A fejlábú álcázás titkai

A fejlábú álcázás titkai

Rejtőzködő közönséges polip (Octopus vulgaris). Észreveszed? A fotó Roger Hanlon jóvoltából

Roger Hanlon rajongása a lábasfejűek iránt nem sokkal azután kezdődött, hogy valaki elriasztotta tőle a napfényt.



1968-ban egy sekély korallzátonyon búvárkodott Panamában, amikor vízrobbanás söpört végig a gyomrán, és megdöbbentette. „Körül-körbe körbejártam, és azt kerestem, mitől rémisztek meg annyira” – emlékszik vissza. „Nem láttam, mi az, de csak bámultam a korall mélyedését, és végül egy polipot láttam ott ülni.”

Türelmesen figyelte a lényt, és felfigyelt a változó álcázásra, ahogy lassan körbe-körbe mozog, hogy táplálkozzon. Körülbelül 20 perc elteltével „egy életre kiakadtam” – mondja.

A közönséges polip (Octopus vulgaris). A fotó Roger Hanlon jóvoltából

Hanlon jelenleg vezető tudós a Tengerbiológiai Laboratórium Woods Hole-ban, Massachusettsben, ahol laboratóriuma elsősorban a lábasfejűek álcázása és jelzései mögött meghúzódó mechanizmusok, valamint ezen puha testű lények viselkedésének és érzékszervi tapasztalatainak tanulmányozására összpontosít. Hanlon szerint 35 év alatt csapata több mint 200 tudományos közleményt publikált a lábasfejűekről.

Hanlon egyik jellemzője az a sebesség, amellyel ezek a puha testű lények képesek átalakulni. 'Nagyon kevés állat tudja megváltoztatni az álcáját, különösen gyorsan' - mondja. 'Elsődleges védelmi forrásukat nem észlelik vagy ismerik fel, és ezt a képességüket nagyobb mértékben fejlesztették ki, mint más, általunk ismert állatok.' Közzétett tanulmányai közül legalább 30 olyan kísérleti elrendezést tartalmazott, amelynek célja annak feltárása volt, hogy a lábasfejűek hogyan változtatják színüket és testmintázatukat „olyan gyorsan, ilyen kifinomult eredménnyel”.

Hanlonnak van még egy igénye a hírnévre: ő a Science Friday egyik legnépszerűbb videójának embersztárja.Hol van a polip?', valamint a folytatása, 'Hol van a Tintahal?”

A Science Friday felvette Hanlont, hogy megvitassa, mit tanult eddig a lábasfejűek álcázásáról, milyen égető kérdések maradtak még hátra, és miért volt különösen lenyűgöző a MolecularConceptor videónkban szereplő polipról készült felvétel.

A lábasfejű színezést háromrétegű rendszerként írta le. Kifejtenéd ezt bővebben?
A kromatoforok (pigmentált szervek) felső rétege van; akkor van egy középső iridoforréteg, amely az irizáló szerkezeti elszíneződést hozza létre; és akkor van egy alagsori leukoforréteg [leuca jelentése fehér]. Tehát két mechanizmus játszik szerepet a bőrben, és a pigmentek és a reflektorok kombinációja optikai diverzitást biztosít.

A kromatoforok felső rétege valójában három színből és három rétegből áll – sárga, piros és barna. Van egy nagy idegköteg, amely mindhárom réteget vezérli. A neuronok másik csoportja szabályozza az irizálódás változását. Az alsó rétegben nincsenek neuronok; mindig ugyanúgy néz ki. De ha a pigmenteket szelektíven kiterjeszti a leukoforok fehér alaprétegének egyes részeire, másokra nem, akkor nagy kontrasztot hoz létre.

Közelkép a tintahal (Sepia officinalis) bőréről. A polipok, tintahalak és tintahalak bőrének felső rétege pigmentált szerveket, úgynevezett kromatoforokat tartalmaz. A radiális izmok mindegyik kromatoforból nyúlnak ki, „mint egy kerékpár [kerék] küllői, és a periférián vannak rögzítve” – mondja Hanlon. Amikor a lábasfejűek összehúzzák ezeket az izmokat, a kromatofor színes koronggá nyílik. A fotó Roger Hanlon jóvoltából

Tehát ez a három réteg játszik szerepet a színben és a mintában. A fejlábúak bőrén is vannak dudorok, úgynevezett papillák. Hozzájárulnak a bőr textúrájához?
Igen, pontosan helyesen. Valami igazán egyedi ezekben az állatokban, amivel egyetlen állatcsoport sem rendelkezik, az a bőr formálható 3D-s textúrája. Ez a 3D textúra egy extra tulajdonság az álcázásban, ami nagyon fontos a vizuális megtévesztéshez.

Az elmúlt néhány évben azon dolgoztunk, hogy anatómiailag kitaláljuk, hogyan készítik ezeket a dudorokat, és ez alapvetően egy izmos hidrosztát. A polip vagy a tintahal papillái koncentrikus izomzattal és függőlegesen orientált izmokkal rendelkeznek, és amikor a koncentrikusakat összeszorítják, ellazítják a függőlegeseket, és a dudor felfelé megy. És amikor összehúzzák a függőlegeseket, és ellazítják a koncentrikusakat, a dudor leesik, olyan, mint egy vízzel teli léggömb – szorítsa a közepét, valaminek máshol kell adnia. Ez egy nagyon durva magyarázat a működésére, de alapvetően ez.

Az egyik bosszantó kérdés: hogyan irányítják ezt? Ezeknek az állatoknak nincs binokuláris sztereopszisuk, mint az embernek – a szemük ott van, ahol a te füled van, így az egyik szemükkel a háttér 3D-s textúráját nézik, majd ezt reprodukálják a bőrükben. Ez egy nagyon látványos, de még ismeretlen mechanizmus.

Van-e a lábasfejűeknek véges álcázási készlete, amelyre támaszkodhat, vagy a változatosság határtalan?
Egyáltalán nem korlátlan. Ami igazán belekapott ebbe az egészbe, az az, hogy milyen gyorsan történik mindez. Hogyan elemezhettek ennyi vizuális információt a háttérben, majd több tízmillió kromatofort hangszerelhettek, isten tudja, hány millió iridofort, nem is beszélve azokról a bőrdudorokról – és ezekből több ezer van –, és mindezt egy másodpercen belül. ? Az őket körülvevő összes információ megtekintéséhez szükséges vizuális feldolgozáshoz egy Volkswagon méretű szuperszámítógépre lenne szükség, és tudod, a polipoknak nagy agyuk van, de nem olyan nagy. Kell, hogy legyen egy parancsikon ahhoz a lehetetlennek tűnő dologhoz, amit csinálnak.

És a rövidítés az, hogy nincs tucatnyi álcázó minta. Több tízezer képet elemeztem ezekről az állatokról a víz alatt és a laboratóriumban, és három-öt alapvető mintasablont találtunk, amellyel bármilyen háttéren álcázást készítenek. Ez teljesen intuitív. De ez megmagyarázza a sebességet.

Íme a koncepció: Ha az állatoknak csak három alapvető mintával kapcsolatos döntést kell meghozniuk, akkor csak egy egyszerű vizuális jelzésre van szükségük a háttérben, hogy megmondják nekik, hogy kapcsolják be az 1. mintát, egy másik vizuális jelzésre a 2. minta bekapcsolásához, és egy másikra. Ez nagymértékben leegyszerűsíti az idegi feldolgozást – talán figyelmen kívül hagyhatják az őket körülvevő összetett korallzátonyban látott információk nagy részét. Ezeket a mintákat egységesnek, foltosnak és zavarónak nevezzük.

Van némi eltérés a színben és a kontrasztban, de nagyon gyorsan meghozzák a mintával kapcsolatos döntést, a többi pedig néhány ezredmásodperccel később jön. Nem értjük az összes neurális részt – nincs elég adatunk –, de úgy gondolom, hogy általános elképzelésünk kibírja a kísérletezést.

Mellesleg – ezt nem tesszük közzé –, de sok állatot vizsgálunk. Vannak képeim pillangókról, madarakról, orca bálnákról és mindenféle állatról, és bizonyos művészi engedéllyel beillesztheti ezeket az egyenruha, foltos és bomlasztó kategóriákba. Úgy szeretem elmagyarázni, hogy ezek az állatok rájöttek, hogyan tudják kihasználni az összes állati ragadozó látás néhány alapvető megőrzött jellemzőjét. Szerintem ez a kulcspont.

Összekeverhetik és összeilleszthetik a különböző mintákat?
Egy kicsit összekeverhetik és összeilleszthetik őket. Valójában végeztünk és publikáltunk olyan kísérleteket, amelyek során az állatnak [egy európai tintahalnak] adtunk olyan információt a bal szemében, amely azt mondta, hogy „bomlasztó”, a jobb szemében pedig más információt adtunk, amely azt mondta, hogy „foltosodj”, és azt akartuk. hogy lássa, mit csinál az állat. Amit soha nem csinálnak, az egyik oldalon foltos, a másikon pedig bomlasztó, mert minden ilyen kétoldalú aszimmetriát felvesznek, és biztosan döglött húsok lennének. Így egy keveset kevernek és egyenletesen, az egész testfelületen. Ez egy nagyon klassz rendszer, nagyon alkalmazkodó.

Az égető kérdés a kemény látástudósok körében az, hogy van-e kontinuum ezek között az álcázási minták között, vagy különálló részhalmazokról van szó. Ez az érv nem teljesen megoldott.

Egy óriási ausztrál tintahal (Sepia apama) különböző testmintákat ölt. A fotó Roger Hanlon jóvoltából

A lábasfejűek különböző típusú álcákat használnak különböző célokra?
Igen, feltétlenül. Amikor lapos, kétdimenziós vagy enyhe, háromdimenziós háttéren vannak, általános háttérhasonlóságot [amit egyesek háttéregyeztetésnek nevezhetnek] használnak, aminek az a célja, hogy csökkentse az észlelést.

De ha nem tudja elkerülni, hogy észleljék, akkor az úgynevezett bomlasztó mintázathoz lép, amely akadályozza a felismerést. Tehát ebben az esetben az állat a szó szoros értelmében nem hasonlít önmagához, mivel mindenféle nagy kontrasztú komponenst hoz létre a mintában, így nehéz megmondani, hol van a széle, hol a fej, és hol van az összes függelék.

És azt is megteszik, ami a legostobább kifejezés, az álarcot, ami úgy néz ki, mint valami más tárgy a vizuális háttérben. Így például, ha egy tintahal egy nyílt homokos síkságon mozog, és a közelben van egy szikla vagy alga, az állat inkább a sziklára vagy az algára fog hasonlítani, mint a homokra – konkrétan azt a tárgyat nézi, és többé-kevésbé utánozva azt.

Létezik a mimika is, amely úgy néz ki és úgy viselkedik, mint egy másik állat. Az indonéziai és a floridai mimikai polip lapos hal vagy lepényhal lapos alakjává változik, amikor nyílt homokos síkságon tartózkodik, és ezzel a viselkedéssel úszik, és olyan mintát tegyünk fel, amely sok esetben lepényhalhoz hasonlít. Tehát ebben az esetben egy nagyon gyakori halat utánoznak a környéken. Ez önmagában nem álcázás; ez egyfajta részhalmaz, amelyben ismét nem úgy néznek ki, mint egy polip.

Megértem, hogy a lábasfejűek színvakok.
Igen, minden bizonyítékunk azt mondja, hogy színvakok, mégis úgy tűnik, hogy színük megegyezik a háttérrel. Szóval hogyan csinálják? És a válasz: egyszerűen nem tudjuk.

Ez azonban egy potenciálisan új, izgalmas dologhoz vezet. Mivel képtelenek megérteni, hogyan végzik a színegyeztetést, megkérdeztük, hogy érzékelik-e valamilyen módon a fényt a szemükön kívül. Génkutatást végeztünk, és sok antitestmunkát végeztünk, és megmutattuk, hogy az opszin molekulák a tintahalak és a tintahalak bőrében oszlanak el, egy másik laboratórium pedig kimutatta, hogy polipban vannak. Ezek ugyanazok az opszinmolekulák, amelyek az állat retinájának észlelő fényében vannak. Ez tehát azt jelenti, hogy elméletileg az állatok a bőrükkel valahogy érzékelhetik a fényt.

Csoportunk azt is kimutatta, hogy nemcsak ugyanazok az opszinmolekulák vannak ott, hanem két másik molekulaosztály is, amelyek egy kaszkádrendszerben szükségesek ahhoz, hogy a fényt a retinában észleljék, szintén a bőrben található – ez még több bizonyíték arra, hogy azért vannak, hogy tegyenek valamit. fénnyel. De nem mutattunk be jó viselkedési bizonyítékot annak bizonyítására, hogy a bőr reagál a fényre.

Azonban Todd Oakley laboratóriuma az UC Santa Barbara-ban az elmúlt évben kiadott egy tanulmányt a miénkkel, és a polipot használta modellszervezetként, és rávette a bőrt, hogy reagáljon a fényre. Két lapunk együttesen a Journal of Experimental Biology .

De ez nem tér ki a színkérdésre, mert az általunk észlelt opszin molekulák még mindig csak egy színre vannak hangolva. Ez azt jelenti, hogy egyszínűek. De dikromátnak, trikromátnak vagy tetrakromátnak kell lennie ahhoz, hogy felismerje a színt.

Legújabb hipotézisünk az, hogy a bőrben lévő opszinok szabályozhatják a bőr általános fényességét vagy intenzitását. Ennek ellenére előfordulhat, hogy a bőrben más opszinok vannak más hullámhosszra hangolva, vagy az is előfordulhat, hogy a kromatofor pigmentek fedik ezeket az opszin molekulákat – például egy sárga pigment kromatofor, amely egy kékre hangolt opszin felett van, egy kis színmegkülönböztetést biztosíthat. . De a biológiát feszítjük itt; nincs adat.

Az egyik lábasfejű, amelynek álcázása leginkább lenyűgözi Hanlont, a Sepioteuthis sepioidea, amely a karibi korallzátonyokon található. A fotó Roger Hanlon jóvoltából

Van valami, amit nagyon remélsz, hogy kitalálsz a lábasfejűekkel kapcsolatban?
Valóban a háttérhez igazodnak a színük a ragadozók szemében? Ez egy nagy kérdés, amely jóval túlmutat a lábasfejűeken. Hogy néz ki a világ a szemlélő szemében?

Minden, amit csinálunk és ahogy látunk, a számítógép képernyője és minden csak az emberi látást szolgálja, és nem így néz ki a világ más állatok számára, ezért most kifejlesztettünk egy hiperspektrális [értsd: sok színt] tartalmazó kamerát. amely három szín helyett 16 színt tartalmaz minden pixelben, az ultraibolya sugárzástól a látható tartományon keresztül.

Most azt csináljuk, hogy lefotózunk egy álcázott polipot egy zátonyon vagy egy pillangót az erdőben, majd visszamegyünk az utófeldolgozásba, és megkérdezzük, hogy néz ez ki egy madárragadozónak, például egy sólyomnak, vagy egy búvárnak. madár, vagy egy víz alatti hal, amely tetrakromatikus? Kivesszük a 16 szín nagy részét, és meghagyjuk azt a kettőt, hármat vagy négyet, amelyekről tudjuk, hogy az állati ragadozók ráhangolódtak, és ezt a színtérben jobban leképezzük, hogy mit tud az a ragadozó, nem pedig az ember. lát.

Ez áttörés, mert a technológia korábban nem tette lehetővé az embereknek, hogy olyan fényképezőgépeket készítsenek, amelyekben ennyi szín volt. Ez a kamera megépült; kb egy éve használjuk szárazföldön. Ahogy beszélünk, a víz alatti ház készül. Az érzékszervi ökológusok, az érzékszervi biológusok, a látó emberek már régóta szeretnék tudni, hogyan néz ki a világ más állatok számára, és most megvan az út. Azt hiszem, ez valóban megváltoztatja a nézetünket, mind a szárazföldön, mind a tengeren, hogy milyen színt látnak az állatok, akár egy színnel álcázott prédában, akár a páros vonzalom feltűnő jelzései során, vagy bármi hasonló.

Meg kell kérdeznem a Science Friday „Hol van a polip?” című műsoráról. videó. Az elején azt mondtad, hogy sikoltoztál – sikoltottál a vízben, vagy amikor megláttad a felvételt, amit rögzítettél?
Rögtön a vízben sikoltottam! Csak tudtam, hogy van valami igazán nagyszerű. 45 percig forgattam azt az állatot. Amikor talán 10 perccel később kiszálltam a vízből, véres gyilkosságot üvöltöttem, és mindenki azt hitte, hogy búvárbalesetet szenvedek. [Biztosította őket, hogy jól van.]

Miért sikoltott fel ez az egy polip, ha már oly sok éve tanulmányozza ezeket az organizmusokat?
Mert vizuálisan még soha nem láttam ezt a drámai sorozatot ilyen világosan keretezve. Azóta is próbálok forgatni egy ilyen sorozatot, és soha nem kerültem a közelébe. Szerencsés lövés volt, de a szerencse a felkészülteknek kedvez – nagyon szabályosan tanulmányoztam az állatot, és különböző sebességekkel közelítettem meg, és ez volt az ötödik alkalom, hogy közeledtem hozzá, és ezúttal nem gyorsan közeledtem. , Szuper lassan jöttem be és körbe görbültem. A videokamera dómportja legfeljebb három-négy hüvelyknyire volt az állattól, mielőtt elhatározta volna, hogy megmozdul, mert olyan lassan jöttem be, és ez megváltoztatta. Ez volt a tökéletes vihar annak, hogy minden együtt történjen.

Ezt az interjút a tér és az érthetőség kedvéért szerkesztettük.

Csatlakozzon a Science Friday’s Sea Of Support programhoz

Minden egyes 8 dolláros adományozással (a fejlábúak hét minden napjára) különböző illusztrált lábasfejűeket szponzorálhat. A lábasfejű jelvény az Ön keresztnevével és városával együtt a mi részünk lesz Támogatók tengere !

Adományoz