Proč mají zvířata různě tvarované zorničky? | Pikabu

Máte-li kočku, jistě jste se divili neobvyklému tvaru jejích zorniček. Jak můžeme vysvětlit bláznivé oči koz? Proč mají zvířata tak odlišné zorničky?

Jekatěrina Bělčiková
Editor TechInsider
Diskutujte o tématu
ScienceABC
Jaké jsou výhody různých tvarů zornic?

V živočišné říši existují tři tvary zornic: kulaté, vertikální a horizontální. Lidé, ptáci a velké kočky, jako jsou lvi, tygři a pumy, mají kulaté zornice. Zatímco malé kočky, hadi a krokodýli mají svislé zornice. Skot, ovce a kozy mají vodorovné zornice. Abychom pochopili výhody všech forem, musíme znát samotnou funkci zornic u zvířat.

INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE

Proč potřebujeme žáka?

Barevná část našich očí se nazývá duhovka. Černá díra přímo uprostřed je zornice. Pohlcuje světlo, což pomáhá vytvářet obraz na sítnici v zadní části oka. Zornička a duhovka se stahují a roztahují, aby kontrolovaly množství světla dopadajícího na sítnici. Za různých světelných podmínek se zornice přizpůsobí tak, aby byla zachována viditelnost. Například při slabém osvětlení se zornice rozšíří, aby dovnitř propustila více světla.

Kočky mají vynikající noční vidění. Pravděpodobně jste si všimli, že některá srstnatá zvířata mají zorničky kulaté, zatímco jiní je mají svislé. Vědci to připisují velikosti koček: malé vousaté a pruhované kočky mají svislé zornice, protože vedou noční způsob života, a to jim pomáhá lépe vidět kořist ve tmě. Ale denní kočky tohle nepotřebují: proto mají kulaté zorničky, jako my lidé.

INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE
INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE

Některá zvířata jsou noční, jako sovy, jiná jsou vzhůru pouze ve dne a některá jsou aktivní ve dne i v noci, jako kočky. Jedním z důvodů, proč mají zvířata různě tvarované zorničky, je právě toto: doba, kdy jsou vzhůru. Ale to není jediný důvod. Dalším důvodem je, zda se jedná o predátora nebo kořist. Pojďme se na to blíže podívat.

Kulaté zorničky u zvířat

Takové zornice jsou typické pro lidi, vlky, tygry a mnoho dalších predátorů. Všechna tato zvířata jsou vystavena tmě po dlouhou dobu, takže zornice musí mít možnost se dobře stáhnout a rozšířit. Minimální průměr lidské zornice je 2 až 4 mm, zatímco maximální průměr je 3 až 8 mm. Zorničky divokých zvířat, i když jsou kulaté jako lidské, jsou však stále silnější, protože se mohou stahovat a rozšiřovat ostřeji než lidské.

INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE

Například tygři, jejichž zrak je 6x lepší než náš, loví ráno a večer. A proto jsou jejich zorničky kulaté. Obraz, který se jim v hlavě naskytne, přitom není tak bohatý jako ten náš, ale spíše vybledlý (ne však černobílý, jak si mnozí zvykli myslet). Ptáci mají také kulaté zorničky: pamatujte na hloupý pohled holuba.

Není však třeba spěchat, abychom holubičí oči označili za hloupé. Koneckonců, tito ptáci vidí téměř 360 stupňů, jsou schopni detekovat ultrafialové světlo a pozorovat, co se děje, jakoby ve zpomaleném záběru! Kulaté zorničky u zvířat, které jsme zvyklí považovat za obyčejné, někdy skrývají skutečné superschopnosti!

INZERCE – POKRAČOVÁNÍ NÍŽE

Která zvířata mají vertikální zornice?

Jedinečnost prodloužených zornic spočívá v tom, že jejich roztahování a stahování zajišťují dva další svaly, které zvířata s kulatými zorničkami nemají. Větší flexibilita pomáhá zvířatům lépe vidět ve tmě i při minimálním osvětlení, protože jejich zorničky se mohou výrazně rozšířit. To také zabraňuje oslepení zvířat jasným světlem, protože jejich zorničky se mohou během vteřiny zúžit na štěrbiny. Tyto svislé štěrbinové zornice se obvykle vyskytují u zvířat, která loví při nízké úrovni osvětlení.

Vertikální zornice mají lišky, krokodýli, gekoni, žáby, žraloci a mnoho dalších lovců. Existují dokonce mutace v lidských genech, které lidem dávají efekt vertikální zornice: tomu se říká syndrom kočičího oka. Ale takové oči jsou patologií, nefungují stejným způsobem jako skutečné vertikální zornice u zvířat. V noci se středy takových očí zaokrouhlí, čímž se zvětší oblast absorpce světla. To je pravděpodobně důvod, proč si některé kočky užívají tahání a tahání ve 2 hodiny ráno.

Někteří tvorové mají kulaté zornice, jiní mají svislé zornice jako ragbyový míč a mnoho z nich má úzké štěrbiny. Obecně se uznává, že vertikální štěrbinovité zornice vznikly jako adaptace na noční životní styl, protože pomáhají chránit citlivou sítnici před oslepujícím denním světlem. Kulaté zornice stlačují prstencové svaly a štěrbinová zornice je vybavena dvěma dalšími svaly, které stahují otvor v příčném směru, díky čemuž může být štěrbinová zornice zúžena více než kulatá. Kočka domácí a gekon, zvířata s vertikálními zorničkami, mohou změnit svou oblast 135krát a 300krát, ale člověk může změnit svou oblast pouze 15krát.

Odborníci z univerzity v Sydney o obecně přijímané hypotéze pochybovali. Podle jejich názoru je dobře stlačitelná zornice užitečná nikoli pro noční živočichy, ale pro polyfázická, tedy aktivní ve dne i v noci. Navíc pro dobré noční vidění není důležitý ani tak průsvit zornice, ale některé morfologické znaky oka a stavba sítnice. U nočních živočichů se skládá převážně ze smyslových tyčinek, které umožňují vidění za slabého osvětlení, u denních živočichů se skládá především z čípků, které zajišťují barevné vidění za jasného světla. Vědci navrhli, že vývoj vertikálního tvaru zornice byl usnadněn polyfázickou aktivitou a lovem ze zálohy.

Výzkumníci měli dva argumenty ve prospěch lovu. Úzké vertikální zorničky během dne promítají na sítnici ostřejší obraz vodorovných čar než kulaté a pro zvířata čekající v záloze je velmi důležité sledovat pohyby v této rovině. Vertikální štěrbina zornice také maskuje oko, vizuálně rozbíjí jeho kulatý tvar a působí jako maskování, což je užitečné pro většinu predátorů.

Vědci své předpoklady testovali na 127 druzích australských hadů. Studovali fotografie plazů, muzejní exempláře a popisy životního stylu a korelovali tvar zornic se způsobem lovu a dobou denní aktivity zvířat.

Ukázalo se, že většina australských hadů s vertikálními zorničkami loví v noci ze zálohy, zatímco hadi s kulatými zorničkami jsou denní a aktivně vyhledávají kořist. Způsob lovu však ovlivňuje tvar zorniček hada ve větší míře než doba aktivity, neboť mnoho aktivně lovících hadů s kulatými zornicemi není denních, jak by se dalo očekávat.

Protože vertikální zornice umožňují jasnější vidění v širokém spektru světelných podmínek, vědci předpokládali, že se vyskytují především u polyfázických druhů, ale že jsou adaptací nočních hadů. Možná, že noční plazi někdy musí zůstat vzhůru během dne. Navíc by se mohla špatně určit doba aktivity hadů: k tomu je třeba je nejprve najít, když leží v záloze, což není snadné.

Australští vědci přiznali, že vzory, které objevili, platí nejen pro hady, a vyzvali své kolegy, aby ve výzkumu zraku obratlovců pokračovali. Taktovku převzali specialisté z University of Durham (Anglie) a University of California v Berkeley (USA). V článku s naprosto kiplingovským názvem „Proč mají zvířata zorničky různých tvarů“ především vyvrátili australská data, že vertikální zornice zvyšuje hloubku ostrosti vodorovných čar. Ve skutečnosti je hloubka ostrosti v tomto případě vyšší u svislých čar. Ale i bez této chyby hypotéza australských vědců nevysvětluje, proč některá zvířata mají zornice svislé štěrbiny, zatímco jiná vodorovné. Jejich orientace je samozřejmě důležitá i pro některé neznámé účely.

Aby vědci zjistili, které z nich, analyzovali informace o tvaru zornice, denní aktivitě a stravovacích zvyklostech 214 druhů zvířat: australských hadů popsaných v předchozí studii, zástupců kočkovitých šelem a psovitých šelem, hyen, cibetek, artiodaktylů a koňovité. Zjistili významný vztah mezi tvarem zornice a ekologickou nikou živočichů (obr. 1). Horizontální zornice se téměř vždy nacházejí u býložravých pasoucích se zvířat, jako jsou ovce a kozy, které mají oči umístěné po stranách hlavy. Polyfázičtí dravci, kteří pronásledují kořist, mají kulaté zornice. Zvířata s vertikálně prodlouženými zorničkami zpravidla loví ze zálohy a jejich oči jsou umístěny vpředu.

Rýže. 1. A – tvary zornic: vertikální (kočka), kulatá (rys), kulatá (člověk) a horizontální (ovce). B – rozdělení 214 druhů zvířat podle tvaru zornice a životního stylu (Býložravci – býložravci, Aktivní – aktivní predátoři hledající kořist a Ambush – predátoři čekající v záloze na kořist). Obrázek z diskutovaného článku ve Science Advances

Domácí kočky, které přepadnou myši, mají svislé zornice, zatímco kočkovité šelmy, které aktivně loví, mají zornice kulaté. Vertikální zornice lišky, která se plíží za svou kořistí, ale kulaté zornice vlka, který svou kořist pronásleduje. Vzory objevené vědci umožňují předpovídat tvar jeho zorniček na základě životního stylu zvířete.

Je zřejmé, že výhody vertikální nebo horizontální orientace štěrbinových zornic jsou spojeny s ekologickou nikou, kterou zvíře zaujímá. Vědci vyvinuli počítačový model očí, který simuluje vzhled obrázků s různými tvary zornic.

Při pohledu na svět svislou štěrbinou se svislé čáry zdají ostřejší než vodorovné (obrázek 2). Pro dravce ze zálohy s očima umístěnými vpředu je snazší odhadnout vzdálenost ke kořisti a její horizontální posun, tedy pohyb po svislých liniích. Výpočty ukázaly, že zvýšení ostrosti vertikálních objektů umístěných na zemi se objevuje pouze tehdy, když jsou oči blízko povrchu, takže u krátkého zvířete má smysl mít vertikální štěrbiny. Z analyzovaných 65 druhů predátorů ze zálohy s očima umístěnými zepředu má 44 svislé zornice, z nichž 36 druhů (autoři odhadují, že to je 82 %) má u ramene méně než 42 cm. Mezi 19 dravci ze zálohy s kulatými zorničkami jsou jen tři druhy (17 %) tak nízko.

Obrázek 2 Kvalita obrazu pro různé hodnoty rozostření a tvar zornice.

(A) Astigmatická hloubka ostrosti s vertikální štěrbinovou pupilou (12 × 1,5 mm). Jsou zobrazeny tři kříže v různých vzdálenostech (0D, 0.4D a 0.8D). Fotoaparát zaostří na nejbližší kříž, takže další dva jsou dále od ohniskové roviny. Vertikální ramena všech tří křížů jsou poměrně ostré, zatímco horizontální ramena dalších dvou křížů jsou spíše rozmazané. ( B ) Horizontální a vertikální průřezy funkcí bodového rozpětí (PSF) jako funkce ohniskové vzdálenosti pro oko s vertikální štěrbinovou pupilou (12 × 1,5 mm). Objekt byl bílý. PSF zahrnují difrakci a chromatickou aberaci. Intenzitu záznamu v PSF představuje jas (jasnější, odpovídající vyšší amplitudě). Intenzity pod 10-3 maximální amplitudy byly odříznuty. Horní panel zobrazuje vodorovné řezy (odpovídající svislým obrysům obrázků). Ikona uprostřed spodní části panelu představuje průřezy nominálních PSF s vodorovným řezem. Spodní panel zobrazuje vertikální řezy (pro horizontální obrázek). Ikona v dolní části panelu představuje tyto sekce. Přerušované bílé čáry jsou z rovnic 3 a 4 a ukazují, že rovnice jsou dobrou aproximací průřezů PSF. (C) Fotografie scény s proměnnou hloubkou pořízená kamerou s vertikální štěrbinou. Fotoaparát byl zaostřen na ptáčka, takže bližší a vzdálenější objekty jsou rozmazané, ale kvůli prodloužení clony spíše vertikálně než horizontálně. Film S2 ukazuje průřezy PSF a scénu při otáčení clony z vertikální do horizontální a zpět do vertikální.

Býložravci mají své vlastní problémy. Musí sledovat okolí, včas si všimnout predátora a pokud se něco stane, utéct. Jejich oči jsou umístěny po stranách hlavy, díky čemuž mají zvířata široký panoramatický výhled a včas zaznamenají nebezpečí. Navíc mají před sebou úzký pás binokulárního vidění, takže při útěku před predátorem přes nerovný terén jasně vidí cestu. Ale když zvíře běží nebo se rozhlíží, jeho hlavní pozornost je přitahována k zemi.

Horizontální zornice zvyšují množství světla přicházejícího zepředu a ze stran, ale snižují množství shora a zdola. Tato funkce podporuje panoramatický výhled a pomáhá odhalit potenciálního predátora pronásledujícího zemi. Horizontální zornice také zlepšují kvalitu horizontálních rovin, což zlepšuje vidění na úrovni země a vytváří výhodu při rychlém běhu.

Býložravci se však nejen rozhlížejí po okolí, ale také se pasou, neustále se sklánějí k zemi. Ztrácejí tím výhody, které jim poskytuje horizontální zornice? Ukázalo se, že ne. Když se zvířata ohýbají, jejich oči se otáčejí tak, aby zornice udržovaly vodorovnou orientaci, bez ohledu na polohu hlavy jsou rovnoběžné se zemí. Aby vědci zjistili, jak v procesu evoluce vznikly zorničky určitého tvaru, analyzovali fylogenetické stromy několika čeledí. U hadů z čeledi břidlicovité vznikly svislé štěrbinovité zornice nezávisle na sobě nejméně dvakrát.

Předek koček byl noční nebo polyfázický dravec ze zálohy s vertikálními štěrbinovitými zorničkami. V procesu evoluce vznikly vertikálně prodloužené zornice nezávisle na druzích čeledi dvakrát až čtyřikrát a kulaté zornice šestkrát. Tvar zornic u kočkovitých šelem koreluje především s denní aktivitou a v mnohem menší míře s typem lovu, rozmanitost krmných strategií je však u této čeledi malá.

Společný předek psovitých šelem měl vertikálně prodloužené zornice a lovil ze zálohy. Štěrbinové a kulaté zornice se během evoluce objevily dvakrát, jejich tvar závisí jak na době aktivity, tak na způsobu lovu. Tvar zornice se tedy nezávisle několikrát změnil v souladu s ekologickou nikou obsazenou druhem, a ne proto, že zvířata s různými tvary zornic pocházela z různých předků.

Prospěch z určitého tvaru zornice závisí také na výšce, ve které se zvíře nachází oči. To lze snadno pochopit při pohledu na fotografie pořízené v různých vzdálenostech od objektu: čím blíže je fotoaparát k povrchu, tím vyšší je gradient rozostření toho, co není zaostřeno (obr. 3). Pokud tedy porovnáte například kočku a osobu, pak je pro kočku mnohem důležitější opravit rozostření obrazu, protože je „blíže k zemi“ než člověk. Kvůli těmto úvahám vědci předpokládali, že u menších zvířat je pravděpodobnější, že budou mít rozříznuté zorničky, což je hypotéza, která se potvrdila, když výzkumníci analyzovali údaje o velikosti zvířat ve svém vzorku. Je zajímavé, že ptáci mají téměř vždy kulaté zornice, jedinou výjimkou jsou vodní řezačky, které mají svislé štěrbinovité zornice. Tato výjimka odpovídá teoretickým výpočtům výzkumníků, protože svým životním stylem skimmer připomíná malého suchozemského predátora. Tento pták létá velmi nízko u vodní hladiny a loví ryby, takže všechny úvahy o rozostření obrazu při pohledu na blízko platí také pro podříznutí.

Rýže. 3. Simulace pohledu do roviny pro zvířata různé výšky (0,6, 0,2 a 0,1 m). Vlevo je největší výška, vpravo nejmenší. Čím blíže jsou oči zvířete k zemi, tím více se objevují rozmazané neostré objekty. Obrázek z diskutovaného článku ve Science Advances

Vědci přiznávají, že nenašli vysvětlení pro všechny jevy. Například dravé mangusty s frontálně umístěnýma očima mají vodorovné zornice; gekoni mají obrovské kulaté zornice, které se zmenšují ve svislé štěrbiny s několika malými kulatými otvory; Sépie má štěrbinovitě zakřivenou zornici, připomínající vodorovně protáhlé písmeno W, v noci se zaobluje (obr. 4). Vědci tak mají před sebou zajímavou práci.