Spatial vision in diverse invertebrates
Författare
Summary, in Swedish
Förmågan att uppfatta ljus och vilken riktning det kommer från är utomordentligt användbart för djur. Därför är det inte förvånande att denna förmåga återfinns hos i stort sett varje större djurgrupp, även bland de som anses enkla, såsom koraller och spolmaskar. Endast några få djurgrupper har dock, under evolutionens gång, utvecklat verkligt bra ögon som snabbt kan identifiera objekt av djurens egen storlek på avstånd och som kan användas för sofistikerade uppgifter, såsom att hitta partner eller bytesdjur. Så högpresterande ögon, hittar man nästan bara hos ryggradsdjur, bläckfiskar, spindlar och insekter, där de är fokus för ett stort intresse av hur evolutionen anpassat ögon och synsinnet för olika uppgifter.
Däremot finns det många olika djur med enklare ögon som inte ger ett detaljrikt seende utan endast en grov bild som djuren använder för att styra sina beteenden. Dessa lågupplösande ögon har inte fått samma vetenskapliga uppmärksamhet och vi vet inte mycket om vad dessa ögon kan se och vad de används till.
För att förbättra detta testade jag synskärpan (den spatiala upplösningen) hos ett urval ögontyper från olika djurgrupper, kameraögat hos en klomask (manus I), det utspridda synsystemet hos en sjöborre (manus II) som saknar egentliga ögon, gropögat hos en plattmask (manus III) och fasettögat hos en tusenfoting (manus IV).
För alla de olika djurarterna använde jag beteendeexperiment där djuren fick möjlighet att röra sig mot mörka strukturer som kunde göra olika stora för att testa deras synförmåga. Djuren placerades i runda arenor i stark belysning, och deras rörelseriktning i relation till stimuli noterades. Eftersom alla dessa djur i starkt ljus normalt rör sig mot mörka områden som de kan urskilja med synen, gav detta experiment ett mått på djurens synskärpa. Hos sjöborrar använde jag även ett försvarsbeteende som utlöses av rörliga objekt för att på samma sätt mäta synskärpan.
Synskärpan som behövdes för att se en given visuell signal beräknades även med en matematisk modell. Från detta kunde jag räkna ut hur liten vinkel varje pixel i djurens ögon måste vara för att de skall kunna upptäcka signalen (givet vissa antaganden om deras kontrastkänslighet, diskuterad i manus I). Jag jämförde effektiviteten av olika typer av visuella stimuli för att detta ändamål i manus II. Eftersom sättet att mäta synskärpa var nytt och det ibland kan vara svårt att få dessa djur att reagera på visuella stimuli på ett pålitligt sätt så introducerade jag statistista metoder i manus III och IV som inte tidigare använts inom sinnesbiologi. Dessa metoder stärker mina resultat och göra dem mer robusta. För att relatera djurens beteende till deras synsystem använde jag mig även av röntgen-tomografi och transmissionselektronmikroskopi.
Jag fann att djuren hade en låg synskärpa och uppskattade deras spatiala upplösning till 20-30° för klomasken Euperipatoides rowelli, 29-69° för sjöborren Diadema africanum, 63° för tusenfotingen Cylindroiulus punctatus och 73° för plattmasken Schmidtea lugubris. Som jämförelse är vår egen synskärpa ca 0,02°. Dessa blygsamma uppskattade synförmågor är ändå tillräckliga och nödvändiga för de beteenden som djuren faktiskt har och förklarar varför de gynnas av evolutionen.
Däremot finns det många olika djur med enklare ögon som inte ger ett detaljrikt seende utan endast en grov bild som djuren använder för att styra sina beteenden. Dessa lågupplösande ögon har inte fått samma vetenskapliga uppmärksamhet och vi vet inte mycket om vad dessa ögon kan se och vad de används till.
För att förbättra detta testade jag synskärpan (den spatiala upplösningen) hos ett urval ögontyper från olika djurgrupper, kameraögat hos en klomask (manus I), det utspridda synsystemet hos en sjöborre (manus II) som saknar egentliga ögon, gropögat hos en plattmask (manus III) och fasettögat hos en tusenfoting (manus IV).
För alla de olika djurarterna använde jag beteendeexperiment där djuren fick möjlighet att röra sig mot mörka strukturer som kunde göra olika stora för att testa deras synförmåga. Djuren placerades i runda arenor i stark belysning, och deras rörelseriktning i relation till stimuli noterades. Eftersom alla dessa djur i starkt ljus normalt rör sig mot mörka områden som de kan urskilja med synen, gav detta experiment ett mått på djurens synskärpa. Hos sjöborrar använde jag även ett försvarsbeteende som utlöses av rörliga objekt för att på samma sätt mäta synskärpan.
Synskärpan som behövdes för att se en given visuell signal beräknades även med en matematisk modell. Från detta kunde jag räkna ut hur liten vinkel varje pixel i djurens ögon måste vara för att de skall kunna upptäcka signalen (givet vissa antaganden om deras kontrastkänslighet, diskuterad i manus I). Jag jämförde effektiviteten av olika typer av visuella stimuli för att detta ändamål i manus II. Eftersom sättet att mäta synskärpa var nytt och det ibland kan vara svårt att få dessa djur att reagera på visuella stimuli på ett pålitligt sätt så introducerade jag statistista metoder i manus III och IV som inte tidigare använts inom sinnesbiologi. Dessa metoder stärker mina resultat och göra dem mer robusta. För att relatera djurens beteende till deras synsystem använde jag mig även av röntgen-tomografi och transmissionselektronmikroskopi.
Jag fann att djuren hade en låg synskärpa och uppskattade deras spatiala upplösning till 20-30° för klomasken Euperipatoides rowelli, 29-69° för sjöborren Diadema africanum, 63° för tusenfotingen Cylindroiulus punctatus och 73° för plattmasken Schmidtea lugubris. Som jämförelse är vår egen synskärpa ca 0,02°. Dessa blygsamma uppskattade synförmågor är ändå tillräckliga och nödvändiga för de beteenden som djuren faktiskt har och förklarar varför de gynnas av evolutionen.
Avdelning/ar
- Functional zoology
- Syngruppen
Publiceringsår
2018
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Lund University, Faculty of Science, Department of Biology
Ämne
- Zoology
Nyckelord
- vision
- visual ecology
- invertebrates
- spatial resolution
- behaviour
Aktiv
Published
Forskningsgrupp
- Lund Vision Group
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7753-715-1
- ISBN: 978-91-7753-714-4
Försvarsdatum
7 juni 2018
Försvarstid
10:00
Försvarsplats
Lecture hall “Blå hallen”, Ecology building, Sölvegatan 37, Lund
Opponent
- Daniel Speiser (Dr.)