Wölfe und Füchse sind eng verwandt und teilen viele der gleichen Eigenschaften. Aber schauen Sie sich ihre Augen an-wo Wölfe Pupillen wie Menschen gerundet haben, haben Füchse stattdessen eine dünne vertikale Linie. Aber es sind nicht nur Eckzähne –im gesamten Tierreich gibt es Schüler in allen Formen und Größen. Warum also die Unterschiede?
Es ist eine Frage, die Wissenschaftler, die an Vision und Optik arbeiten, seit langem interessiert., In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, erklären Kollegen aus Durham, Berkeley und ich, warum sich diese Schülerformen entwickelt haben.
Ziegen, Schafe, Pferde, Hauskatzen und zahlreiche andere Tiere haben Pupillen, die bei schwachem Licht von vollständig kreisförmig bis zu schmalen Schlitzen oder Rechtecken bei hellem Licht variieren. Die etablierte Theorie dafür ist, dass längliche Pupillen eine größere Kontrolle über die Lichtmenge ermöglichen, die in das Auge eintritt., Zum Beispiel kann eine Hauskatze ihren Pupillenbereich um den Faktor 135 von vollständig erweitert auf vollständig verengt ändern, während Menschen mit einer runden Pupille den Bereich nur um den Faktor 15 ändern können. Dies ist besonders nützlich für Tiere, die Tag und Nacht aktiv sind und bei schlechten Lichtverhältnissen eine viel bessere Sicht ermöglichen.
Wenn der einzige Grund für langgestreckte Pupillen darin bestünde, die in das Auge eintretende Lichtmenge zu kontrollieren, wäre die Ausrichtung nicht wichtig: Horizontal, vertikal oder diagonal würden alle die gleichen Vorteile bieten. Stattdessen sind die Pupillen fast immer horizontal oder vertikal, was darauf hindeutet, dass es andere Vorteile geben muss, die diese Ausrichtung erklären.
Pupillen passen in jede Nische
Unsere Arbeit hat sich auf die visuellen Vorteile vertikaler und horizontaler Pupillen bei Säugetieren und Schlangen konzentriert., Einer der interessantesten Faktoren, die wir gefunden haben, ist, dass die Orientierung des Schülers mit der ökologischen Nische eines Tieres in Verbindung gebracht werden kann. Dies wurde bereits beschrieben, aber wir gingen noch einen Schritt weiter, um die Beziehung zu quantifizieren.
Wir fanden Tiere mit vertikal verlängerten Pupillen sind sehr wahrscheinlich Hinterhalt Raubtiere, die sich verstecken, bis sie ihre Beute aus relativ kurzer Entfernung schlagen. Sie neigen auch dazu, Augen auf der Vorderseite ihres Kopfes zu haben. Füchse und Hauskatzen sind klare Beispiele dafür., Der Unterschied zwischen Füchsen und Wölfen liegt darin, dass Wölfe keine hinterhaltsfressenden Raubtiere sind – stattdessen jagen sie in Rudeln und jagen ihre Beute.
Im Gegensatz dazu sind horizontal verlängerte Pupillen fast immer bei weidenden Tieren zu finden, die Augen an den Seiten ihres Kopfes haben. Sie sind auch sehr wahrscheinlich Beutetiere wie Schafe und Ziegen.
Wir haben ein Computermodell der Augen erstellt, das simuliert, wie Bilder mit unterschiedlichen Pupillenformen erscheinen, um zu erklären, wie Orientierung verschiedenen Tieren zugute kommen könnte., Diese Modellierung zeigte, dass die vertikal verlängerten Pupillen in Ambush Predators ihre Fähigkeit verbessern, die Entfernung genau zu beurteilen, ohne ihren Kopf bewegen zu müssen, was ihre Anwesenheit potenzieller Beute verraten könnte.
grasende Tiere haben unterschiedliche Probleme zu bewältigen. Sie müssen überall nach Beute suchen und im Falle eines Angriffs schnell fliehen. Mit Blick auf die Seite ihres Kopfes hilft ihnen, fast alle um sie herum zu sehen., Eine horizontale Pupille erhöht die Lichtmenge, die sie vor und hinter ihnen empfangen können, während die Lichtmenge von oben und unten reduziert wird. Dies ermöglicht ihnen eine Panoramasicht über den Boden, um potenzielle Raubtiere so früh wie möglich zu erkennen. Die horizontale Pupille verbessert auch die Bildqualität horizontaler Ebenen, und diese verbesserte Sicht auf Bodenhöhe ist auch ein Vorteil, wenn Sie mit Fluchtgeschwindigkeit ausgeführt wird.
So helfen vertikal längliche Pupillen, Raubtiere zu überfallen, ihre Beute einzufangen, und horizontal längliche Pupillen helfen Beutetieren, ihren Raubtieren auszuweichen.,
Wir stellten fest, dass unsere Hypothese voraussagte, dass kürzere Tiere einen größeren Nutzen von vertikalen Pupillen haben sollten als größere. Also haben wir die Daten zu Tieren mit Frontalaugen und vertikalen Pupillen erneut überprüft und festgestellt, dass 82% als „kurz“ gelten (was wir als Schulterhöhe von weniger als 42 cm definierten), verglichen mit nur 17% der Tiere mit kreisförmigen Pupillen.
Wir haben auch erkannt, dass es ein potenzielles Problem mit der Theorie der horizontalen Dehnung gibt. Wenn horizontale Pupillen weidenden Tieren einen solchen Vorteil verschaffen, was passiert, wenn sie den Kopf zum Grasen beugen?, Ist die Pupille nicht mehr horizontal mit dem Boden ausgerichtet?
Wir haben dies überprüft, indem wir Tiere sowohl in einem Zoo als auch auf Farmen beobachtet haben. Wir fanden heraus, dass sich die Augen von Ziegen, Hirschen, Pferden und Schafen drehen, wenn sie ihren Kopf zum Essen nach unten beugen und die Pupille auf den Boden richten. Diese bemerkenswerte Augenbewegung, die in entgegengesetzte Richtungen in den beiden Augen verläuft, wird als Cyclovergence bezeichnet. Jedes Auge in diesen Tieren dreht sich um 50 Grad, möglicherweise mehr (wir können nur die gleiche Bewegung um ein paar Grad machen).
Es gibt noch einige ungeklärte Schüler in der Natur., Zum Beispiel, Mungos haben nach vorne gerichtete Augen, aber horizontale Pupillen, Geckos haben riesige kreisförmige Pupillen, wenn sie erweitert werden, die sich bei Verengung auf mehrere diskrete Nadellöcher reduzieren, und Tintenfische haben „W“-förmige Pupillen. All diese Variationen zu verstehen, ist eine interessante Herausforderung für die Zukunft.