Vào một đêm không trăng, mức độ ánh sáng có thể nhiều hơn 100m lần mờ hơn trong ánh sáng ban ngày. Tuy nhiên, trong khi chúng ta gần như mù và khá bất lực trong bóng tối, những con mèo đang rình rập con mồi và bướm đêm đang bay nhanh nhẹn giữa những bông hoa trên ban công nhà chúng ta.

Trong khi chúng ta ngủ, hàng triệu động vật khác dựa vào hệ thống thị giác của chúng để sống sót. Điều tương tự cũng đúng với các loài động vật sống trong bóng tối vĩnh cửu của biển sâu. Trên thực tế, phần lớn các loài động vật trên thế giới chủ yếu hoạt động trong ánh sáng mờ. Làm thế nào là hiệu suất hình ảnh ghê gớm của chúng có thể, đặc biệt là ở côn trùng, với đôi mắt nhỏ và bộ não nhỏ hơn kích thước của một hạt gạo? Những chiến lược quang học và thần kinh nào họ đã phát triển để cho phép họ nhìn rõ như vậy trong ánh sáng mờ?

Để trả lời những câu hỏi này, chúng tôi đã chuyển sự chú ý của mình sang côn trùng sống về đêm. Mặc dù có hệ thống thị giác nhỏ bé, nhưng hóa ra côn trùng sống về đêm nhìn rõ trong ánh sáng mờ. Trong những năm gần đây, chúng tôi đã phát hiện ra rằng côn trùng về đêm có thể tránh và cố định các chướng ngại vật trong suốt chuyến bay, phân biệt màu sắc, phát hiện chuyển động mờ nhạt, tìm hiểu các mốc trực quan và sử dụng chúng để homing. Họ thậm chí có thể tự định hướng bằng cách sử dụng mô hình phân cực thiên thể mờ nhạt được sản xuất bởi mặt trăngvà điều hướng bằng cách sử dụng các chòm sao Những ngôi sao trên bầu trời.

Trong nhiều trường hợp, hiệu suất hình ảnh này dường như gần như bất chấp những gì có thể. Ví dụ, con ong mồ hôi Trung Mỹ về đêm, Megalopta genalis, chỉ hấp thụ năm photon (hạt ánh sáng) vào đôi mắt nhỏ bé của nó khi mức ánh sáng ở mức thấp nhất - a tín hiệu thị giác nhỏ. Tuy nhiên, trong đêm khuya, nó có thể điều hướng khu rừng nhiệt đới dày đặc và rối rắm trong chuyến đi tìm thức ăn và đưa nó trở về tổ một cách an toàn - một cây gậy rỗng không thể nhìn thấy được treo lơ lửng trong khu rừng dưới rừng.

Để tìm hiểu làm thế nào loại hiệu suất này là có thể, gần đây chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu những con diều hâu về đêm. Những loài côn trùng xinh đẹp này - những con chim ruồi của thế giới động vật không xương sống - là những loài bướm đêm bay nhanh, đẹp, thường xuyên trông chừng những bông hoa mật hoa. Khi một bông hoa được tìm thấy, bướm đêm lượn lờ trước nó, hút mật hoa ra bằng vòi của nó, một cái ống giống như miệng.

Loài diều hâu châu Âu về đêm, Deilephila elpenor, là một sinh vật tuyệt đẹp được bao phủ trong vảy lông màu hồng và màu xanh lá cây và tất cả mật hoa của nó tập hợp trong đêm khuya. Một số năm trước chúng tôi đã phát hiện ra rằng loài bướm đêm này có thể phân biệt màu sắc vào ban đêm, loài động vật sống về đêm đầu tiên biết làm như vậy.

Nhưng con sâu bướm này gần đây đã tiết lộ một bí mật khác của nó: các thủ thuật thần kinh mà nó sử dụng để nhìn rõ trong ánh sáng cực kỳ mờ. Những mánh khóe này chắc chắn được sử dụng bởi các loài côn trùng sống về đêm khác như Megalopta. Bằng cách nghiên cứu sinh lý của các mạch thần kinh ở trung tâm thị giác của não, chúng tôi đã phát hiện ra rằng Deilephila có thể nhìn thấy một cách đáng tin cậy trong ánh sáng mờ bằng cách kết hợp hiệu quả các photon mà nó đã thu thập từ các điểm khác nhau trong không gian và thời gian.

Đối với thời gian, điều này giống như tăng thời gian màn trập trên máy ảnh trong ánh sáng mờ. Bằng cách cho phép màn trập mở lâu hơn, nhiều ánh sáng tới cảm biến hình ảnh hơn và hình ảnh sáng hơn được tạo ra. Nhược điểm là mọi thứ di chuyển nhanh chóng - như một chiếc xe đi ngang qua - sẽ không được giải quyết và vì vậy côn trùng sẽ không thể nhìn thấy nó.

Tổng kết thần kinh

Để thêm các photon lại với nhau trong không gian, các pixel riêng lẻ của cảm biến hình ảnh có thể được gộp lại với nhau để tạo ra ít hơn nhưng lớn hơn (và rất nhạy cảm với ánh sáng). Một lần nữa, nhược điểm của chiến lược này là mặc dù hình ảnh trở nên sáng hơn, nó cũng trở nên mờ hơn và các chi tiết không gian tốt hơn sẽ biến mất. Nhưng đối với một loài động vật sống về đêm nhìn thấy trong bóng tối, khả năng nhìn thấy một thế giới tươi sáng hơn, thô hơn và chậm hơn có thể sẽ tốt hơn là không nhìn thấy gì cả (đó sẽ là sự thay thế duy nhất).

Công trình sinh lý học của chúng tôi đã tiết lộ rằng sự tổng hợp thần kinh của các photon theo thời gian và không gian này có lợi vô cùng cho việc về đêm Deilephila. Ở tất cả các cường độ ánh sáng về đêm, từ hoàng hôn đến các mức độ sao, tổng kết tăng đáng kể DeilephilaKhả năng nhìn rõ trong ánh sáng mờ. Trên thực tế, nhờ những cơ chế thần kinh này, Deilephila có thể nhìn thấy ở cường độ ánh sáng xung quanh 100 lần mờ hơn so với nó có thể. Lợi ích của việc tổng kết là rất lớn đến nỗi các loài côn trùng sống về đêm khác, như Megalopta, rất có thể dựa vào nó để nhìn rõ trong ánh sáng mờ.

Thế giới được nhìn thấy bởi côn trùng về đêm có thể không sắc nét hoặc được giải quyết kịp thời như trải nghiệm của những người thân hoạt động hàng ngày của chúng. Nhưng tổng kết đảm bảo rằng nó đủ sáng để phát hiện và đánh chặn bạn tình tiềm năng, truy đuổi và bắt giữ con mồi, điều hướng đến và đi khỏi tổ và đàm phán chướng ngại vật trong chuyến bay. Không có khả năng này, nó sẽ bị mù như phần còn lại của chúng ta.

Giới thiệu về Tác giả

Eric Warrant, Giáo sư Động vật học, Đại học Lund

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon