Forma pupilelor este legată de locul animalelor în rețeaua ecologică

În timp ce ochii pot fi o fereastră către sufletul cuiva, o nouă cercetare condusă de oamenii de știință de la UC Berkeley sugerează că pupilele ar putea dezvălui, de asemenea, dacă cineva este vânător sau vânat.

O analiză a 214 specii de animale terestre arată că nișa ecologică a unei creaturi este un predictor puternic al formei pupilei. Speciile cu pupile care au fante verticale sunt mai susceptibile de a fi prădători de ambuscadă care sunt activi atât ziua cât și noaptea. În schimb, cele cu pupile alungite orizontal sunt extrem de susceptibile de a fi specii de pradă care se hrănesc cu plante și care au ochii pe părțile laterale ale capului. Pupilele circulare au fost puse în legătură cu „prădătorii activi”, sau cu animalele care își urmăresc prada.

Studiul, condus de cercetătorul în domeniul vederii Martin Banks, profesor de optometrie la UC Berkeley, în colaborare cu Universitatea Durham din Marea Britanie, prezintă o nouă ipoteză cu privire la motivul pentru care pupilele sunt formate și orientate în felul în care sunt. Descoperirile au fost publicate astăzi în revista Science Advances.

Această cercetare actuală se bazează pe fundația pusă de regretatul Gordon Walls, profesor de optometrie la UC Berkeley, care a publicat The Vertebrate Eye and Its Adaptive Radiation în 1942. Textul clasic despre fiziologia ochiului a avansat teoria, general acceptată, conform căreia pupilele în formă de fantă permit o musculatură diferită și o gamă mai largă a cantității de lumină care intră în ochi.

De exemplu, fantele verticale ale pisicilor domestice și ale geckoșilor suferă o schimbare de 135 și 300 de ori a suprafeței între stările de constricție și dilatare, în timp ce pupilele circulare ale oamenilor suferă o schimbare de doar 15 ori.

De ce nu și fantele diagonale?

„Pentru speciile care sunt active atât noaptea, cât și ziua, cum ar fi pisicile domestice, pupilele cu fante oferă gama dinamică necesară pentru a le ajuta să vadă în lumină slabă, dar să nu fie orbite de soarele de la amiază”, a spus Banks. „Cu toate acestea, această ipoteză nu explică de ce fantele sunt fie verticale, fie orizontale. De ce nu vedem fante diagonale? Acest studiu este prima încercare de a explica de ce contează orientarea.”

Animalele de pradă au pupile alungite pe orizontală care le extind câmpul vizual. Ochii lor se rotesc astfel încât pupilele să rămână aliniate cu solul, indiferent dacă au capul în poziție verticală sau înclinat în jos. (Fotografie de Martin Banks, UC Berkeley)

Pentru a explica de ce pupilele alungite orizontal, cu puține excepții, corespund animalelor de pradă care pasc, cum ar fi oile, căprioarele și caii, cercetătorii au apelat la modele computerizate pentru a studia efectele diferitelor forme de pupile.

Ei au descoperit că pupilele orizontale au extins câmpul vizual efectiv. Atunci când sunt întinse orizontal, pupilele sunt aliniate cu solul, primind mai multă lumină din față, din spate și din lateral. Orientarea ajută, de asemenea, la limitarea cantității de lumină orbitoare de la soarele de deasupra, astfel încât animalul să poată vedea mai bine solul, au spus cercetătorii.

„Prima cerință vizuală cheie pentru aceste animale este de a detecta prădătorii care se apropie, care de obicei vin de la sol, așa că au nevoie să vadă panoramic pe sol cu puncte oarbe minime”, a spus Banks. „A doua cerință critică este că, odată ce detectează un prădător, trebuie să vadă pe unde aleargă. Ei trebuie să vadă suficient de bine cu colțul ochiului pentru a alerga rapid și a sări peste lucruri.”

Dar ce se întâmplă cu această orientare atunci când animalul își coboară capul pentru a paște? Dacă pupila urmează înălțimea capului, ele ar deveni mai verticale și teoria se clatină.

„Pentru a verifica acest lucru, am petrecut ore întregi la grădina zoologică din Oakland, adesea înconjurat de elevi în excursii, pentru a observa diferitele animale”, a spus Banks. „Cu siguranță, atunci când caprele, antilopele și alte animale de pradă care pășunează își lăsau capul în jos pentru a mânca, ochii lor se roteau pentru a menține alinierea orizontală a pupilelor cu solul.”

De cealaltă parte a Atlanticului, co-autorul studiului, Gordon Love, profesor de fizică la Universitatea Durham, a descoperit același model atunci când a observat oile și caii de la fermele din apropiere. Ochii animalelor care pășunează se pot roti cu 50 de grade sau mai mult în fiecare ochi, o gamă de 10 ori mai mare decât cea a ochilor umani, au spus cercetătorii.

Cum se concentrează prădătorii de ambuscadă atunci când prind prada

Este foarte probabil ca pupilele verticale să fie asociate cu prădătorii de ambuscadă care sunt activi ziua și noaptea. ()

Pentru prădătorii de ambuscadă cu pupile cu fante verticale, autorii au remarcat importanța măsurării exacte a distanței de care animalele ar avea nevoie pentru a se năpusti asupra prăzii lor. Cercetătorii au identificat trei indicii utilizate în general pentru a evalua distanța: stereopsis, sau disparitatea binoculară; paralaxul de mișcare, în care obiectele mai apropiate se deplasează mai departe și mai repede în câmpul nostru vizual; și neclaritatea, în care obiectele aflate la distanțe diferite sunt nefocalizate.

Cercetătorii au exclus paralaxul de mișcare ca factor, deoarece utilizarea acestui indiciu ar necesita o mișcare a capului care ar putea dezvălui poziția prădătorului. Celelalte două indicii rămase, disparitatea binoculară și neclaritatea, funcționează împreună cu pupilele alungite pe verticală și ochii orientați în față, au spus cercetătorii.

Viziunea binoculară funcționează mai bine la judecarea diferențelor atunci când contururile sunt verticale și obiectele sunt la distanță, în timp ce neclaritatea intră în joc pentru contururi orizontale și ținte în câmp apropiat. Cu toate acestea, pupilele cu fante verticale maximizează ambele indicii, au spus cercetătorii.

Pupilele verticale nu sunt distribuite în mod egal în rândul prădătorilor de ambuscadă.

„Un lucru surprinzător pe care l-am observat în urma acestui studiu este că pupilele cu fante au fost legate de prădătorii care erau aproape de sol”, a declarat William Sprague, cercetător postdoctoral în laboratorul lui Banks. „Așadar, pisicile domestice au fante verticale, dar pisicile mai mari, precum tigrii și leii, nu au. Pupilele lor sunt rotunde, ca ale oamenilor și ale câinilor.”

Printre cei 65 de prădători de ambuscadă cu ochi frontali din acest studiu, 44 aveau pupile verticale, iar 36 dintre ei aveau înălțimea umerilor mai mică de 42 de centimetri (16,5 inch). Pupilele verticale par să maximizeze capacitatea animalelor mici de a judeca distanțele de pradă.

Autorii au explicat acest lucru calculând că indiciile de adâncime a câmpului bazate pe neclaritate sunt mai eficiente pentru estimarea distanțelor pentru animalele scunde decât pentru cele înalte.

„Învățăm tot timpul cât de remarcabile sunt ochiul și vederea”, a spus Love. „Această lucrare este o altă piesă din puzzle-ul de înțelegere a modului în care funcționează ochii.”

Autorii au remarcat că această cercetare s-a concentrat pe specii terestre. Ei se așteaptă să examineze asocierile vieții acvatice, aeriene și arboricole asupra poziției ochilor și a formei pupilei în studiile viitoare.

Alți coautori ai acestui studiu sunt Jürgen Schmoll și Jared Parnell de la Universitatea Durham.

National Institutes of Health și Engineering and Physical Sciences Research Council au contribuit la susținerea acestei cercetări.

.