně, proto ž e pok ud je gen pigment u poškozen na jednom chromosomu X, mohou stále v y t v á ř e t pi g ment p omo c í z d r a v é ho g enu n a ji ném chromosomu X. Čípkové pigment y nejsou jedinými zák ladními pr vky, které ze sítnice během počátku evoluce savců v ymizely. U ptá k ů a plaz ů k a ž dý č ípek obsa huje ba rev né olejové kapénk y, které však savci již v čípcích nemají. Ty to kapénky s v ysokou koncentrací molekul zvaných karotenoid y js ou u m í s t ě ny t a k , a by s v ě t lo pro c h á z e lo sk r z n ě předtím než dosáhne membrány vnějších čípků, kde jsou umístěny zrakové pigment y. Olejové kapénky mají funkci f iltr u, odstiňují k rátké vlnové délk y a zužují absorpční spektr um zrakov ých pigment ů. To snižuje spektrá lní přesah mezi pigment y a z v yšuje počet barev, kterou jsou ptáci v podstatě schopni rozlišovat.
Testování barevného vidění ptáků Přítomnost čt y ř t y pů čípků obsahujících r ůzné zrakové pig ment y z cela u rč itě zna mená , ž e ptác i mají ba rev né v idění. Přesto přímá demonstrace schopnosti v idět barv y v y žaduje experiment y chování, při kter ých ptáci prok az ují, ž e dok á ž ou roz l išovat ba rev né před mět y. Ty to srpen–září 2008
B O R I S R O E S S L E R D PA / C o rb i s
Plameňák
genů nav íc. Pokud následující generace udrží t y to geny navíc, přirozený v ýběr může uchovávat užitečné mutace, které v nich vznik ly. Jak dokáza li Jeremy Nathans a Dav id Hog ness pracující na Sta n fordské univerzitě, něco takového proběhlo v pr ůběhu posledních 40 milionů let ve zra kové soustavě našich předk ů. Nerov noměrná v ýměna DNA v reprodukční buňce a následná mutace genu nav íc na pigment citliv ý na dlouhé vlnové délk y měla za následek v y t voření druhého pigmentu citlivého na dlouhé vlnové dél k y, kter ý se posunu l v cit l ivost i na ma x imu m. Tato l in ie pr imát ů se tedy od l iši la od ostat n íc h savc ů , proto ž e mě l a t ř i č ípkové pig ment y m ísto dvou a trichromatické barevné v idění. I přes v ý razné zdokona lení nás tato soustava nev ybav uje k v intesenčním ba rev ný m v iděním. Naše v idění je
VÝZNAM OLEJOVÝCH KAPÉNEK Účinek filtrování zužuje spektrální citlivost tří ze čtyř čípků ptáků a mění je na delší vlnové délky (graf). Omezením vlnových délek, na které čípky reagují, umožňují kapénky ptákům rozlišovat více barev než by viděli bez kapének. Ozón ve vysoké atmosféře absorbuje vlnové délky kratší než 300 nanometrů, zatímco UV-vidění ptáků vyžaduje vlnové délky blízko UV od 300 do 400 nanometrů.
experiment y musejí také v yloučit jiné podnět y, jako napřík lad jas, kterého by mohli ptáci v y užít. Ačkoliv vědc i n a pt á c íc h prov á d ě l i e x p e r i ment y tohoto t y pu , s e zkouškami úlohy U V-čípků zača li tepr ve v několika posledních deseti letích. Společně se sv ý m d ř ívějším st udentem By ronem K . But lerem jsem se ro z hod l v y u ž ít techniku porov návání ba rev, abychom přezkouma li jak se t y to čt y ři čípk y podílejí na v idění. Abychom pochopili f ungování technik y porovnávání barev, z važme nejpr ve naše vlastní barevné v idění. U lidí žlutá bar va dráž dí oba t y py čípků citliv ých na dlouhé vlnové délk y. K romě toho je možné najít směsici čer veného a zeleného světla, která dráž dí stejné dva čípk y ve stejném rozsahu a tato směsice bude vnímána jako stejná žlutá ( jako v případě čistě žlutého světla). Jinými slov y, dvě f y zick y od l išná s vět la se mohou ba rev ně shodovat (př ip om í ná m, ž e k v n í má n í ba r v y do c h á z í v mo z k u). Naše mozk y rozlišují bar v y ve své oblasti spektra porovnává n ím v ý st upn íc h in for mac í dvou č ípk ů pro d lou hé vlnové délk y. Vybaveni touto zna lost í f y zik á l ních vlastnost í č t y ř čípků a olejov ých kapének jsme byli s Butlerem schopni v y poč ítat, které směsice čer vené a z elené vlnové dél k y mohou ptáci v idět př i stejném odstínu jako určité žluté spektr um. Protož e lidské a ptačí zrakové pigment y nejsou stejné, tato směsice byla od l išná od toho, co jsme mohli předpovídat pro lidi, které jsme požádali, aby provedli porovnání stejných barev. Pokud ptáci reagovali na s v ě t lo ta k , ja k jsme předpov íd a l i, t a kov ý v ý sledek by pot v rd i l na še měřen í zra kov ýc h pig ment ů a olejov ýc h kapének a umožnil by nám pok račovat ve zkoumání, zda w w w. S c i A m . c z
ÚČINEK FILTROVÁNÍ SKRZ KAPÉNKY Pigment 370
Pigment 565
Pigment 508
Pigment 445
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 300
400
500
600
700
Vlnová délka (nanometry)
a ja k jsou č ípk y cit l ivé u lt ra f ia lové zá ření zapojené do barevného v idění. Jako předmět bádání jsme použili austra lskou andulku zvanou papoušek vlnkovaný (Melopsittacus undulatus). Vyc v ičili jsme andulk y, aby si spojova ly jíd lo se žlut ý m světlem. Andulka se posadila na bidýlko, ze kterého v iděla dvě př ibližně t ř i stopy vzdá lená světla. Jedno bylo žluté cv ičné světlo a dr uhé představova lo r ůzné směsice čer veného a z eleného svět la. Během testování andu l k y přilétaly ke světlu, které předpov ídalo jídlo. Kdy ž přiletěly ke ž lutému svět lu, na moment se otev řelo k rmítko a a ndu l k y si moh ly z obnout zr n í. Kdy ž př i letěly k ne-
DŮKAZ O UV-VIDĚNÍ PTÁKŮ Správný výběr (procenta)
T I M O T H Y H . G O L D S M I T H ( m i k ro s k o p i c k ý s n í m e k ) ; J E N C H R I S T I A N S E N ; Z D R O J : T I M O T H Y H . G O L D S M I T H ( i l u s t ra c e )
Relativní pravděpodobnost absorpce
Sítnicové čípky ptáků a mnoha druhů obratlovců si zachovaly několik vlastností ztracených z čípků savců. Z nich jsou pro barevné vidění nejdůležitější olejové kapénky. Čípky ptáků obsahují červené, žluté a téměř bezbarvé a průhledné kapénky. Mikrosnímek sítnice veverky obecné (vlevo) jasně ukazuje žluté a červené kapénky, černé kroužky označují několik bezbarvých kapének. Až na zcela průhledné kapénky se všechny ostatní chovají jako filtr, který odstraňuje světlo krátké vlnové délky.
100 90 80 70 60 50
0
2
4
6
8
Predicted 10
UV ve směsici (procenta) VIDÍ PTÁCI SKUTEČNĚ VLNOVÉ DÉLK Y UV jako zřetelnou barvu?
Autor se svými kolegy v experimentu ukázal, že ano. Vědci vycvičili andulky v rozlišování fialového cvičného světla od světla kombinujícího modré světlo a UV-záření. Když bylo v této směsici pouze 8% UV-záření, shodovalo se s odstínem cvičného světla a ptáci často chybovali. Tam kde autor na základě měření zrakových pigmentů a olejových kapének sítnicových čípků ptáků vypočítal, že se barvy shodují, jejich volba byla náhodná (šipka). S C I E N T I F I C A M E R I C A N ČESKÉ VYDÁNÍ
65
naše trichromatické ba rev né v idění mů ž e představovat trojúhelník, zatímco jejich tetrachromatické barevné vid ě n í v y ž a duj e ro z m ě r n a v íc p ř e d s t a v ujíc í č t y ř s t ě n ný nebo t rojbok ý jeh la n. Prostor nad d nem č t y ř stěnného jeh lanu za hrnuje r ůzné ba r v y, které le ží mimo př ímou lidskou zkušenost. Ja k mohou ptáci v y užívat toto bohatst v í ba rev? U mnoha druhů ptáků mají samci mnohem jasnější bar v y než samice a ta k pod le zjištění cit l ivosti na U V-zá ření
Vědci do sedmdesátých let dvacátého století netušili, že mnoho živočichů vidí barvy BLÍZKO UV-SPEKTRA.
Ara
zelené, kdy se námi v y počítaný podí l shodova l s odstínem žlutého cv ičného světla, byli ptáci zmateni a jejich volba byla nahodilá.
Mimo lidské vnímání naše ex per iment y posk y t ly dů k az , ž e ptáci pro své bare v né v iděn í v y u ž ív ají v š ec h ny č t y ř i t y py sít n icov ýc h čípků. Pro lidi je to však obtížné - a vlastně nemožné zjistit jaké je jejich procento barev. Nejen ž e v idí ultraf ia lové světlo, mohou v idět také bar v y, které si nedokáž eme a n i představ it. Ja ko př i rov ná n í mů ž eme ř íc i, ž e
vědc i h leda l i dů k az , ž e U V-ba r v y nev id itel né pro l id i mohou u ptáků ovliv ňovat volbu partnera. V jednom směr u v ýzkumu st udova l Muir Eaton, tehdy na Univerzitě v Minesotě, 139 druhů ptáků, u kter ých v y pada la jednot l ivá poh lav í pro l idského poz orovatele stejně. Na zák ladě v ý počt ů vlnov ých délek světla odráž ejíc í ho se od peř í usoud i l, ž e ve v íce ne ž 9 0 % těc hto d r u hů v id í oko ptá k a ro z d í ly me z i sa mc i a sa m icem i, které ornitolog nikdy nezaznamená. Ve st udii samců 108 dr uhů austra lsk ých ptáků našla Fra n z isk a Hau sma n n s me z i ná rod n í sk upi nou koleg ů
VIRTUÁLNÍ POHLED DO VIZUÁLNÍHO SVĚTA PTÁKŮ Barevné vidění lidí lze zmapovat jako trojúhelník. Všechny barvy spektra, které mohou lidé vidět, se shlukují podél černé křivky uvnitř trojúhelníku a všechny ostatní barvy vzniklé kombinací světel leží pod křivkou. Pro zmapování barevného vidění ptáků musíme přidat další rozměr - výsledkem je prostorový, čtyřstěnný jehlan. Všechny barvy, které neaktivují UV-receptory, leží na dně jehlanu, protože olejové kapénky čípků zvyšují počet barev, které mohou ptáci vidět (jak je vysvětleno v rámečku na M (střední vlnová délka) Umístění lidského spektra (křivka určující vlnové délky viditelného spektra)
UV (UV vlnová délka) Umístění ptačího spektra
500 nm
450 nm
550 nm
600 nm
400 nm
M
650 nm 700 nm S L (dlouhá vlnová délka)
S (krátká vlnová délka)
LIDSKÉ VIDĚNÍ
66
předchozí straně), spektrální umístění se blíží k okrajům trojúhelníkového dna spíš než lidský barevný trojúhelník ve tvaru žraločí ocasní ploutve. Barvy zahrnující UV-receptor spadají do prostoru nade dnem. Například červené, zelené a modré peří strnada (fotografie) odráží rozmanité odstíny UV-světla navíc k barvám, které my lidé vidíme (graf). Pro grafické znázornění barev, které vidí samička strnadů, když hledá partnera, se musíme přenést z trojúhelníku do trojrozměrného jehlanu.
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É VYDÁNÍ
L
VIDĚNÍ PTÁKŮ
SAMEC STRNADA
srpen–září 2008
M A R T I N H A R V E Y C o rb i s ( f o t o n a h o ř e ) ; A R T H U R M O R R I S C o rb i s ( f o t o d o l e ) ; J E N C H R I S T I A N S E N ; Z D R O J : T I M O T H Y H . G O L D S M I T H ( i l u s t ra c e )
správ nému svět lu, nedosta ly žádnou odměnu. V neprav idelných inter va lech jsme měnili směsici čer vené a zelené a stejně tak jsme měnili polohy obou světel, aby si nemoh ly a ndu l k y spojov at jíd lo s pravou nebo s le vou stranou. Měnili jsme také intenzit u cv ičných světel, aby nemohly andulk y v y užívat jas jako podnět. U vět šiny smě sic čer vené a z elené byl i ptác i r yc h le schopni v ybrat cvičné světlo a dostat se tak ke své odměně. Kdy ž v ša k směsice obsa hova la 90 % čer vené a 10 %
Představte si svět v UV-světle Ačkoliv nikdo neví jak vypadá svět očima ptáků, tyto představy třapatek srstnatých nabízejí náznak toho jak může změnit schopnost vidět UV-světlo pohled na svět. Pro nás je uprostřed květiny malý černý kroužek (vlevo). Ale kamera vybavená tak, aby odhalovala pouze UV-světlo viděla pro nás neviditelný pohled s mnohem větším tmavým kroužkem (vpravo). Tyto fotografie pořídil Andrew Davidhazy, profesor zobrazovacích a fotografických technologií na Rochester Institute of Technology. —Redakce
bar v y s U V-součástí v ý razně častěji na peř í na místech uk az ovaných př i námluvách ne ž na peř í kdekol iv jinde na ptačím těle. K romě toho skupiny v Anglii, ve Švédsku a ve Francii st udova ly sýkor u mod ř inku (Parus caeruleus), severoamerickou veverku obecnou pří buznou euroasijské a špačky (Sturnus vulgaris) s v ýsledky ukazujícími, ž e samičk y ve skutečnosti přitahují samci, kteří ukazují nejjasnější odrazy U V-světla. Proč je tomu tak? Odrazy U V-světla od peří záv isí na submik roskopick ých str ukturách peří, tak že to může sloužit jako užitečný ukazatel z drav í samce. A mber Keyser a Geoffrey Hil l z Univerz it y v Georg i i a Un iver z it y Aubu r n u k á z a l i, ž e sa mc i
Barvy odrážející se od malých oblastí peří představují shluky bodů. Jasně červené pro hruď a hrdlo, tmavší červené pro zadní část těla, zelené pro záda a modré pro hlavu. (Nedokážeme samozřejmě ukázat barvy, které vidí ptáci, protože žádný člověk tyto barvy nedokáže zaznamenat.) Čím víc UV-světla je v barvě, tím výš jsou body umístěny. V rámci jednotlivých shluků dochází k rozdělování bodů, protože vlnové délky odráženého světla se liší v rámci oblastí - například to, co my lidé vidíme jako červenou oblast hrudi a hrdla.
Relativní odrazivost
Vysoká 1.0
Nízká
0.8
Světlo odrážené od zelených zad samce strnada.
d lask a modrého (Guiraca caerulea) s nejjasnějším a nejv íce U V-odráž ejícím peřím jsou velcí, mají velká teritoria s přeby tkem potrav y a svá mláďata k rmí mnohem častěji než jiní samci. Obecněji řečeno, U V-receptor můž e posk y tnout v ýhodu při shánění potrav y. Dietrich Burk hardt z Univerzit y v Regensburgu v Německu prokázal, že voskov ý povrch mnoha druhů ovoce a bobulí odráží UV-záření, které mů ž e pro z r a z ov at je jic h p ř ítom no s t . Ju s s i Vi it a l a z Univerzit y v Jy väskylä ve Finsku se sv ými koleg y odhalila, že malé poštolky jsou schopny lokalizovat stopy hraboše pouhým zrakem. Tito malí hlodavci zanechávají pachové stopy moči a trusu, které odrážejí U V-světlo, a tak jsou viditelné pro poštolky disponující UV-receptor y, zejména na jaře než jsou t y to stopy zak r y t y vegetací. Lidí, kteří nemají o těchto zajímav ých odhaleních ani tušení, se mě často ptají „K čemu je ptákům U V-vidění? “ Z d á se, ž e tato otá z k a na znač uje, ž e c it l ivost na U V-svět lo musí bý t z vláštností nebo dokonce charakterist ic k ý m r y sem, be z k terého by se moh l i sebejist í ptác i k l id n ě ob e jít . Jsme n atol i k u z av ř e n i do s v ě t a n a š ic h vlastních smyslů, ž e ačkoliv snadno pochopíme a obáváme se zt rát y zra k u, nedok á ž eme si představ it v iz uá l n í svět mimo ten náš. Je ponižující zjistit, ž e evoluční dokona lost je i luzí a ž e svět není přesně ta kov ý, ja k si ho představ ujeme, kdy ž ho posuzujeme ve světle lidské do-
CHCETE-LI VĚDĚT VÍCE:
0.6
The Visual Ecology of Avian Photoreceptors. N. S. Hart v Progress in Retinal and Eye Research, díl 20, č. 5, strany 675–703; září 2001.
0.4 0.2 0.0 300
400 UV-spektrum
500
600
Spektrum lidského zraku
Vlnová délka (nanometry)
w w w. S c i A m . c z
700
Ultraviolet Signals in Birds Are Special. Franziska Hausmann, Kathryn E. Arnold, N. Justin Marshall a Ian P. F. Owens v Proceedings of the Royal Society B, díl 270, č. 1510, strany 61–67; 7. leden 2003. Color Vision of the Budgerigar (Melopsittacus undulatus): Hue Matches, Tetrachromacy, and Intensity Discrimination. Timothy H. Goldsmith and Byron K. Butler v Journal of Comparative Physiology A, díl 191, č. 10, strany 933–951; říjen 2005. S C I E N T I F I C A M E R I C A N ČESKÉ VYDÁNÍ
67
