Op een maanloze nacht kunnen de lichtniveaus 100 miljoen keer lager zijn dan bij helder daglicht. En als we praktisch blind en volledig hulpeloos zijn in het donker, vinden katten hun prooi vrij succesvol op en fladderen vlinders behendig tussen bloemen op onze balkons. Terwijl we slapen, vertrouwen miljoenen andere dieren op hun visuele systemen om te overleven. Hetzelfde kan gezegd worden van de dieren die in de eeuwige duisternis van de diepzee leven. Bovendien is de overgrote meerderheid van de dieren in de wereld vooral actief bij weinig licht. Hoe slagen ze erin om zulke krachtige visuele kenmerken te gebruiken, vooral insecten, met hun kleine oogjes en hersens minder dan een rijstkorrel? Welke optische en neurale strategieën hebben ze ontwikkeld om goed te zien bij weinig licht?
Laten we, om deze vragen te beantwoorden, onze aandacht richten op nachtelijke insecten. Ondanks hun kleine visuele systemen zien nachtelijke insecten perfect bij weinig licht. In de afgelopen jaren hebben we ontdekt dat nachtelijke insecten obstakels kunnen vermijden en vast kunnen houden tijdens de vlucht, kleuren kunnen onderscheiden, vage bewegingen kunnen detecteren, visuele aanwijzingen kunnen leren en ze kunnen gebruiken om naar huis te gaan. Ze kunnen zelfs navigeren met behulp van het vage beeld van sterpolarisatie dat de maan creëert en navigeren met behulp van de constellaties van sterren aan de hemel.
In veel gevallen lijkt deze visuele prestatie ronduit storend voor wat fysiek mogelijk is. De Midden-Amerikaanse nachtbij, Megalopta genalis, absorbeert bijvoorbeeld slechts vijf fotonen met zijn kleine ogen wanneer het lichtniveau het laagst is, een volledig ongrijpbaar visueel signaal. En toch, in de diepe nacht, kan hij door het dichte en verwarde regenwoud navigeren terwijl hij foerageert en veilig terugkeren naar zijn nest - een onopvallende uitgeholde stok die in het kreupelhout hangt.
Om erachter te komen hoe dit zelfs maar mogelijk is, begonnen wetenschappers haviksmotten te bestuderen. Deze prachtige insecten - de kolibries van de ongewervelde wereld - worden vertegenwoordigd door sierlijke, snel vliegende vlinders, die constant op zoek zijn naar bloemen met nectar. Zodra de bloem is gevonden, zweeft de mot ervoor en zuigt de nectar door zijn slurf, een orale buis.
De Europese nachtvlinder Deilephila elpenor is een prachtig wezen dat zich verstopt in luchtige roze en groene schubben en midden in de nacht nectar verzamelt. Enkele jaren geleden ontdekten wetenschappers dat deze vlinder 's nachts kleuren kan onderscheiden, het eerste nachtdier dat hierom bekend staat.
Deze vlinder heeft onlangs nog een van zijn geheimen onthuld: de neurale trucs die hij gebruikt om goed te zien bij zeer zwak licht. Deze trucs worden natuurlijk ook gebruikt door andere nachtelijke insecten zoals de Megalopta. Door de fysiologie van de zenuwcircuits in de visuele centra van de hersenen te bestuderen, ontdekten de wetenschappers dat Deilephila goed kan zien bij weinig licht, waarbij de fotonen die het op verschillende punten in ruimte en tijd verzamelt, effectief worden gestapeld.
Dit lijkt een beetje op het verhogen van de sluitertijd op een camera bij weinig licht. Als je de sluiter langer open laat staan, komt er meer licht op de beeldsensor en krijg je een helderder beeld. De keerzijde is dat alles wat snel beweegt - zoals een passerende auto - geen toestemming krijgt, dus het insect ziet het niet.
Promotie video:
Neurale sommatie
Om fotonen in de ruimte te combineren, kunnen individuele pixels van een beeldsensor worden samengevoegd om kleinere maar grotere "superpixels" te creëren. Nogmaals, het nadeel van deze strategie is dat zelfs bij hoge helderheid het beeld wazig zal zijn en geen scherpe details heeft. Maar voor een nachtdier dat in het donker probeert te leven, is het beter om een heldere, maar zonder details en trage wereld te zien dan helemaal niets te zien (en dit is het enige alternatief).
Fysiologen hebben aangetoond dat neurale sommatie van fotonen in tijd en ruimte buitengewoon gunstig is voor nachtelijke deylephila. Bij elke intensiteit van nachtlicht, van schemering tot sterren, vergroot de optelling het vermogen van de deilephil om goed te zien bij weinig licht aanzienlijk. Dankzij deze neurale mechanismen kunnen deilephilas zelfs 100 keer minder licht zien dan anders het geval zou zijn. De voordelen van sommatie zijn zo groot dat ook andere nachtelijke insecten er waarschijnlijk op vertrouwen voor een goed nachtzicht.
De wereld die nachtelijke insecten zien, is misschien niet zo aangrijpend of goed opgelost als die van hun actieve dagelijkse familieleden. Maar stapelen zorgt ervoor dat het helder genoeg is om prooien te onderscheppen, naar het nest te vliegen en obstakels te vermijden. Zonder dit vermogen zouden ze net zo blind zijn als de rest van ons.
ILYA KHEL
