vargar och rävar är nära besläktade och delar många av samma egenskaper. Men titta på deras ögon – där vargar har rundade elever som människor, rävar har istället en tunn vertikal linje. Men det är inte bara hundar –över djurriket kommer eleverna i alla former och storlekar. Så varför skillnaderna?
det är en fråga som länge har intresserade forskare som arbetar med syn och optik., I en ny studie publicerad i tidskriften Science Advances förklarar kollegor från Durham, Berkeley och jag varför dessa elevformer har utvecklats.
getter, får, hästar, tamkatter och många andra djur har elever som varierar från helt cirkulära i svagt ljus till smala slitsar eller rektanglar i starkt ljus. Den etablerade teorin för detta är att långsträckta elever tillåter större kontroll över mängden ljus som kommer in i ögat., Till exempel kan en huskatt ändra sitt pupilområde med en faktor 135 från fullt dilaterad till helt förträngd, medan människor, med en rund pupil, endast kan ändra område med en faktor 15. Detta är särskilt användbart för djur som är aktiva både dag och natt, vilket möjliggör mycket bättre syn i svagt ljus.
Men om den enda anledningen till avlånga pupiller var att kontrollera mängden ljus som kommer in i ögat, orientering skulle inte vara viktigt: vågrät, lodrät eller diagonal skulle alla erbjuder samma fördelar. Istället är eleverna nästan alltid horisontella eller vertikala, vilket tyder på att det måste finnas andra fördelar som förklarar denna orientering.
eleverna passar för varje nisch
vårt arbete har fokuserat på de visuella fördelarna med vertikala och horisontella elever i däggdjur och ormar., En av de mest intressanta faktorerna vi fann är att elevens orientering kan kopplas till ett djurs ekologiska nisch. Detta har beskrivits tidigare, men vi gick ett steg längre för att kvantifiera förhållandet.
Vi hittade djur med vertikalt långsträckta elever är mycket benägna att vara bakhåll rovdjur som gömmer sig tills de slår sitt byte från relativt nära avstånd. De tenderar också att ha ögon på framsidan av huvudet. Rävar och hushållskatter är tydliga exempel på detta., Skillnaden mellan rävar och vargar är ner till det faktum att vargar inte är bakhåll rovdjur – istället jagar de i förpackningar och jagar ner sitt byte.
däremot finns horisontellt långsträckta elever nästan alltid i betesdjur, som har ögon på sidorna av huvudet. De är också mycket sannolikt att vara Byte djur som får och getter.
vi producerade en datormodell av ögon som simulerar hur bilder visas med olika pupillformer, för att förklara hur orientering kan gynna olika djur., Denna modellering visade att de vertikalt långsträckta eleverna i bakhåll rovdjur ökar deras förmåga att bedöma avstånd exakt utan att behöva flytta huvudet, vilket kan ge bort sin närvaro till potentiella byte.
betesdjur har olika problem att hantera. De måste kontrollera runt för byte och de måste fly snabbt i händelse av attack. Att ha ögon mot sidan av huvudet hjälper dem att se nästan runt dem., Med en horisontell elev Ökar mängden ljus de kan få framför och bakom dem samtidigt minska mängden ljus från ovan och under. Detta gör att de panoramautsikt längs marken för att upptäcka potentiella rovdjur så tidigt som möjligt. Den horisontella eleven förbättrar också bildkvaliteten på horisontella plan och denna förbättrade syn på marknivå är också en fördel när man kör i hastighet för att fly.
så, vertikalt långsträckta elever hjälpa bakhåll rovdjur fånga sitt byte och horisontellt långsträckta elever hjälpa byte djur undvika sina rovdjur.,
Vi insåg vår hypotes förutspådde att kortare djur borde ha större nytta av vertikala elever än högre. Så vi kontrollerade uppgifterna om djur med främre ögon och vertikala elever och fann att 82% är vad som anses vara ”kort” (som vi definierade som att ha en axelhöjd på mindre än 42cm) jämfört med endast 17% av djuren med cirkulära elever.
Vi insåg också att det finns ett potentiellt problem med teorin för horisontell förlängning. Om horisontella elever är en sådan fördel för betesdjur, vad händer när de böjer huvudet ner för att beta?, Är eleven inte längre horisontellt i linje med marken?
vi kontrollerade detta genom att observera djur i både en djurpark och på gårdar. Vi fann att ögon av getter, rådjur, hästar och får roterar när de böjer huvudet ner för att äta, hålla eleven i linje med marken. Denna anmärkningsvärda ögonrörelse, som ligger i motsatta riktningar i de två ögonen, är känd som cyklovergence. Varje öga i dessa djur roterar med 50 grader, eventuellt mer (vi kan bara göra samma rörelse med några grader).
det finns fortfarande några oförklarliga elever i naturen., Till exempel har mongooser framåtvända ögon men horisontella elever, geckos har stora cirkulära elever när de är dilaterade vilket minskar ner till flera diskreta pinholes när de är trånga och bläckfisk har ”W”-formade elever. Att förstå alla dessa variationer är en intressant utmaning för framtiden.