På en månlös natt kan ljusnivåerna vara 100 miljoner gånger lägre än i starkt dagsljus. Och om vi är praktiskt taget blinda och helt hjälplösa i mörkret, spårar katter ganska framgångsrikt sitt byte, och fjärilar fladderar smidigt mellan blommor på våra balkonger. Medan vi sover förlitar miljontals andra djur sig på sina visuella system för att överleva. Detsamma kan sägas för djuren som lever i djuphavets eviga mörker. Dessutom är de allra flesta djur i världen mest aktiva i svagt ljus. Hur lyckas de använda så kraftfulla visuella egenskaper, särskilt insekter, med sina små ögon och hjärnor mindre än ett riskorn? Vilka optiska och neurala strategier har de utvecklat för att se väl i svagt ljus?
För att svara på dessa frågor, låt oss rikta vår uppmärksamhet mot nattliga insekter. Trots sina synliga visuella system ser nattliga insekter perfekt i svagt ljus. Under de senaste åren har vi funnit att nattliga insekter kan undvika och låsa fast på hinder under flykt, skilja färger, upptäcka svaga rörelser, lära sig visuella ledtrådar och använda dem för hem. De kan till och med navigera med den svaga bilden av stjärnpolarisationen som månen skapar och navigera med hjälp av stjärnkonstellationerna på himlen.
I många fall verkar denna visuella prestanda helt störande för vad som är fysiskt möjligt. Den centralamerikanska nattbiet, Megalopta genalis, absorberar till exempel bara fem fotoner med sina små ögon när ljusnivåerna är som lägst, en helt svårfångad visuell signal. Och ändå, mitt på natten, kan den navigera i den täta och trassliga regnskogen medan den foder och säkert återvänder till boet - en iögonfallande uthulningspinne hängande i underborsten.
För att ta reda på hur detta till och med är möjligt började forskare att studera hökmöss. Dessa vackra insekter - kolibrierna i den ryggradslösa världen - representeras av graciösa, snabbflygande fjärilar, som ständigt letar efter blommor med nektar. När blomman har hittats svävar malten framför den och suger nektaren genom sin proboscis, ett oralt rör.
Den europeiska natthökmallen Deilephila elpenor är en vacker varelse som gömmer sig i fjäderrosa och gröna skalor och samlar nektar mitt på natten. För flera år sedan upptäckte forskare att denna fjäril kan skilja färger på natten, det första nattdjuret som är känt för detta.
Denna fjäril avslöjade nyligen en annan av sina hemligheter: de neurala knepen som den använder för att se väl i mycket svagt ljus. Dessa trick används naturligtvis också av andra nattliga insekter som Megalopta. Genom att studera nervkretsens fysiologi i hjärnans visuella centra fann forskarna att Deilephila kan se väl i svagt ljus, och effektivt stapla fotoner som den samlar på olika punkter i rum och tid.
Detta är lite som att öka slutartiden på en kamera i svagt ljus. Om du låter slutaren förbli öppen längre, kommer mer ljus att nå bildsensorn och få en ljusare bild. Nackdelen är att allt som rör sig snabbt - som en bil som passerar - inte får tillstånd, så insekten ser det inte.
Kampanjvideo:
Neural sammanfattning
För att kombinera fotoner i rymden kan enskilda bildpunkter i en bildsensor samlas för att skapa mindre men större “superpixlar”. Återigen är nackdelen med denna strategi att även med hög ljusstyrka kommer bilden att vara suddig och saknas i skarp detalj. Men för ett nattdjur som försöker leva i mörkret kommer det att kunna se en ljus, men utan detaljer och långsam värld vara bättre än att inte se någonting alls (och detta är det enda alternativet).
Fysiologer har visat att neural summering av fotoner i tid och rum är oerhört fördelaktigt för nattlig deylephila. Vid vilken nattljus som helst, från skymningen till stjärnorna, ökar summeringen avsevärt deilephils förmåga att se väl i svagt ljus. Faktum är att tack vare dessa nervmekanismer kan deilephilas se 100 gånger ljusare ljus än de annars skulle göra. Fördelarna med summeringen är så stora att andra nattliga insekter också troligtvis förlitar sig på det för en god nattsyn.
Världen som ses av nattliga insekter kanske inte är lika gripande eller väl upplöst som den som deras aktiva dagliga släktingar ser. Men stapling säkerställer att det är tillräckligt ljust för att fånga rov, flyga till boet och undvika hinder. Utan denna förmåga skulle de vara lika blinda som oss andra.
ILYA KHEL