Nietoperze widzą w ultrafiolecie

Powszechnie znana jest zdolność nietoperzy do echolokacji, czyli orientowania się w ciemnościach dzięki emitowaniu ultradźwięków i analizie powracającego echa. Nietoperze nie są jednak ślepe i jeśli warunki świetlne na to pozwalają, posługują się także wzrokiem. Okazało się, że zmysł ten może u tych zwierząt odgrywać znacznie większą rolę, niż do tej pory sądzono.

Tak postrzegają świat ssaki naczelne - w tym człowiek - posiadające widzenie trójbarwne (RGB - czerwone, zielone i niebieskie)
Fot. Andrzej Kepel

Postrzeganie barw nie jest mocną stroną ssaków. W stosunkowo najlepszej sytuacji są przedstawiciele rzędu naczelnych, (do którego i my się zaliczamy). Na siatkówce ich oka występują bowiem światłoczułe komórki – czopki, zawierające trzy rodzaje barwników wzrokowych. Każdemu nich odpowiada inny zakres długości fali świetlnej, który pobudza go najbardziej. Pobudzenie jednych odbierane jest jako widzenie koloru czerwonego, pobudzenie drugich – niebieskiego, a trzecie odpowiedzialne są za postrzeganie zieleni. Złożenie wszystkich tych trzech barw (występujących w różnym natężeniu) daje całkiem złożoną paletę. Jednakże np. ptaki (a także wiele niższych kręgowców i bezkręgowców) mają o jeden rodzaj czopków więcej i za ich pomocą dostrzegają także niewidzialne dla nas światło ultrafioletowe. Świat widziany ich oczami jest więc znacznie bardziej kolorowy.

Efekt widzenia dwubarwnego, występującego u większości ssaków (przypadek odpowiadający brakowi czopków umożliwiających widzenie zieleni)

Żyjące obecnie ssaki (z nielicznymi znanymi wyjątkami) zatraciły w trakcie ewolucji zdolność widzenia ultrafioletu. Co więcej, zdecydowana większość z nich widzi jedynie dwukolorowo, używając do tego celu dwóch rodzajów barwników zawartych w czopkach. Paleta barw postrzeganych przez te zwierzęta jest znacznie uboższa od tej, którą widzą małpy i ludzie.

Poza czopkami ssaki mają jeszcze jeden rodzaj światłoczułych komórek – pręciki. Zawarty w nich barwnik ma szerszy zakres czułości jeśli chodzi o długość fal, nie mogą więc służyć do odróżniania kolorów. Są za to znacznie czulsze od czopków, a stopień ich pobudzenia bardziej zależy od natężenia światła. Służą one m.in. do widzenia w złych warunkach świetlnych (np. po zmroku).

Świat widziany wyłącznie za pomocą pręcików ma jedynie różne odcienie szarości

Ok. 10 lat temu po raz pierwszy odkryto, że niektóre gryzonie i torbacze również posiadają zdolność widzenia w zakresie fal UV. Nie mają one jednak – jak ptaki – czwartego typu czopków, a jedynie zakres czułości jednego z dwóch barwników zawartych w ich czopkach obejmuje także ultrafiolet. Przypuszcza się, że większość ssaków mogłaby widzieć promieniowanie UV, gdyby nie to, że soczewka ich oka działa jak silny filtr, zatrzymujący znaczną część tego potencjalnie szkodliwego dla komórek promieniowania. Te zwierzęta, które pozbawione są tego filtru, mogą np. dostrzegać świetliste sygnały w postaci promieni UV odbijających się od związków zawartych w moczu. Dzięki temu oznakowane moczem granice terytoriów są przez te zwierzęta nie tylko wyczuwane, ale i widziane.

Nietoperze, jako zwierzęta prowadzące nocny tryb życia, zazwyczaj w ogóle nie posiadają na siatkówce funkcjonujących czopków. Słabe nocne światło jest odbierane wyłącznie przez czułe pręciki, a uzyskiwany za ich pomocą obraz ma charakter czarno-biały. Ponieważ jednak po zmroku w niewielkiej ilości dostępnego światła promienie UV stanowią znaczący procent, zdolność ich postrzegania byłaby bardzo korzystna. Ostatnio grupa naukowców z Niemiec (York Winter i Otto von Helversen) i Gwatemali (Jorge López) postanowiła sprawdzić, czy w wyniku ewolucji u niektórych nietoperzy nie wykształciła się przypadkiem zdolność do wykorzystywania tej dodatkowej porcji światła.

Prawdopodobnie taki obraz widziałby jęzornik ryjówkowaty, u którego światłoczuły barwnik w pręcikach ma dwa maksima czułości, odpowiadające kolorowi zielonemu oraz ultrafioletowi

Do badań wybrali oni przedstawicieli rodziny liścionosów (Phyllostomidae) – niewielkie nietoperze z gatunku jęzornik ryjówkowaty (Glossophaga soricina) odżywiające się nektarem kwiatów. Gatunek ten występuje w lasach Ameryki Południowej i Środkowej. Ponieważ zauważono, że wiele odwiedzanych przez nie kwiatów (kwitnących często tylko nocą) silnie odbija promienie UV, uznano, że zdolność widzenia tego zakresu fal byłaby dla tych nietoperzy bardzo pomocna przy poszukiwaniu pokarmu.

Doświadczenia miały charakter psychofizyczny, czyli polegały wyłącznie na obserwowaniu zachowania nietoperzy. W warunkach laboratoryjnych naukowcy przez kilka miesięcy uczyli trzy jęzorniki, że pożywienie (czyli nektar) mogą one znaleźć wyłącznie w tych sztucznych kwiatach, przy których świeci się mała lampka. Następnie, zmieniając, np. za pomocą odpowiednich filtrów, kolor lampek, sprawdzano, jaki zakres długości fal świetlnych jest przez nietoperze widziany. Stosowano także oświetlenie tła i zmieniając natężenie poszczególnych źródeł światła oraz kolory oświetlenia sprawdzano zdolność rozpoznawania barw oraz czułość wzroku na poszczególne długości fal świetlnych.

W wyniku tych eksperymentów stwierdzono, że:
- badane nietoperze nie rozróżniają kolorów (czego się spodziewano, skoro widzą one wyłącznie za pomocą jednego typu komórek światłoczułych – pręcików);
- są w stanie widzieć fale świetlne o długości od ok. 310 nm do ok. 600 nm (zakres fal widzialnych dla człowieka to 380–770 nm, a promieniowanie UV to 100–400 nm);
- cały zakres fal widzą one dzięki jednemu światłoczułemu barwnikowi – rodopsynie, przy czym ma on dwa szczyty czułości – pierwszy na poziomie 510 nm, co odpowiada kolorowi zielonemu, i drugi w okolicach 365 nm, czyli w zakresie fal UV (co prawda czułość w tym drugim zakresie jest o ok. 50% niższa niż w przypadku zieleni, ale i tak bardzo wysoka (ok. 5 razy wyższa niż wyliczana na podstawie laboratoryjnych doświadczeń z rodopsyną).

Taki mechanizm postrzegania promieniowania UV przez ssaki odkryto po raz pierwszy. Nie jest wykluczone, że wykorzystują go także inne nietoperze – np. pozostali przedstawiciele nektarożernych liścionosów. Potwierdzenie tej hipotezy będzie wymagało dalszych badań. Przypuszcza się jednak, że zjawisko to może występować jedynie u zwierząt o małych rozmiarach, u których średnica oka nie przekracza 2 mm. Wynika to stąd, że fale o odmiennej długości są pod różnym kątem załamywane w soczewce (zjawisko znane z rozszczepiania światła przez pryzmat). W przypadku dużego oka efekt takiego rozszczepienia powodowałby, że obraz powstający na nierozróżniającej barw siatkówce byłby nieostry. Przy małym oku skutek tego rozszczepienia jest na tyle niewielki, że nie przeszkadza w ostrym widzeniu.

Jak więc widać (nawet bez zdolności postrzegania fal krótszych niż 380 nm), przyroda w ogólności, a nietoperze w szczególności kryją jeszcze wiele niepoznanych tajemnic.

Andrzej  Kepel
Borys Kala

Na podstawie: York Winter, Jorge López, Otto von Helversen, 2003. Ultraviolet vision in a bat. Nature, vol. 425, p. 612-614.