Как животные видят в темноте?
В безлунную ночь уровень освещённости может быть более чем в 100 миллионов раз ниже, чем в яркий день. Однако, в то время как люди в темноте почти слепы, кошки выходят на охоту, а мотыльки ловко летают между цветами.
Миллионы животных, включая обитателей вечной темноты глубоководья, полагаются на зрение для выживания в условиях слабого освещения. Как это возможно, особенно для насекомых с крошечными глазами и мозгом размером меньше рисового зерна?
Удивительные способности ночных насекомых
Исследования ночных насекомых показали, что они обладают впечатляющим зрением в темноте. Они могут:
- Избегать препятствий и фиксироваться на них в полёте.
- Различать цвета.
- Обнаруживать слабые движения.
- Запоминать визуальные ориентиры и использовать их для возвращения в гнездо.
- Ориентироваться по слабому поляризационному узору от луны и навигационным созвездиям.
Например, ночная пчела Megalopta genalis поглощает всего пять фотонов (частиц света) в условиях минимальной освещённости, но при этом способна ночью ориентироваться в густом тропическом лесу и находить путь обратно в своё гнездо.
Нейронные стратегии ночной бабочки Deilephila elpenor
Изучение ночного бражника Deilephila elpenor (первого известного ночного животного, способного различать цвета в темноте) раскрыло нейронные механизмы, лежащие в основе такого зрения.
Ключевой принцип — нейронное суммирование фотонов в пространстве и времени. Это похоже на:
- Увеличение выдержки в камере (суммирование во времени): больше света попадает на "сенсор", изображение становится ярче, но быстро движущиеся объекты "размываются".
- Объединение пикселей в "суперпиксели" (суммирование в пространстве): изображение становится ярче и чувствительнее к свету, но теряет чёткость и мелкие детали.
Для ночного животного яркое, хотя и более грубое и "медленное" изображение, гораздо лучше, чем полная слепота.
Результат суммирования
Физиологические исследования показали, что такое суммирование значительно усиливает способность Deilephila видеть в темноте. Благодаря этому механизму бабочка может видеть при интенсивности света примерно в 100 раз более низкой, чем без него.
Этот принцип, вероятно, используется и другими ночными насекомыми, такими как Megalopta. Хотя мир для ночных насекомых не такой чёткий и быстрый, как для их дневных сородичей, суммирование обеспечивает достаточную яркость изображения для решения жизненно важных задач: поиска партнёра, преследования добычи, навигации и избегания препятствий в полёте.